Interview

Ansprüche an Reinräume: Mehr Automatisierung, mehr Flexibilität

Die CRC Clean Room Consulting GmbH, ein international tätiges Planungsbüro mit Sitz in Freiburg, hat sich auf die Gebäudeplanung von Laboren und Reinräumen für Forschung und Produktion spezialisiert. Die CRC-Spezialisten Hermann Spinner, Timo Porta und Harald Bussing berichten im Interview über Entwicklungen bei Reinraum-Anforderungen und ein ausgewähltes Projekt.
© CRC Clean Room Consulting

LABO: Als Ihr Unternehmen 1983 gegründet wurde, stand noch die Gebäudeplanung für die Fertigung von Mikroelektronik im Vordergrund. Seit inzwischen 20 Jahren bedienen Sie auch Branchen wie Pharma und Biotechnologie. Welche bedeutenden Veränderungen bei Laboren im Allgemeinen und Reinraumlaboren im Speziellen sind Ihnen aufgefallen?

Porta: Nach wie vor ist der Mensch aufgrund der hohen Partikelabgabe die höchste Kontaminationsquelle in Reinraumbereichen. Veränderungen bezüglich der Raumqualität, z. B. bei der Halbleiter-Herstellung, sind im Wesentlichen auf die Automatisierungssysteme in der Produktion zurückzuführen. Die Automation des Wafertransports in Reinraumanlagen stellt höchste Ansprüche an Hygiene und Prozesssicherheit. Die Güte des Reinraums darf durch den Einsatz der Maschinen nicht beeinträchtigt werden. Hierbei kommen zwei Systeme zum Einsatz. Das offene System – der Transport der Wafer erfolgt in offenen Transportbehältern, die Wafer sind also der Umgebungsluft ausgesetzt. Deshalb muss die Reinheit der Umgebungsluft höchsten Ansprüchen genügen. Und das geschlossene System: Hier erfolgt der Transport der Wafer in geschlossenen, hermetisch abgeriegelten Transportbehältern. Die Wafer kommen mit der Umgebungsluft nicht in Kontakt. Die Luftreinheit der Umgebungsbereiche kann entsprechend reduziert werden.

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Spinner: Im Bereich „Life Sciences“ stellen wir ebenfalls einen erhöhten Automatisierungsgrad fest, insbesondere was die Medienversorgung und -entsorgung betrifft (automatische Zuführung von Prozesschemikalien, Optimierung der Dosierung etc.). Weiterhin wird ein immer höher werdender Anspruch an die Flexibilität der Labore (interdisziplinäre Nutzung) bei gleichzeitiger räumlicher Konzentration gestellt. Dies geht insbesondere auch mit einer erhöhten Installationsdichte der Technikgewerke einher und erfordert daher raum- und anwendungsoptimierte Laborplanung. Schließlich ist auch ein Ineinandergreifen vormals separater Disziplinen (Mikroelektronik mit Biotechnologie, Sensorik, Aktorik etc.) immer stärker zu beobachten. Dies erfordert Kenntnisse und Integration von verschiedensten Anforderungen und Regularien auch beim Planer.

LABO: Und wie sieht es bei Materialien aus, die in Reinräumen zum Einsatz kommen? Gab es dort Veränderungen?

Porta: In Bezug auf die verwendeten Materialen hat sich der Einsatz von nicht brennbaren Werkstoffen weiter durchgesetzt. Insbesondere die Prozess-Abluftsysteme wurden früher aufgrund der chemischen Beständigkeit aus Kunststoffen (PP, PVC) erstellt. In aktuell erstellten Reinraumgebäuden wird aufgrund der hohen Brandlast vermehrt auf den Einsatz von Kunststoffen für luftführende Installationen verzichtet. Der Einsatz von hochlegiertem Stahl mit Beschichtung bietet die Vorteile eines unbrennbaren Materials bei gleichzeitig höchstem Maß an Korrosionsbeständigkeit.

LABO: Welche kundenspezifischen Anforderungen machen einen individuellen Planungsauftrag zu einer besonderen Herausforderung?

