Puhdastila

Kuituoptiikan testausta puhdastilassa

Mikroelektroniikan valmistukseen tarkoitettu puhdastila rakenteilla

Puhdastiloissa käytetään kuvan esittämää päähinettä ja hengityssuojaa. Suojalaseja käytetään vain puhtaimmissa puhdastiloissa.

Puhdastilalla tarkoitetaan kontrolloitua tilaa, missä valittuja olosuhteita ylläpidetään työskentelyn tai tuotteen puhtauden varmistamiseksi. Puhdastilan teknisessä toteutuksessa suuri määrä ilmaa painetaan ylhäältä HEPA-suodattimen läpi alas mahdollisemman tasaisena laminaarisena virtauksena, jonka tarkoitus on työntää männän tavoin epäpuhtaudet pois kriittisiltä vyöhykkeiltä. Tämä toteutetaan pääasiassa puhtaimmissa ISO-luokissa. Luokasta ISO 6 ja sitä "likaisemmissa" käytetään nimitystä turbulenttinen ilmavirtaus. Turbulenttisessa ilmanjaossa pääpaino on ilman epäpuhtauksien laimentaminen haluttuun tasoon. Puhdastilaan rakennettu tuotantolaitteisto on yleensä ritilälattialla ja katto on kauttaaltaan peitetty hepa-suodattimilla, jolloin ilmavirtaus koko tuotantotilan alalta on tasainen. Suuren kiertävän ilmamäärän vuoksi energiaa kuluu paljon, minkä vuoksi lattianeliöt tällaisessa tilassa ovat kalliita. Suurin epäpuhtauksien lähde on käyttöhenkilöstö, joka joutuu olemaan erityisessä puhdastila-asussa. GMP-puhdastiloissa "ritilälattioita" ei saa käyttää kontaminaatiovaaran vuoksi.

Virallinen puhdastilojen määritelmä kuuluu standardin ISO-146441-1 mukaan: Puhdastila on tila, missä ilmassa esiintyvien partikkeleiden määrää kontrolloidaan, ja joka on rakennettu sekä jota käytetään niin, että minimoidaan partikkeleiden sisäänpääsy, syntyminen ja pysyminen tilassa, ja missä kaikkia asiaan liittyviä parametreja, kuten lämpötilaa, kosteutta ja ilmanpainetta kontrolloidaan tarpeen mukaan.

Puhdastilojen luokitus ja käyttö

Pääasialliset säädettävät parametrit ovat vaihtuvan ilman määrä, ilmankosteus ja lämpötila. Näitä suureita valvotaan monitorointijärjestelmän avulla. Puolijohdeteollisuudessa seurataan myös tilaan tuotavan ilman partikkelien määrää ja kokoa. Standardin ISO-14644, osassa 1 on esitetty suurimmat sallittu partikkelikoot ja määrät. Puhtausluokkia on 9 kappaletta (ISO 1, ISO 2 jne...), ISO 1:n ollessa puhtain luokka. Laajalti käytetyssä Yhdysvaltalaisessa luokittelussa (Federal Standard 209) merkinnät, esimerkiksi 100, joka on hyvin puhdas, tarkoittaa että kyseisessä tilassa on suurempia kuin 0,5 μm partikkeleita korkeintaan 100 kpl kuutiojalassa. Tästä luokittelutavasta pyritään kuitenkin eroon, koska Yhdysvalloissakin on ratifioitu ISO-standardin mukaiset luokittelutavat. Yhdysvaltalaisen ja ISO vastaavuus on seuraava: ISO 3 = FED STD 209 1, ISO 4 = 10, ISO 5 = 100 jne. ISO-standardi sisältää 2 FED STD 209 tiukempaa puhtausluokkaa. Luokittelutavoilla pyritään yhdenmukaistamaan luokittelua, joka on hyvin vaihtelevaa. Vertailun vuoksi on hyvä tietää, että normaalissa huonetilassa partikkeleita on miljoonia. Rakenteeltaan puhdastilat ovat sellaisia, että käynti puhtaamman luokan tiloihin tapahtuu aina edellisen puhtausluokan tiloista.

Käyttötarkoituksen mukaan puhdastilat voidaan luokitella eri tavoin. Puhdastiloja on nykyään kaikessa teollisessa tuotannossa, missä halutaan pitää prosessiin kuulumattomat epäpuhtaudet poissa. Lääketieteen puhdastiloissa huolehditaan pääasiassa eliöllisen ei toivotun materiaalin leviämisestä. Lääkeainevalmistuksessa puhdastilan suunnittelua, rakentamista ja käyttöä ohjaavat GMP (Good Manufacturing Practices) -säädökset. Elintarviketeollisuudessa tilojen puhtaudesta huolehditaan riittävän usein tapahtuvalla pesulla, mutta yleensä nämä tilat eivät kuitenkaan ole varsinaisiksi puhdastiloiksi luokiteltuja. Valmistavassa teollisuudessa puhdastiloja voidaan toteuttaa työpisteittäin, jolloin kyseinen työpiste on sijoitettu erilliseen huoneeseen tai muovitelttaan, jossa on oma ilmanvaihto. Puolijohdeteollisuudessa taas vaaditaan hyvin tarkkaa pölyn sekä muiden epäpuhtauksien poistoa ja nanoteknologiaa ei juuri toteuteta ilman kaikkien pientenkin epäpuhtauksien poistamista työskentelyalueelta.

