"Om zo schoon mogelijk te hijsen met een cleanroomkraan moet elk detail kloppen"

Theun Kemps heeft meer dan twintig jaar ervaring in contamination control, zoals cleanrooms en gecontroleerde omgevingen. Als onafhankelijk expert adviseert hij organisaties hierover. Ook verzorgt hij in deze hoedanigheid het validatieproces van de cleanroomkranen van Mennens Cleanroom Cranes.

Speciaal ontwerp

Theun begint: “Tijdens de gesprekken die ik voer met organisaties over de inrichting van hun cleanroom of gecontroleerde omgeving, komt een hijsoplossing vaak al snel ter sprake. Bijvoorbeeld om zware, kostbare apparatuur voor de fabricage van halfgeleiders heel nauwkeurig in elkaar te zetten, of te verplaatsen. Of om het dagelijkse proces in een lakstraat voor auto’s extreem zuiver te laten verlopen.”

Deeltjesdepositie voorkomen

Deze organisaties hebben te maken met strikte normen voor de maximaal toegestane hoeveelheid deeltjes, of andere contaminanten op het product. Hoe valt dit te verenigen met een hijsvoorziening? Theun: “De meeste voorzieningen in een cleanroom zijn statisch van aard. Dit geldt niet voor een hijskraan, die is dynamisch. Dat veroorzaakt bewegingen van deeltjes, terwijl je dat juist wil beperken. Ze kunnen immers op of in je product terechtkomen, en dat is ongewenst. Om contaminatie tijdens het hijsen zoveel mogelijk te voorkomen, vraagt een cleanroomkraan om een speciaal ontwerp en materiaalgebruik dat afwijkt van een reguliere hijskraan. Een cleanroomkraan moet volledig zijn toegerust op het proces, de geldende ISO-classificatie en branche-specifieke eisen.”

Materiaalkeuze

Hoe kun je contaminatie tijdens het hijsen minimaliseren? Theun: “Bijvoorbeeld door de hijskraan te vervaardigen van materialen die niet of minimaal verontreinigen én die toegestaan zijn binnen de cleanroom. Zo is bij een grote speler in de semiconductor-industrie een dynamische toepassing van koper verboden. Als koperdeeltjes in een halfgeleidermachine terechtkomen, kunnen deze migreren door het systeem. Dit kan zorgen voor verstoringen op wafer-niveau, en dat betekent defecten in microchips en uiteindelijk productieverlies. Elementen zoals tin en zink zijn hier ook verboden, dit zijn voorbeelden van zogenaamde HIO-elementen (Hydrogen Induced Outgassing). Deze kunnen leiden tot transmissieverlies van de optische kolom en kunnen daarmee grote onomkeerbare schade veroorzaken.”

Rvs: eenvoudig reinigbaar en corrosiebestendig

Veel cleanroom-hijskranen van Mennens Cleanroom Cranes zijn vervaardigd van rvs. Theun: “Rvs is kostbaarder dan staal, maar is sterk en kent een zeer hoge bestendigheid tegen corrosie. Het materiaal is bovendien eenvoudig reinigbaar. En het laat weinig tot geen deeltjes achter.”

Hijsband en manier van opwikkelen

Om contaminatie tegen te gaan, wordt bij de engineering van een cleanroom-hijskraan over elk detail nagedacht. Theun: “Neem het hijsmiddel (de band, het touw of de kabel) waarmee je hijst, en de manier van opwikkelen. Voor veel cleanrooms in o.a. de halfgeleider-, hightech- en ruimtevaartindustrie is de Dyneema-hijsband ontwikkeld. Dyneema is sterk, flexibel en heeft een laag wrijvingscoëfficiënt. Hierdoor slijt de band nauwelijks en verspreidt deze een minimaal aantal deeltjes. Voor de ruimte- en luchtvaartindustrie en de semiconductor-industrie is de uitgassing van materialen hierin ook erg belangrijk. Bovendien is Dyneema rekvast en licht in gewicht.”

Zo zijn er tal van innovatieve ontwerpmogelijkheden die de verontreiniging die een hijskraan veroorzaakt minimaliseren. Theun: “Denk aan op maat ontwikkelde poedercoatings en uitsluitend gladde oppervlaktes. Dus geen kieren, openingen en holle ruimtes waarin vuil kan achterblijven en waarin bacteriën zich kunnen ontwikkelen. En materialen met een toegestaan niveau van uitgassing.”

ISO 14644-1 2015 en branche-specifieke eisen

Uiteraard verschilt het benodigde ontwerp van een cleanroom-hijskraan per branche, organisatie en omgeving. Theun legt uit: “Dit heeft alles te maken met de toegestane deeltjes volgens de ISO 14644-1 2015 en branche-specifieke eisen. In cleanrooms voor de ruimte/luchtvaartindustrie zijn doorgaans relatief grotere deeltjes op oppervlakken toegestaan, bijvoorbeeld 100 micron. Dit valt onder deeltjesdepositie. Vergelijk dit bijvoorbeeld met de halfgeleiderindustrie, waar deeltjes op wafer-niveau vanaf 4 nanometer (nm) al defecten veroorzaken. De cleanroomkraan zit natuurlijk in de cabine, buiten de machine. Maar het heeft vanzelfsprekend ook zijn invloed op de eisen aan het ontwerp.”

Elektromagnetische compatibiliteit

Een aandachtspunt in cleanrooms – los van contaminatie - is de elektromagnetische compatibiliteit (EMC) van de elektrische componenten in de hijskraan. Theun: “Om te waarborgen dat de onderdelen in de kraan de componenten of apparatuur in de cleanroom niet verstoren, worden deze in het ontwerp volledig afgeschermd met speciale materialen. Kabels in de kraan worden met behulp van wartels in de stalen delen van het frame gekapseld voor volledige afscherming.”

Validatie

Als organisatie wilt u er zeker van zijn dat de hijskraan cleanroom-compatible is en presteert binnen de geldende ISO-classificatie. En wellicht zijn er ook binnen de betreffende industrie nog eisen aan het product. Hoe maakt u dit aantoonbaar?

Als onafhankelijk expert valideert Theun regelmatig apparatuur voor cleanrooms, zoals cleanroom-hijskranen. Hij legt uit hoe dit proces verloopt:

“De validatie vindt plaats in een cleanroom of geconditioneerde omgeving. Hierbij wordt bijvoorbeeld gebruikgemaakt van een laser partikel teller. Dit is geavanceerde apparatuur om het aantal deeltjes in de lucht vast te stellen. De laser partikel teller zuigt lucht aan en meet zo de emissie van de kraan. Eerst vindt er een 0-meting plaats om de achtergrond te bepalen. De volgende stap is meten hoeveel deeltjes er vrijkomen tijdens de verschillende bedrijfsstadia van de kraan.

Alle data wordt gevisualiseerd in een rapportage. Presteert de kraan niet binnen de vereisten van bijvoorbeeld de ISO-classificatie? Dan gaat de cleanroomkraan opnieuw het engineerproces in. Net zolang totdat de hijskraan volledig cleanroom-compatible is. En presteert binnen de geldende ISO-normering of andere gewenste classificatie.”

Theun Kemps - Contamination Control Engineering
www.contaminationcontrolengineering.com
info@theunkemps.com