Neue VDI-Normen zur Reinraumtechnik

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Regelwerke sind aus der Reinheitstechnik nicht mehr wegzudenken. Sie geben branchenspezifisch vor, welche Sauberkeitsstandards, Prüf­methoden oder Grenzwerte einge­halten werden müssen.

Das Fraunhofer IPA engagiert sich weltweit in Gremien und gestaltet wegweisende Regelwerke mit. Über Neuerungen wie der Erweiterung der VDI-2083-Richtlinienfamilie um nanoskalige Kontaminationen und einem Berechnungsverfahren zur Bestimmung des Abbaus von ­Wasserstoffperoxid, der Desorptionskinetik von Werkstoffen nach deren Wasserstoffperoxid­begasung informierten die Wissenschaftler auf den Messen Cleanzone und Lounges on Tour von 17. bis 18. Oktober in Frankfurt am Main.

Regelwerke für die Reinraumtechnik
Das Fraunhofer IPA gestaltet verschiedene Regelwerke für die Reinraumtechnik mit. Wichtige Neuerungen stellten die Experten auf den Messen Cleanzone und Lounges on Tour vor. Udo Gommel, Abteilungsleiter Reinst- und Mikroproduktion, ist in mehreren Gremien und Industrieverbünden für die Etablierung von Regelwerken für Reinraum- und Reinheitstechnik verantwortlich. Als Vorsitzender des VDI-Fachausschuss Reinraumtechnik tagt er mit seinem Gremium, zumeist Industrievertreter, mindestens zweimal pro Jahr, um die mehr als 20 Richtlinienblätter für Reinraumtechnik, die VDI 2083, zu prüfen, bei Bedarf zu modifizieren und mit ihrem internationalen ISO-Pendant abzugleichen.

Basisnorm um nanoskalige Partikelkontaminationen erweitert
In den vergangenen Treffen hat der VDI-Fachausschuss für Reinraumtechnik die Notwendigkeit festgestellt, Reinräume und reinheitstechnisch kontrollierte Bereiche auf den Bereich unterhalb 0,1 μm bis in den einstelligen, nanoskaligen Bereich zu erweitern. Hintergrund ist, dass sich die Strukturbreiten im Halbleiterbereich und in der Nanotechnik immer weiter verkleinern. »Für die Herstellung von Mikrochips werden immer kleinere Bauteile benötigt. Folglich nimmt auch die Größe der Partikelkontaminationen ab, die kon­trolliert werden müssen«, erläutert Gommel. VDI 2083/1, laut dem Experten das »Mutterschiff« der VDI-Normen zur Reinraumtechnik, umfasst Partikelgrößen von 0,1 bis 5,0 μm.

Die neue, in Kürze erscheinende Norm VDI 2081/1.1 bezieht sich hingegen auf wesentlich kleinere Kontaminationen im Bereich von 5 bis 100 nm. Dafür hat der VDI-Ausschuss ein neues Klassifizierungssystem erarbeitet, das Grenzwerte für die Einhaltung produkt- und prozessspezifischer Spezifikationen vorgibt. Hierfür wurden auch Messtechniken und eine Vorgehensweise zur Charakterisierung reiner Bereiche und Betriebsmittel festgelegt. Ende dieses Jahres soll die neue Richtlinie verabschiedet werden. In seinen Vorträgen am 18. Oktober auf der Cleanzone und der Lounges on Tour stellt Gommel die Neuerungen vor.

Neue Berechnungsmethodik ermittelt Desorptionszeit von H202
Ein weiteres Themenfeld, dem sich der VDI-Fachausschuss für Reinraumtechnik angenommen hat, ist die Desorptionskinetik, also der Abbau von Wasserstoffperoxid (H2O2) nach der Beaufschlagung von Oberflächen in reinheitstechnisch kontrollierten Bereichen. Um Produkte und sauberkeitskritische Oberflächen für die Pharma­industrie oder die Medizintechnik, bspw. bei der Tabletten- oder Implantateproduktion, kontaminationsfrei zu halten, müssen die Reinräume über Nacht sterilisiert werden. Das funktioniert häufig, indem man sie mit Wasserstoffperoxid begast und die Mikroorganismen dabei abtötet. Erhöhte H202-Konzentrationen sind für den Menschen allerdings schädlich und sollten nicht eingeatmet werden. Daher werden die Reinräume nach der Sterilisation so lange belüftet, bis die H202-Konzentration auf einen unkritischen Wert abgesunken ist. Das Gas haftet allerdings an Oberflächen an, wodurch der Abbau verlangsamt und die Wiederaufnahme der Produktionsaktivität im Reinraum verzögert wird. Daher hat das Fraunhofer IPA eine Vorgehensweise entwickelt, mit der man die Halbwertszeit des H202-Abbaus ermitteln kann. »So wissen Anwender, wann sie ihre Produktion wieder aufnehmen können«, hebt Gommel hervor. Der neue Berechnungsalgorithmus wurde in die VDI-Richtlinie 2083/20 integriert. Auf der Cleanzone am
18. Oktober präsentierte IPA-Experte Markus ­Keller die Vorgehensweise der Öffentlichkeit.

Weg von der bloßen Raumluftbewertung, hin zu spezifischen Kontaminationen
In Gremien und Industrieverbünden arbeitet das Fraunhofer IPA auch daran, die verschiedenen Regelwerke zur Reinraum- und Reinheitstechnik in Einklang zu bringen. Neben der VDI-2083-Richtlinienreihe gelten für Reinraum-Akteure die internationale Normenfamilie ISO 14644 sowie die ECSS für den Bereich der Luft- und Raumfahrt. Bei luftgetragenen Kontaminationen ist der Trend erkennbar, dass nicht mehr nur die Reinraum­umgebung als Mittel zum Zweck bewertet wird, sondern immer mehr die Produkte und deren spezifischen Sauberkeitsanforderungen in den Vordergrund rücken. »Früher thematisierten die Normen nur die Luftreinheit, heute bekommt der Anwender schon konkrete Vorgaben zu den einzuhaltenden Oberflächensauberkeiten, Bauteilspezifikationen oder Fertigungsumgebungsqualitäten. Das gilt in Bezug auf partikuläre, chemische, filmische und auch mikrobiologische Aspekte, wie diese für die produktionstechnischen Abläufe, zum Beispiel bei der Fertigung von Satelliten, Automobilbauteilen oder auch Implantaten, benötigt werden«, bestätigt Gommel.

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