Schone ruimtes worden ook wel stofvrije ruimtes genoemd. Ze worden gebruikt om verontreinigende stoffen zoals stofdeeltjes, schadelijke lucht en bacteriën uit de lucht in een bepaalde ruimte te verwijderen en om de binnentemperatuur, reinheid, binnendruk, luchtsnelheid en -verdeling, geluidstrillingen, verlichting en statische elektriciteit binnen bepaalde grenzen te houden. Hieronder worden hoofdzakelijk de vier noodzakelijke voorwaarden beschreven voor het voldoen aan de reinheidseisen bij de zuivering van schone ruimtes.
1. Zuiverheid van de luchttoevoer
Om ervoor te zorgen dat de lucht in de cleanroom aan de eisen voldoet, is de werking en installatie van het eindfilter van het zuiveringssysteem cruciaal. Het eindfilter van een cleanroomsysteem maakt doorgaans gebruik van een HEPA-filter of een sub-HEPA-filter. Volgens nationale normen wordt de efficiëntie van HEPA-filters onderverdeeld in vier klassen: Klasse A is ≥99,9%, Klasse B is ≥99,99%, Klasse C is ≥99,999%, Klasse D is (voor deeltjes ≥0,1 μm) ≥99,999% (ook wel ultra-HEPA-filters genoemd); sub-HEPA-filters hebben een efficiëntie van 95-99,9% (voor deeltjes ≥0,5 μm).
2. Organisatie van de luchtstroom
De luchtstroom in een cleanroom verschilt van die in een gewone ruimte met airconditioning. Het is essentieel dat de schoonste lucht eerst naar de werkruimte wordt geleid. De functie hiervan is het beperken en verminderen van de verontreiniging van de te verwerken objecten. Verschillende luchtstroomsystemen hebben hun eigen kenmerken en toepassingsgebieden: Verticale unidirectionele luchtstroom: Beide systemen zorgen voor een uniforme neerwaartse luchtstroom, vereenvoudigen de plaatsing van procesapparatuur, hebben een sterk zelfreinigend vermogen en kunnen de inrichting van bijvoorbeeld persoonlijke cleanrooms vereenvoudigen. De vier luchttoevoermethoden hebben elk hun eigen voor- en nadelen: volledig afgedekte HEPA-filters hebben als voordelen een lage weerstand en een lange filtervervangingscyclus, maar de plafondconstructie is complex en de kosten zijn hoog; de voor- en nadelen van een HEPA-filter met zijdelingse afdekking en een open plaat met toevoer zijn tegengesteld aan die van een volledig afgedekt HEPA-filter. Bij een open plaat met toevoer kan er bijvoorbeeld stof ophopen aan de binnenzijde van de orificeplaat wanneer het systeem niet continu draait, en slecht onderhoud kan de reinheid beïnvloeden. De methode met dichte diffusor bovenaan vereist een menglaag en is daarom alleen geschikt voor hoge cleanrooms van meer dan 4 meter. De eigenschappen zijn vergelijkbaar met die van een methode met een plaat bovenaan met volledige gaten. De retourluchtmethode met platen voorzien van roosters aan beide zijden en gelijkmatig verdeelde retourluchtuitlaten aan de onderkant van de wanden is alleen geschikt voor cleanrooms met een netto afstand van minder dan 6 meter aan beide zijden. Retourluchtuitlaten aan de onderkant van een enkele wand zijn alleen geschikt voor cleanrooms met een kleine afstand tussen de wanden (bijvoorbeeld ≤2-3 meter). Horizontale unidirectionele luchtstroom: alleen het eerste werkgebied bereikt reinheidsniveau 100. Wanneer de lucht naar de andere kant stroomt, neemt de stofconcentratie geleidelijk toe. Daarom is deze methode alleen geschikt voor cleanrooms met verschillende reinheidseisen voor hetzelfde proces. De lokale plaatsing van HEPA-filters op de luchttoevoerwand kan het gebruik van HEPA-filters verminderen en de initiële investering besparen, maar er kunnen wel wervelingen in bepaalde gebieden ontstaan. Turbulente luchtstroom: De kenmerken van luchttoevoer via orificeplaten en via dichte diffusoren zijn hetzelfde als hierboven beschreven. De voordelen van luchttoevoer via de zijkant zijn een eenvoudige leidingaanleg, geen technische tussenlagen, lage kosten en geschiktheid voor de renovatie van oude fabrieken. De nadelen zijn dat de windsnelheid in het werkgebied hoog is en de stofconcentratie aan de loefzijde hoger is dan aan de lijzijde. Luchttoevoer via HEPA-filteruitlaten heeft als voordelen een eenvoudig systeem, geen leidingen achter het HEPA-filter en een schone luchtstroom die direct naar het werkgebied wordt geleid. De schone luchtstroom verspreidt zich echter langzamer, waardoor de luchtstroom in het werkgebied gelijkmatiger is. Wanneer meerdere luchtuitlaten gelijkmatig verdeeld zijn of HEPA-filteruitlaten met diffusoren worden gebruikt, kan de luchtstroom in het werkgebied ook gelijkmatiger worden gemaakt. Wanneer het systeem echter niet continu draait, is de diffusor gevoelig voor stofophoping.
