מהן הדרישות לבניית חדר נקי עבור מוליכים למחצה?

תכנונו ובנייתו של חדר נקי היא משימה מורכבת ומאתגרת, החל מהצורך בבחירת החלל הנכון ועד לצורך בקביעת פרמטרים ודרישות בתעשיות השונות. לכן, אין זה מפתיע כי בניית חדר זה צריכה להתבסס על תוכנית מאורגנת המבוססת על ניתוח מצבי כשל ואפקטים (FMEA) ועל התקנים המקובלים בתחום, כדוגמת ISO 14644, שיוסבר מעט יותר בהמשך. בכדי להבטיח את איכותו היציבה והמתמשכת של ייצור, נוצרו תקנים ספציפיים שחלים על החללים המוגדרים כחדרים נקיים, והם אלו המנחים את תהליכי בניית חדרים נקיים ותפעולם השוטף.

תקן ISO 14644

הצורך בתקן בינ"ל אחיד המתייחס לפרמטרים, לפרקטיקות הבניה ולעבודה בחדרים נקיים התעורר אחרי שמדינות שונות גיבשו סטנדרטים ותקנים משלהן, והצליחו ליצור בלבול לא קטן בתחום זה. ארגון התקינה הבינ"ל גיבש את תקן ISO 14644 על סעיפיו השונים והגדיר את החדרים הנקיים כחדרים שבהם ניתן לשלוט על ריכוזי חלקיקים שנישאים באוויר. תקן זה גם מגדיר ומנסח כללים לבניית החלל הנקי באופן שימזער את חדירת החלקיקים הזרים אליו ותוך כדי השליטה בפרמטרים הנדרשים הנוספים לעבודה בו כגון הטמפרטורה, הלחות ולחץ האוויר שבחדר, בהתאם למטרותיו של החדר הנקי ולתחום שאליו הוא שייך.

מהן התעשיות הזקוקות לבנייתם ולתפעולם של חדרים נקיים?

חדר נקי מוגדר כחיוני בכל מצב או תהליך ייצור בהם זיהום חיצוני / סביבתי עלול לפגוע או להשפיע על איכותם של המוצרים המיוצרים בו. יצירת סביבה נקייה זו מתבצעת בסינון מבוקר של האוויר, באופן המפחית את הסיכון לזיהום המוצר או להפרעה קריטית בתהליך הייצור. כתוצאה מכך, הקמתם של חדרים נקיים הינה פעולה הנדרשת בתעשיות העוסקות בייצור המכשור הרפואי, בעיבוד / ייצור מזון, בייצור מחשבים, במחקר הצבאי, בתחום המיקרו-אלקטרוניקה,בתעשיית התרופות. בייצור אופטי וכן הלאה.

כל תעשיה, על ארגוניה השונים, נדרשת לקבוע את רמת "ניקיון" החדר הנדרשת הדרוש לה, וזאת, על פי תקנים קיימים, הקובעים את מספרם וגודלם של החלקיקים המותרים בנפח אוויר מסוים, רמות הלחות והטמפרטורה.

חשוב לאפיין את סיווג רמת ניקיונו של החדר בהתאם לתהליכים ולפעילות המתבצעת בו, מאחר וסיווג לא מתאים של חדר עלול להכשיל את קבלת האישורים הנדרשים, או, לחילופין, להעמיס יתר על המידה וללא צורך על פעילות שוטפת וצריכת אנרגיה, במקרים בהם סווג החדר לחומרה, מעל לרמה האמיתית הנדרשת ממנו.

על מנת לקבוע את הרמה המתאימה לחדר הנקי שאותו מתכננים, חשוב, ראשית, לדעת על בסיס איזו מהרגולציות יש לעבוד ולאבחן את הסיכונים שבזיהום המוצר. לכן, נתונים ספציפיים הנוגעים לשווקי היעד של המוצרים והרגולציות החלות עליהם, הסיכונים המאפיינים את המוצרים וכד', יהוו את תנאי הסף לקביעת רמת הניקיון הנדרשת בחדר הנקי.

תקן ISO 14644 שבו עסקנו קודם, מגדיר את רמות הניקיון בדרגות ISO שונות ואת הכמות המותרת של החלקיקים בגדלים השונים ביחידת נפח אוויר נדגם. למשל, ייצור מוליכים למחצה מסווג בדרגת ISO Class 5 בעוד שחדר נקי שבו מתבצעת הרכבת מעגלים מודפסים יסווג בדרגת ISO Class 7-8.

אילו פרמטרים דרושים להגדרת חדר נקי בדרגת ISO Class 5?

בד"כ, ייצור מוליכים למחצה, אופטיקה, תרופות, מכשור רפואי, לייזר ואלקטרוניקה דורשים חדר נקי ISO 5. הסיבות לדרישה זו נעות בין רווחים (כסף) לבטיחות (רגולציה). יצרניות מוליכים למחצה נוטות להיות מודאגות ומושפעות מפגיעה בתפוקה, שכן זיהום באמצעות חלקיקים קטנים שגודלם 0.1 מיקרון עלול להפוך את החלק המיוצר לבלתי שמיש, במקרה הטוב, או למסוכן, במקרה הגרוע יותר. חברות תרופות וחברות רפואיות דורשות סביבת עבודה סטרילית בכדי להבטיח שהמוצרים שלהן בטוחים. הן, מצידן, תהיינה מודאגות לא רק מגודלם וממספרם של החלקיקים שבאוויר החדר, אלא גם מזהותם או ממקורם של אותם החלקיקים. האם הם חלקיקים ביולוגיים (חיידקים, נבגים, פטריות וכו') או שהם חלקיקים שאינם ברי קיימא (כדוגמת תאי עור מתים, אבק שמקורו בחלקים מכאניים בחדר הנקי, סיבי מבגדים וכו'). בחדרים נקיים כאלה, תידרשנה בדיקות נוספות שמטרתן לקבוע את הרכב החלקיקים.

חדר נקי ב-ISO 5 עשוי להשתמש בזרימת אוויר חד כיוונית או בזרימת שאינה כזו. החלפות האוויר בנפח מלא לשעה בחדר נקי ב-ISO 5 היא 240+, וכולן תתבצענה דרך מסנני HEPA (High-efficiency particulate absorbing) בעלי יעילות גבוהה או מסנני ULPA -Ultra-low Penetration Air עם חדירת אולטרה-נמוכה, בהתאם לגודל החלקיקים הבעייתי.

בסיכומו של דבר

בניית חדר נקי, כמו גם רכישת ציוד לחדר נקי, אינם עניינים של מה בכך. ולכן, חשוב מאד להקפיד על תכנון נכון, ביצוע מדוקדק ותפעול שוטף העונה על דרישות התקינה והרגולציות.