Käyttökoulutus

Pohjoismaiden ainoat koulutuskäytössä olevat puhdastilat sijaitsevat Technopolis Kuopiossa.

Puhdastilan ilmavirtausperiaatteet

Ilmanvirtauskaavio puhdastilasta, jossa turbulenttisia virtauksia.

Ilmanvirtauskaavio puhdastilasta, jossa laminaarinen virtaus.

Yleistä puhdastiloista

Puhdastilat voivat olla hyvin suuria. Puhdastiloihin voidaan sisällyttää tuotantolaitoksia, joiden tuotantotilat käsittävät tuhansia neliömetrejä. Ne ovat laajamittaisessa käytössä puolijohteiden valmistuksessa, biotekniikassa, biotieteessä sekä muilla tieteenaloilla, jotka ovat herkkiä ympäristön epäpuhtauksille.

Puhdastiloihin ulkoapäin virtaava ilma suodatetaan pölyn poistamiseksi, ja sisäilmaa kierrätetään jatkuvasti HEPA- ja/tai ULPA-suodattimien lävitse, jotta puhdastilojen sisällä syntyneet epäpuhtaudet saadaan poistettua.

Puhdastiloissa käytetään mahdollisimman paljon automaatiota ja robotteja, koska merkittävin epäpuhtauksien lähde on ihminen itse. Henkilökunta kulkee puhdastilaan sisälle ja sieltä ulos ilmalukon kautta, johon voi sisältyä läpikulku puhalluskaapin kautta. Puhalluskaapin tarkoitus on poistaa mahdollinen irtopöly vaatteista paineilman avulla. Puhdastilassa käytetään suojaavia vaatteita, kuten huppuja, kasvosuojaimia, käsineitä, jalkineita ja haalareita.

Puhdastilan sisällä käytettävät välineet on suunniteltu aiheuttamaan mahdollisimman vähän epäpuhtauksia ilmaan. Ainoastaan erikoisvalmisteisia moppeja ja sankoja käytetään. Puhdastilan kalusteet on suunniteltu tuottamaan mahdollisimman vähän partikkeleita sekä olemaan helposti puhdistettavia.

Yleiset luonnonkuiduista valmistetut materiaalit, kuten paperi, kynät ja kankaat, ovat usein kiellettyjä ja korvattu vaihtoehtoisilla materiaaleilla. Puhdastilat eivät ole steriilejä eli vapaita mikrobeista; ainoastaan ilmassa liikkuvien partikkeleiden määrä on rajoitettu. Yleensä partikkeleiden määrä tarkistetaan siihen tarkoitetulla mittalaitteella. Mikrobien havaitsemiseen ja laskentaan käytetään ympäristön seurantamenetelmiä.

Jotkin puhdastilat pidetään positiivisessa ilmanpaineessa mahdollisten vuotojen varalta. Vuodon syntyessä ilma virtaa ulos tilasta eikä tilaan pääse virtaamaan suodattamatonta ilmaa.

Joissakin puhdastiloissa käytettävät HVAC-järjestelmät säätävät ilmankosteuden niin alhaiseksi, että lisälaitteistojen ("ionisaattoreiden") käyttö on välttämätöntä, jotta sähköstaattisilta purkauksilta vältyttäisiin.

Alhaisen ISO-luokituksen mukaisissa puhdastiloissa saattaa olla riittävää pitää vain erikoisvalmisteisia kenkiä, joissa on täysin sileä, pölyä ja likaa keräämätön pohja. Turvallisuussyistä kengänpohjalliset eivät kuitenkaan saa muodostaa liukastumisvaaraa. Puhdastilaan ei yleensä pääse ilman puhdastilapukua.

Puhdastilan sisääntulossa ei välttämättä käytetä puhalluskaappia, jos vaatimustasot ilman epäpuhtauksien suhteen eivät ole tiukat. Puhdastilapuku puetaan erillisessä pukuhuoneessa.

Jotkin tuotantolaitokset eivät käytä täysin luokiteltuja puhdastiloja, mutta epäpuhtausvaatimuksien ylläpitämiseksi käytössä on joitain puhdastilakäytäntöjä.

Puhdastilakäytännöt

Puhdastilojen sisälle tuotavien materiaalien ja tavaroiden tulee olla puhtaita. Tämän vuoksi voidaan käyttää järjestelyä, jossa puhdas tavara pakataan etukäteen monikerroksiseen pakkaukseen, joka sitten puretaan asteittain auki siirryttäessä korkeampaan puhdastilaluokkaan.

Muita puhdastilaratkaisuja

Yksi tekninen ratkaisu pienen puhdastilan luomiseen on suojakäsineillä varustettu vetokaappi. Tällaisesta on esimerkkinä nykyaikainen keskoskaappi.

Kirjallisuutta

• Whyte, William: Cleanroom Technology : Fundamentals of Design, Testing and Operation. Toronto: John Wiley & Sons Canada, Limited, 2001. ISBN 0-471-86842-6 (englanniksi)