Vader van de Reinruimte

Willis Whitfield in de deur van zijn eerste cleanroom. / Willis Whitfield die door de deur van zijn eerste cleanroom stapt. © Exyte Technology GmbH

Original - Schets van Willis Whitfield van zijn uitvinding uit 1962. / De originele schets van Willis Whitfield van zijn uitvinding, gedateerd 1962. © Sandia National Laboratories

Het eerste patent (uitspraak) op een cleanroom, ingediend door Willis Whitfield. / The first patent (extract) of a cleanroom, filed by Willis Whitfield. © United States Patent Office

Het eerste patent (uittreksel) op een cleanroom, aangevraagd door Willis Whitfield. / The first patent (extract) of a cleanroom, filed by Willis Whitfield. © United States Patent Office

Het eerste patent (uittreksel) op een cleanroom, aangevraagd door Willis Whitfield. / The first patent (extract) of a cleanroom, filed by Willis Whitfield. © United States Patent Office

Willis Withfield naast een standbeeld van zichzelf dat in 2007 werd onthuld op het terrein van Sandia National Laboratories. / Willis Withfield next to a statue of himself that was unveiled at Sandia National Laboratories in 2007. © Sandia National Laboratories

Jaarboek 50 jaar cleanroomtechnologie © Exyte Technology GmbH

1962 lieten de Sandia National Laboratories in Albuquerque, New Mexico, het Ultra‑Cleanroom-patent registreren. Het was eerder uitgevonden door een van de ingenieurs van Sandia Labs, Willis Whitfield. Daarmee opende Whitfield de deur naar technologieën zoals de moderne halfgeleiderproductie, waarvan de ontwikkeling destijds nog niet voorzien was.

„Als kind was ik me niet bewust van wat mijn vader had uitgevonden. Ik was toen nog maar zes of zeven jaar oud“, herinnert Jim Whitfield zich, die net als zijn vader de ingenieursopleiding heeft gevolgd. „Ik geloof dat hij zich eerst zelf niet bewust was van de betekenis die de cleanroom zou krijgen, die hij had ontwikkeld.“

Totdat op die dag, dat Willis Whitfield de opdracht kreeg om iets beters te ontwikkelen voor onderzoek dat verontreinigingen in laboratoria moest tegenhouden, waren er alleen maar turbulente cleanrooms. Het waren meer geventileerde kamers waarin de lucht rondspinde. „Hij keek ernaar en had meteen de oplossing. Het is zo eenvoudig: als je een rechte luchtstroom inzet die uit het plafond komt en door de vloer naar buiten gaat, dacht hij. Het duurde niet eens vijf minuten voordat hij op het idee kwam“, vertelt Jim Whitfield. Daarna werd dit plan in de praktijk gebracht, wat betekende dat er een prototype werd gebouwd en getest, ongeveer acht op tien voet groot (rond 2,5 op 3,3 meter). In dat prototype kon ongeveer 600 keer per uur de lucht worden ververst. „De tests werden gedaan met rook, zodat men de luchtstroom in de kamer kon zien.“ Dit was al in 1961, maar het patent werd pas een jaar later aangevraagd. Het tijdschrift *Time* publiceerde in april 1962 al een artikel met de titel „Mr. Clean“. Het Whitfield‑Ultra‑Cleanroom was een baanbrekende ontwikkeling. De lucht in de cleanroom was honderd keer schoner dan tot dan toe gebruikelijk was. Een foto uit 1962 toont Whitfield naast zijn uitvinding, terwijl hij met een geïntegreerde telefoon spreekt met de mensen in de cleanroom.

