Reinraumtaugelijkheid als kwaliteitsparameter – wat vertelt ons het resultaat van dit onderzoek

Afbeelding 1

Afbeelding 2

Afbeelding 3

In de afgelopen jaren is de reinruimtegeschiktheid steeds meer uitgegroeid tot een vaste kwaliteitsparameter bij machine- en componentenleveranciers. Dit kwaliteitskenmerk is bij steeds meer producten te vinden, waarvan het gebruik in de reinruimte kan plaatsvinden en waarvan de geschiktheid daarvoor gedocumenteerd moet worden. Dit kwaliteitszegel geeft aan dat een product voldoet aan bepaalde eisen omtrent de afgifte van contaminaties van partikulaire of gasvormige aard.

Het moet echter alle gebruikers duidelijk zijn dat dit kwaliteitszegel vastzit aan de omstandigheden waaronder de test is uitgevoerd. Daarnaast rijst de vraag in hoeverre een mechanisch product moet voldoen aan een luchtzuiverheidsklasse. Deze, niet direct gerelateerde eigenschap, wordt in de argumentatie vaak verkeerd geïnterpreteerd. Hier wordt het onderwerp reinruimtegeschiktheid en de interpretatie ervan uiteengezet. (zie afbeelding 1)

Reinruimtegeschiktheid en/of reinheidsgeschiktheid

In de richtlijn VDI 2083-9.1 „Reinheidsgeschiktheid en oppervlakte-reinheid“ wordt gewezen op de verschillen tussen reinruimtegeschiktheid en reinheidsgeschiktheid. (De auteur merkt op dat volgens zijn mening in de voorgaande richtlijn VDI 2083-8 „Reinruimtegeschiktheid van hulpmiddelen“, het verschil uitgebreider werd beschreven.) Om het eenvoudig uit te leggen, kan men zeggen dat de reinruimtegeschiktheid de invloed van een machine of component op de luchtzuiverheidsklasse van de reinruimte beschrijft en de reinheidsgeschiktheid de invloed op het betreffende product. Beide grootheden zijn belangrijk, waarbij aan de reinheidsgeschiktheid meer gewicht moet worden toegekend. Desalniettemin wordt meestal gesproken over reinruimtegeschiktheid zonder een differentiatie te maken. Deze differentiatie is belangrijk wanneer de vastgestelde parameters relevant zijn voor de faciliteiten of productie. Ook speelt de reinruimtegeschiktheid een rol in de productie, vooral bij vragen over kruiscontaminaties. De reinruimtegeschiktheid wordt ook beschouwd als een onderdeel van de reinheidsgeschiktheid. Vanuit deze benadering moeten beide gebieden altijd in samenhang worden beoordeeld, zonder de differentiatie te verwaarlozen.

Reinruimtegeschiktheid volgens ISO

Vaak wordt in productspecificaties, databladen of brochures de formulering „Reinruimtegeschikt klasse ISO 4 volgens ISO 14644-1“ gebruikt om machines of componenten aan te duiden die in de reinruimte moeten worden gebruikt. Wat moet hiermee worden gezegd?

• - De machine/component kan zonder bezwaar in de reinruimte van classificatie ISO 4 worden ingezet.
  - Het product dat met de machine/dit onderdeel wordt geproduceerd, wordt op geen enkele plek blootgesteld aan een slechtere omgeving dan de luchtzuiverheidsklasse beschreven door de classificatie ISO 4.
  - De machine heeft de reinheidsklasse ISO 4 volgens ISO 14644-1.

Al deze hier beschreven interpretaties worden onder andere in de praktijk aangetroffen. Maar wat betekenen ze precies?

• - In het eerste punt wordt de klassieke reinruimtegeschiktheid beschreven. Dit betekent dat de machine geen plek vertoont waar meer deeltjes worden afgegeven aan de omringende reinruimte dan de waarden die uit de volumetrische metingen worden afgeleid en die de classificatie van de luchtzuiverheidsklassen bepalen op klasse ISO 4. Vragen blijven echter open. Een daarvan is hoeveel van deze machines in de betreffende reinruimte kunnen worden ingezet terwijl de classificatie behouden blijft.
  - In punt 2 staan de gegevens over de reinheidsgeschiktheid van de productomgeving. Uiteindelijk telt alleen het product en niet de reinruimte. De reinruimte is slechts een middel. Als het lukt om de directe productomgeving schoon te houden, speelt de reinruimte nog slechts een secundaire rol. Bovendien is de vraag naar de reinheidsgeschiktheid in de halfgeleiderindustrie op een praktische wijze opgelost met acceptatietests.
  - Wat punt 3 betreft, kan men alleen zeggen dat geen enkele machine/component een luchtzuiverheidsklasse kan bezitten.

Meetprotocol en meetomstandigheden

In het protocol dat aan elke certificering ten grondslag ligt, worden gegevens over de meetomstandigheden vermeld. Deze zijn belangrijk om een vergelijking te kunnen maken met de eigen omstandigheden waaronder de machine/component moet worden ingezet. Het gaat daarbij niet alleen om omgevingsparameters zoals temperatuur en relatieve luchtvochtigheid, maar vooral om de gegevens over het proces zelf, waaronder de reinheidsgeschiktheidsmetingen zijn uitgevoerd. In de reintechniek worden drie niveaus van kwalificatie (toestanden) onderscheiden:

• - As built – de reinruimte is gebouwd, er bevinden zich geen machines en personeel tijdens de meting in de reinruimte, de reinruimte is in bedrijf.
  - At rest – de reinruimte is uitgerust met alle machines en installaties, de reinruimte is in bedrijf, de machines en installaties draaien (leegloop), er bevindt zich geen personeel in de reinruimte.
  - In operation – De reinruimte is volledig in bedrijf met alle machines, installaties en personeel, er wordt geproduceerd.