3. Luchttoevoervolume of luchtsnelheid
Voldoende ventilatie is nodig om de vervuilde binnenlucht te verdunnen en af te voeren. Afhankelijk van de reinheidseisen, moet de ventilatiefrequentie bij een hogere nettohoogte van de cleanroom dienovereenkomstig worden verhoogd. Bij cleanrooms van klasse 100.000, waar de HEPA-filters geconcentreerd zijn in de machinekamer of sub-HEPA-filters aan het eind van het systeem worden gebruikt, kan de ventilatiefrequentie met 10% tot 20% worden verhoogd.
4. Statisch drukverschil
Het handhaven van een bepaalde overdruk in de cleanroom is een essentiële voorwaarde om ervoor te zorgen dat de cleanroom niet of nauwelijks vervuild raakt en het beoogde reinheidsniveau behouden blijft. Zelfs voor een cleanroom met onderdruk is het noodzakelijk dat er een aangrenzende ruimte of suite is met een reinheidsniveau dat niet lager is dan dat van de cleanroom zelf, om een bepaalde overdruk te behouden. De overdruk in de cleanroom wordt bereikt wanneer de statische druk binnen hoger is dan de statische druk buiten, met alle deuren en ramen gesloten. Dit wordt bereikt door ervoor te zorgen dat het luchttoevoervolume van het reinigingssysteem groter is dan het retourluchtvolume en het afvoerluchtvolume. Om de overdruk in de cleanroom te garanderen, is het raadzaam om de ventilatoren voor luchttoevoer, retourlucht en afvoer te vergrendelen. Bij het inschakelen van het systeem wordt eerst de toevoerventilator gestart, gevolgd door de retourventilator en de afvoerventilator; bij het uitschakelen van het systeem wordt eerst de afvoerventilator uitgeschakeld, gevolgd door de retourventilator en de toevoerventilator. Dit voorkomt dat de cleanroom tijdens het in- en uitschakelen van het systeem wordt verontreinigd. Het benodigde luchtvolume om de overdruk in een cleanroom te handhaven, wordt voornamelijk bepaald door de luchtdichtheid van de onderhoudsconstructie. In de beginfase van de cleanroombouw in China was, vanwege de slechte luchtdichtheid van de constructie, 2 tot 6 keer per uur luchttoevoer nodig om een overdruk van ≥5 Pa te handhaven. Tegenwoordig is de luchtdichtheid van de onderhoudsconstructie aanzienlijk verbeterd, waardoor slechts 1 tot 2 keer per uur luchttoevoer nodig is om dezelfde overdruk te handhaven; voor een overdruk van ≥10 Pa is slechts 2 tot 3 keer per uur luchttoevoer nodig. Nationale ontwerpvoorschriften schrijven voor dat het statische drukverschil tussen cleanrooms van verschillende niveaus en tussen schone en niet-schone zones niet minder mag zijn dan 0,5 mmH₂O (~5 Pa), en dat het statische drukverschil tussen de schone zone en de buitenlucht niet minder mag zijn dan 1,0 mmH₂O (~10 Pa).
Geplaatst op: 3 maart 2025