Porta: Im Bereich der Laser-Anwendung ist eine hochgenaue Temperierung der Reinräume erforderlich. Sowohl in Forschungsgebäuden als auch bei industrieller Anwendung von Lasersystemen sind hochpräzise Temperaturspezifikationen mit Genauigkeiten von < 0,1 K über längere Zeiträume stabil zur Verfügung zu stellen. Hierzu sind bereits bei ersten Planungsüberlegungen die Gebäudestruktur und die technischen Anlagen aufeinander abzustimmen. Die Realisierung von solchen Bereichen erfordert den Einsatz von technischen Anlagen, die dem neusten Stand der Technik entsprechen, aber auch die Gebäudeinfrastruktur hat maßgeblichen Anteil am Gelingen solcher Projekte mit der Folge, dass die Grenze des technisch Machbaren immer häufiger erreicht wird.

Um entsprechende Anforderungen zur Verfügung zu stellen, sind individuelle Lösungen für die jeweilige Anwendung durch den Labor- und Reinraumplaner zu konzipieren.

LABO: Würden Sie ein konkretes Beispiel-Projekt „Reinraumlabor“ schildern, welches Sie umsetzen oder umgesetzt haben?

Bussing: Als Musterbeispiel für die Verbindung verschiedener Disziplinen und die Integration in gemeinsame Anwendungen kann ein im 4. Quartal 2018 fertig gestelltes Projekt für die Firma Cortec GmbH dienen. Cortec ist ein innovatives junges Medizintechnik-Unternehmen, das auf dem Gebiet der Neurotechnologie forscht und Produkte fertigt. Maßgeblich ist hierbei die Verschmelzung von Prozessen der Mikroelektronik und -sensorik mit Anwendungen der Neurologie. Der Fokus der Produkte von Cortec liegt auf der Kommunikation zwischen Nervensystem und Technologie. Der Einsatz von Implantaten in Kontakt mit dem Nervensystem ermöglicht die unmittelbare Aufnahme von Nervenströmen, deren Analyse und schließlich neue Therapiemöglichkeiten durch gezielte Stimulation von Nervenzentren.

Die Realisierung einer maßgeschneiderten Laborumgebung begann mit der Auswahl eines geeigneten Gebäudes, das sowohl in baulicher als auch hinsichtlich der grundlegenden technischen Infrastruktur geeignet war, die Anforderungen an die Produktionsbereiche zu erfüllen. In das ausgewählte Gebäude wurden dann die Labore und die speziellen Klima- und Medientechnikanlagen für den Reinraum integriert, und die Anlagentechnik wurde in Betrieb genommen.

Aktuell finden der Anschluss des Laborequipments und die Qualifizierung der Prozesse statt. Als Nachweis für die Reinheit und die Stabilität des Klimas ist ein Monitoring-System installiert.

LABO: Beraten Sie einen Kunden auch in Sachen Reinraumanforderungen für seinen speziellen Fall, z. B. damit das Reinraumkonzept angemessen aber nicht überdimensioniert ausfällt?

Spinner: Natürlich sehen wir bei CRC Clean Room Consulting unsere Aufgabe auch darin, den Kunden mit unserer Expertise zu beraten. Liegen unterschiedliche Erfahrungen vor, werden in Planungsgesprächen Lösungsansätze dargelegt und gemeinsam mit dem Kunden besprochen, so dass eine fundierte Entscheidungsgrundlage vorliegt. Explizit geht es hier auch immer um die Betrachtung der späteren Betriebskosten.

LABO: Welche besonderen Entwicklungen sehen Sie derzeit und für die Zukunft bei Reinraum-laboren?

Spinner: Wir stellen fest, dass Produktionen im Reinraumbereich durch die fortgeschrittene Automatisierung der Prozesse auch in Europa wieder wirtschaftlich sind. Durch die oben angesprochenen geschlossenen Transportsysteme sehen wir im Allgemeinen keine Steigerung der Reinheitsanforderungen. Oft kommen zu den Reinraumspezifikationen jedoch andere Anforderungen hinzu. Vor allem sind das z. B. schwingungsdynamische Anforderungen, Anforderungen von hoher Temperaturkonstanz und konstanter relativer Feuchte oder in der Batteriefertigung z. B. extrem trockene Umgebungen (< 1 % r. F.).

Die Fragen stellte Dr. Barbara Schick.

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