Vergelijkbaar kunnen deze toestanden worden toegepast op de reinheidsgeschiktheidsmetingen. Meestal wordt de toestand „at rest“ gebruikt, omdat de concrete toepassingsgevallen en de daarmee verbonden producten te divers zijn. Het blijkt dat er hier een kloof kan ontstaan tussen de meting en de daadwerkelijke gebruikssituatie. Daarnaast moet men ook rekening houden met de creativiteit van individuele marketingafdelingen, zoals de auteur bekend werd door een concreet geval. Want uit zijn onderzoek bleek dat men weliswaar terecht de classificatie ISO 1 in het datablad had vermeld, maar de resultaten van de andere meetpunten van deze component had verzwegen (deze waren slechter).

In een ander geval werd een transfercomponent per ongeluk alleen in de initiële modus gemeten, zoals een hercontrole bij een andere dienstverlener aan het licht bracht. De resultaten met de werkelijke procestsnelheid waren aanzienlijk slechter. Dit bracht de eindklant ertoe een ander product te gebruiken.

Wat zegt ons uiteindelijk de uitspraak „Geschikt klasse ISO 4“? – Ze geeft aan dat onder bepaalde omstandigheden op zo veel mogelijk meetpunten een deeltjesconcentratie is gemeten die, afgeleid van de classificatie ISO 14644-1, overeenkomt met luchtzuiverheidsklasse ISO 4. Het is niet de machine die aan de luchtzuiverheidsklasse voldoet, maar de gemeten deeltjesconcentratie. Het vertelt de gebruiker van deze machine/component dat hij zeker een product heeft gevonden dat geschikt is voor zijn toepassingsgebied, maar dat deze geschiktheid moet worden bevestigd door een vergelijking van de inzetomstandigheden met het bij het certificaat meegeleverde protocol.

Wederom blijven belangrijke vragen onbeantwoord:

• - Hoe oud is het certificaat? Alle certificaten zijn gebonden aan geldigheidsduur. Dit is noodzakelijk om te waarborgen dat door productwijzigingen of veranderingen in het productieproces de kwaliteit met betrekking tot de reinheidsgeschiktheid altijd wordt gegarandeerd.
  - Hoe ziet het gedrag op lange termijn eruit met betrekking tot de reinheidsgeschiktheid? Meestal worden de metingen uitgevoerd met gloednieuwe machines/components. Er zijn slechts enkele gevallen waarin het lange termijn gedrag is onderzocht.
  - Hoeveel deeltjes geeft de machine/component in totaal af? Deze vraag is relevant wanneer machines en componenten direct met elkaar vergeleken moeten worden. Vooral interessant als ze naast alle andere relevante parameters voor de toepassing vergelijkbaar zijn en de deeltjesafgifte een extra beslissingscriterium vormt. (zie afbeelding 2)

Holistische methode

In VDI 2083-9.1 wordt deze soort metingen volgens de mening van de auteur niet met de nodige zorgvuldigheid behandeld.

Bij de holistische methode wordt de deeltjesafgifte per tijdseenheid gemeten. Het nadeel is dat de resultaten niet kunnen worden gespiegeld aan een classificatie zoals die in ISO 14644-1 wordt weergegeven. Dit betekent dat de holistische methode altijd in samenhang moet worden beschouwd met de lokale meetmethode, waarbij op gedefinieerde punten wordt gemeten. (zie afbeelding 3)

De meetopstelling bestaat eruit dat het meetobject in een meetruimte wordt geplaatst, die wordt doorstromt met schone lucht en aan een luchtuitlaat wordt de deeltjesconcentratie gemeten (een benaderende gelijkverdeling wordt aangenomen). Daarnaast wordt de volumestroom aan de luchtuitlaat bepaald. Door beide waarden te vermenigvuldigen, verkrijgt men een deeltjesstroom.

De deeltjesconcentratie P/m³ vermenigvuldigd met de volumestroom m³/s geeft de deeltjesstroom P/s:

P/s =(P/m³)/(m³/s).

Een eenvoudig voorbeeld illustreert waarom het zinvol kan zijn om voor de holistische methode te kiezen. Stel je voor dat twee verschillende fabrikanten een leiding hebben met vijf afgesproken meetpunten. Bij de leiding van fabrikant 1 werden de volgende resultaten verkregen volgens de lokale meetmethode (0 – 0 – 200 – 0 – 0). Volgens de richtlijn VDI 2083-9.1 betekent dit dat de deeltjesafgifte van deze leiding overeenkomt met een classificatie die het hoogste gemeten waarde, 200, toewijst. Het resultaat van de leiding van fabrikant 2 is (100 – 100 – 100 – 100 – 100). Volgens de richtlijn betekent dit dat de deeltjesafgifte van deze leiding overeenkomt met een classificatie die het hoogste gemeten waarde, 100, toewijst. Hoewel de leiding van fabrikant 2 aanzienlijk meer deeltjes afgeeft, krijgt deze een betere classificatie. Dit tegenstrijdige resultaat kan worden opgelost met de holistische methode.

Verdiepende literatuur:

VDI 2083-8: Reinruimtegeschiktheid van hulpmiddelen (teruggetrokken)
VDI 2083-9.1: Reinheidsgeschiktheid en oppervlakte-reinheid
ISO 14644-1: Classificatie van de luchtzuiverheid