Geeignete Beschichtungssysteme für Reinräume

Geeignete Beschichtungssysteme für Reinräume

Autor: Wolfgang Konle 

Für immer mehr Betriebe ist die Fertigung unter reinen Bedingungen zur Sicherstellung der Prozessabläufe  und der Qualität der Bauteile unentbehrlich. Einen wesentlichen Einfluss auf die Raumluftqualität haben die Betriebsmittel, zu denen auch Beschichtungen von Böden, Wänden und Decken gehören. Im Folgenden werden die unterschiedlichen Anforderungen dargestellt und die dafür erforderlichen Eigenschaften von Beschichtungssystemen. 

Anforderungen an reinraumtaugliche Betriebsstoffe

Maßgebliche Einflussfaktoren auf die Reinheit eines Reinraums sind neben Zuluftqualität,  Zulufteinbringung,  Oberflächen und dem  Personal auch die im Raum befindlichen Betriebsmittel [1].
Zu den Betriebsmitteln zählen u.a. Inneneinrichtungen wie Wände, Türen, Decken und Böden. Wesentliche Parameter der Reinraumtauglichkeit von Betriebsmitteln sind je nach Nutzung:
- Emission luftgetragener Partikel
- Ausgasungsverhalten (outgassing)
- ESD-Eigenschaften
- Reinigbarkeit
- Chemikalien- bzw. Desinfektionsmittelbeständigkeit
- Glatte und rissfreie Oberfläche
- Verstoffwechselbarkeit/Mikrobizidität

Für die meisten Produktionsprozesse stellen luftgetragene Partikel das größte Problem dar. Immer mehr jedoch spielt auch AMC = Airborne Molecular Contamination (luftgetragene molekulare Kontamination) eine Rolle. Dabei handelt es sich um das Vorhandensein solcher molekularer (chemischer, nichtpartikulärer) Substanzen in der Gas- oder Dampfphase innerhalb der Atmosphäre eines Reinraums oder Reinraumbereichs, die eine schädliche Wirkung auf das Produkt, den Prozess, die Ausrüstung oder das Personal haben können [2].

Ausgasungen aus den Werkstoffen, aus denen die Betriebsmittel hergestellt sind, wie z.B. Beschichtungen der Wand/Decke/Boden, können in nicht unerheblichem Maße negative Auswirkungen haben. Beispiele hierfür sind Korrosionseffekte von metallischen Leiterbahnen oder -schichten, Defekte bei Lithografie-Prozessen, verkürzte Service-Intervalle und Lebenszykluszeiten von Optiken, Veränderung der elektrischen Eigenschaften von Wafern durch ungewollte Dotierung [3].

In allen bisherigen Normen und Richtlinien für Reinräume sind keine Prüfkriterien für Betriebsmittel, zu denen auch Beschichtungssysteme für Böden, Wände und Decken zählen, festgelegt. Es gab nur indirekte Hinweise auf die herzustellende bzw. aufrecht zu erhaltende Beschaffenheit der Raumluft in Reinräumen. Daher legten Reinraumhersteller bzw. -betreiber aufgrund von Erfahrungen die Kriterien für Systeme in Reinräumen fest. Teilweise wurden eigene Prüfverfahren entwickelt, wie  z.B. durch die m+w group mit ihren „specifications for semiconductor clean rooms“ [4].

Um Prüfmethoden für die Reinraumtauglichkeit von Betriebsmitteln zu erarbeiten und um hierfür optimierte Produkte zu entwickeln, entstand eine Allianz der Industrie, “Cleanroom Suitable Materials (CSM)”, auf Initiative des Fraunhofer Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart. Aufgrund der im Industrieverbund CSM gewonnenen Erkenntnisse werden erstmals im Entwurf der VDI 2083 Blatt 17 (Februar 2011) Prüfkriterien für die Reinraum-/Reinheitstauglichkeit von Werkstoffen beschrieben. 

Je nach Anwendungsbereich werden folgende Anforderungen an Beschichtungssysteme gestellt:
- Gute Abriebfestigkeit (geringe Partikelbildung)
- Gute mechanische Beständigkeit
- Gute chemische Beständigkeit
- Geringe Ausgasung
- Glatte, porenfreie Oberfläche
- Gute Reinigungsfähigkeit
- Beständig gegen Desinfektionsmittel
- Biostatisch bzw. Mikrobizid
- Ableitfähig
- Rissüberbrückend

Reinraumtaugliche Beschichtungssysteme

Am besten geeignet für die Anforderungen in Reinräumen sind Epoxidharzsysteme, die sich vor allem durch ihre glatte, porenfreie Oberfläche und eine sehr gute chemische Beständigkeit bewährt haben. Außerdem haben sie bei mechanischer Belastung, wie z.B. Geh- oder Fahrverkehr, ein sehr gutes Abriebverhalten und somit auch eine geringe Partikelbildung. Zudem wurde in den letzten Jahren bei der Entwicklung von Produkten durch gezielte Auswahl der Inhaltsstoffe das Ausgasungsverhalten weiter verbessert.  Die neueste Generation von Epoxidharzdispersionen bzw. –emulsionen enthält, außer Wasser, kaum noch flüchtige Anteile.
Die StoCretec GmbH bietet auf die jeweilige Nutzung abgestimmte Beschichtungssysteme für Stahlbeton-, Putz- und Gipskartonuntergründe an.

Bild: Beschichtungen auf Wand/Decke/Boden

[1] VDI-Richtlinie 2083 Blatt 9.1, Dezember 2006
[2] VDI 2083, Blatt 8.1, Juli 2009
[3] VDI 2083, Blatt 8.1, Juli 2009
[4] M+W Group GmbH, Lotterbergstr. 30, 70499 Stuttgart