„Daarop heeft Sandia het patent snel aangevraagd, niet mijn vader. Het is niet te bevatten hoe rijk wij nu zouden zijn als hij het had gekregen“, zegt Jim Whitfield lachend. Geld betekende zijn vader echter niet veel. „Het is mooi als je er genoeg van hebt, dan is het ook wel goed. Hij was trots op wat hij had bereikt. Dat was zijn instelling.“ Willis Whitfield werd in 1920 geboren in Rosedale, Oklahoma, en groeide op een boerderij op. „Mijn grootouders hadden een homestead-land, dat door de overheid werd verstrekt.“ In 1863 was de Homestead Act door de Amerikaanse regering uitgevaardigd. Daarna kreeg iedereen van minimaal 21 jaar ongeveer 65 hectare onbewoond land. Na vijf jaar ging dat land over op de eigenaar. „Onze familie heeft daar katoen geplant. Mijn vader was eraan gewend om overal zelf aan te pakken.“ Willis Whitfield studeerde natuurkunde en kwam in 1954 naar de Sandia National Laboratories in Albuquerque, New Mexico, waar in de jaren vijftig nucleaire wapens werden ontwikkeld. „Het was allemaal streng geheim, daarom heeft hij ons niets verteld, maar ik weet dat hij een heel aantal explosiekogels heeft ontwikkeld“, zegt Jim Whitfield.

Zijn vader was een echte wetenschapper, een man die geïnteresseerd was in veel dingen en graag de diepte inging. „Bij Sandia hebben ze ook geëxperimenteerd met allerlei verschillende explosieven. Die werden in stalen vaten tot ontploffing gebracht, zodat er geen schade ontstond. Maar de detonaties waren zo krachtig dat de vaten scheurden. Daarom gingen ze ermee de woestijn in, wat behoorlijk omslachtig was. Mijn vader merkte dat op en zei tegen hen dat ze in de vaten een vacuüm moesten creëren, dan zouden ze niet meer barsten. Toen ze dat deden, dachten ze eerst dat de explosieven niet waren ontploft, omdat er schijnbaar niets gebeurde en vooral niets te horen was. Pas toen ze de vaten openden, zagen ze de sporen van de explosies aan de binnenkant. In een vacuüm worden immers geen geluiden overgebracht.“

Naast de cleanroom heeft Willis Whitfield ook een werkstation met een laminaire stroming ontwikkeld. Vijf jaar na zijn baanbrekende uitvinding werkte hij in een projectgroep van Sandia die voor NASA onderzoek deed. „Daar werden de onderdelen voor het ruimtevaartprogramma eerst nog in een niet‑zuivere omgeving gemonteerd“, zegt Jim Whitfield, die als kind de luchthaven van Albuquerque als tweede thuis beschouwde. „Zo vaak waren we daar om mijn vader op te halen. Hij was voortdurend onderweg.“ Tot 1976 werkte Willis Whitfield aan projecten voor NASA, daarna van 1977 tot zijn pensionering in 1984 weer in de nucleaire onderzoeksector.

In een ziekenhuis in Albuquerque werd Whitfields cleanroomprincipe in de jaren zestig voor het eerst toegepast in een operatiekamer. Aan de Universiteit van New Mexico gaf hij colleges over cleanrooms. Een van zijn luisteraars was zijn zoon Jim, die elektrotechniek studeerde. „Ik heb me ongemerkt naar binnen geslopen en geluisterd“, zegt de informaticus, die een warme relatie met zijn vader had. „Hij had de gave om anderen te motiveren en te helpen. Hij was een rustige, vriendelijke man die bevriend was met veel collega’s en medewerkers. Hij was zeker een goede baas. Velen hebben hem nog regelmatig ontmoet toen hij al met pensioen was. Ik ben blij dat mijn vader zo’n lang en vervullend leven heeft gehad.“

In 2007 kregen de Sandia Laboratories, waar hij 30 jaar lang had gewerkt, een bijzondere eer voor Willis Whitfield. Een bronzen standbeeld van hem werd onthuld op het streng beveiligde terrein in Albuquerque. Het beeld was gemaakt door Neal McEwen, die ook voor Sandia had gewerkt. Op de sokkel van het standbeeld staat naast een lijst van Willis Whitfields uitvindingen een citaat van president Dwight D. Eisenhower: „Ingenieurs bouwen voor de toekomst, niet alleen voor de behoeften van de mens, maar ook voor hun dromen. Ingenieursprestaties zijn de uitdrukking van een onwankelbaar vertrouwen dat het leven zich zal blijven ontwikkelen en dat de toekomst het waard is om voor te werken.“