Productie-installaties volgens de zuiverheidsnorm

Productie-installaties volgens de zuiverheidsnorm

Kick-off bijeenkomst voor de industrievereniging »Cleanroom Geschikte Materialen CSM, Fase 4« op 28 januari 2009 bij Fraunhofer IPA in Stuttgart

Aanvangssituatie

Bij diverse technische componenten wordt de vraag naar hogere prestaties en snelheid, evenals het verminderen van gewicht en energieverbruik, gerealiseerd door een miniaturiseringsproces. Deze sinds enkele decennia waargenomen en voortdurende trend naar miniaturisatie van structuren in wetenschap en techniek vereist onder andere de beschikbaarheid van gecontroleerde ‘schone’ productieomgevingen. De taak hiervan is het minimaliseren van productieschadelijke invloeden. De door filtering van de lucht gecreëerde, zogenaamde ‘Cleanroom’-omgevingen, oorspronkelijk vooral ontwikkeld voor de behoeften van micro-elektronica en microsystemen, komen inmiddels in bijna alle hightechsectoren voor.

Afhankelijk van de branche en het proces hebben verschillende zuiverheidsfactoren een schadelijk effect op de productie. Een in 2003 door Fraunhofer IPA uitgevoerde enquête bevestigde dat voor marktdeelnemers de grootste bedreiging in de pure productie nog steeds van deeltjes – kleinste deeltjes in het micrometerbereik – uitgaat, gevolgd door moleculaire verontreinigingen (gasvorming) en elektrostatische ontladingen (ESD).

Wat de oorzaken van verontreinigingen betreft, is de laatste jaren een verandering waarneembaar: de cleanroom zelf heeft slechts nog een marginale invloed op de contaminaties in de productie. Ook het personeel, dat tot ongeveer 15 jaar geleden nog de grootste invloed op de netheid van een productieomgeving had, verliest door verdringing uit kritieke gebieden steeds meer contaminatiepotentieel. Daarentegen neemt het risico op contaminatie door de toenemende inzet van automatiseringsoplossingen sterk toe en wordt door experts momenteel geschat op meer dan 40%.

Productie-installaties en daarmee de gebruikte materialen, die meestal direct in contact staan met het product, worden zo steeds meer de belangrijkste, beïnvloedbare factor voor contaminatie in een schone productie. Deze trend wordt ook weerspiegeld in de door Fraunhofer IPA uitgevoerde enquête: 91% van de operators van schone producties beschouwt de geschiktheid van materialen voor reinheid als de belangrijkste, te controleren factor. Voor meer dan 85% van de deelnemende bedrijven bestaat de behoefte aan een materiaal- en productendatabase met gegevens over hun geschiktheid voor reinheid. Materialen voor productieapparatuur zodanig kiezen dat slechts minimale of niet-kritische contaminaties ontstaan, is voor de industrie een uiterst belangrijk, maar tot nu toe nauwelijks onderzocht onderwerp.

Duurzame ontwikkeling van de industrievereniging

De respons die deze marktanalyses en enquête in de industrie teweegbrachten, is uiteindelijk de reden dat Fraunhofer IPA de industrievereniging »Cleanroom Geschikte Materialen CSM« heeft opgericht.

Het overkoepelende doel van de industrievereniging is het bieden van hulpmiddelen aan ontwerpers van installaties voor schone productieomgevingen, waarmee de selectie van materialen die geschikt zijn voor reinheid, mogelijk wordt gemaakt. Een essentiële voorwaarde hiervoor is een nauwe communicatie tussen de eindgebruikers van de productieapparatuur en de machinebouwers. Een geschikt platform vormt de industrievereniging: belangrijke spelers uit relevante industrieën zitten samen aan tafel en ontwikkelen samen met Fraunhofer IPA betrouwbare procedures voor het testen en beoordelen van de geschiktheid van materialen voor reinheid (zie figuur 1). De werkzaamheden van de industrievereniging worden extra duurzaam door haar betrokkenheid bij de ontwikkeling van actuele standaarden en richtlijnen, waarin de testprocedures van de vereniging worden geïntegreerd.

Door een groot aantal materiaaltesten op verschillende combinaties van keramiek-, metaal-, coating- en kunststofmaterialen, die de deelnemers vrij kunnen kiezen op basis van hun behoeften, ontstaat sinds twee jaar een exclusieve en uitgebreide kennisbank over de geschiktheid van materialen voor reinheid, specifiek voor de bedrijven die deelnemen aan de vereniging. In de vorm van een wereldwijd unieke internetgebaseerde resultaten-database krijgen de deelnemers toegang tot alle onderzochte materialen en profiteren ze van de synergie-effecten van de grote deelnemerskring, die een snel groeiende materiaalgegevensbank met zich meebrengt. De gebruiksvriendelijke grafische interface van de database met diverse zoekfuncties stelt de deelnemers in staat om de resultaten van de materiaaltesten doelgericht en op een winstgevende manier te gebruiken voor de ontwikkeling, planning en optimalisatie van hun productieapparatuur.

Voorbeeld van toepassing

Bij de ontwikkeling van een geautomatiseerd reinigingssysteem kon al gebruik worden gemaakt van de kennis van de industrievereniging. Om overmatige, ontoelaatbare deeltjesuitstootwaarden tijdens het later inzetten van de installatie te voorkomen, werden vooraf tests uitgevoerd met mogelijke materialen. Dankzij de door de vereniging ontwikkelde test- en beoordelingsprocedure kon het aantal in aanmerking komende materialen al vóór de realisatie van de installatie worden beperkt en beoordeeld. Het resultaat is een bijna op maat gemaakt reinigingssysteem dat voldoet aan de eisen voor reinheid (zie figuur 2).

Vooruitblik

Om altijd een zo compleet mogelijk oordeel over de geschiktheid van materialen voor reinheid in productie-installaties te kunnen geven, worden naast onderzoeken naar deeltjesuitstoot, ESD-gedrag en gasvorming ook aanvullende beoordelingsprocedures gepland, zoals het onderzoeken van deeltjesafgifte van materialen in vacuüm en microbiologische onderzoeken, die belangrijk zijn voor LifeScience-toepassingen. Over de verdere aanpak wordt op 28 januari 2009 tijdens een open en vrijblijvende kick-off bijeenkomst van Fraunhofer IPA in Stuttgart besloten, waaraan alle geïnteresseerden hierbij van harte worden uitgenodigd.

De industrievereniging kijkt uit naar de opname van nieuwe partners die hun wensen en specifieke materialen willen inbrengen in de onderzoeken, om ook in de toekomst de vinger aan de pols van de industrie te houden.