Deeltjesdepositie snelheid Sleutel tot contaminatiebeheersing

Transcriptie

1 Deeltjesdepositie snelheid Sleutel tot contaminatiebeheersing VCCN symposium 15 mei 2019 Koos Agricola Brookhuis Applied Data Intelligence Samenvatting In de lucht zitten deeltjes. Kleine deeltjes blijven zweven en grote deeltjes komen op oppervlakken terecht. Hierdoor stijgt de deeltjesconcentratie op oppervlakken. Een cleanroom wordt met lucht gespoeld zodat deeltjes in de lucht afgevoerd worden. Naarmate het deeltje groter en zwaarder is neemt de kans toe dat het op een oppervlak terecht komt. Het deeltjesdepositieniveau (of Particle Deposition Rate Level PDRL) is het product van de deeltjesconcentratie x de depositiesnelheid, maar ook de verandering van oppervlakte concentratie per uur. De PDRL bepaalt de mate van oppervlakte contaminatie. Het verwachte aantal deeltjes op een kritisch product kan men bepalen door de PDRL te vermenigvuldigen met het kritisch oppervlak en de blootstellingstijd en dit te delen door de kritische deeltjesgrootte. De PDRL kan dus ook als specificatie van de luchtreinheid gebruikt worden. Onderzoek toont aan dat de PDRL wordt bepaalt door de cleanroom installatie, discipline, uitvoering van de procedures voor het naar binnen brengen van goederen, het betreden en reinigen van de cleanroom. Monitoren is belangrijk voor het bewaken van het contaminatie risico. De data van het monitoren van de PDRL kan gebruikt worden om de contaminatiebeheersing maateregelen te verbeteren indien nodig. Deze informatie komt in de nieuwe ISO Particle deposition rate applications. 2 1

2 Inhoud Deeltjes in de lucht Invloed ruimte ventilatie Deeltjesgrootteverdeling Deeltjesdepositie Relatie deeltjes en micro-organismen Product contaminatie Deeltjesdepositie snelheid ISO normen en 17 Deeltjesdepositie data Contaminatie risico Impact cleanroom gebruik APMON Increasing Product Quality by Particle Deposition Control 3 Deeltjes in de lucht Een cleanroom is afgescheiden van de omgeving (overdruk en fysieke barrieres) Buitenlucht wordt gefilterd zodat luchttoevoer zeer weinig deeltjes bevat Deeltjesconcentratie C is resultante van luchttoevoer Q en deeltjesbronnen S Deeltjesbronnen zijn: Personen Vuile oppervlakken Apparatuur Inkomende goederen C = S/εQ C aantal/m 3 S aantal/tijd Q toevoerlucht in m 3 /tijd ε ventilatie efficiëntie 4 2

3 Invloed ruimte ventilatie Hoeveelheid toevoerlucht bepaalt: Deeltjesconcentratie Verwijder efficiëntie deeltjes, die afneemt voor grotere deeltjes 5 Deeltjesgrootteverdeling Deeltjesbronnen variëren in de tijd Activiteiten zijn dominant In bedrijf is aantal deeltjes evenredig met de deeltjesgrootte At rest 6 3

4 Deeltjesdepositie d in µm cumulative vd in cm/s Typical cumulative particle size distribution in number/m 3 Particle deposition rate C*vD in number/dm2/hr , , Deeltjesdepositie snelheid Deeltjesdepositie snelheid is Particle Deposition Rate PDR PDR is depositie van het aantal deeltjes per oppervlak gedurende gebruik PDR D = C D * u D C D hoog voor kleine deeltjes en laag voor grote deeltjes u D laag voor kleine deeltjes en hoog voor grote deeltjes PDR = verandering oppervlaktereinheid / blootstellingstijd PDR = ΔC oppervlak / ΔT Deeltjesdepositie niveau is Particle Deposition Rate Level PDRL PDRL = PDR D *D VCCN Richtlijn 9 PDRL = PDR D *D/10 ISO

5 Relatie deeltjes en micro-organismen Micro-organismen zitten op deeltjes Het aantal micro-organismen in KVE s is evenredig met het aantal deeltjes en de deeltjesgrootte Aantal KVE s = m D x N D m 5 komt uit literatuur m 200 ~ 1 m 20 ~ 0,6 in ISO 5 m 20 ~ 0,4 in ISO 7 PDR monitoring is evenredig met monitoren van depositie van microorganismen MDR = m.pdr m 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Estimated of value m, ratio microbial and particle deposition 0, Particle size in µm ISO 8 ISO 7 ISO 6 ISO 5 9 Product contaminatie Direct Depositie door deeltjes, die niet worden afgevoerd. Lokaal door turbulenties Vuile oppervlakken Rondom objecten Indirect Via depositie op contact oppervlakken die bij contact deeltjes overdragen. 10 5

6 Contaminatie risico = Contaminatie kans x Ernst van de gevolgen Deeltjesdepositie snelheid Ernst van de gevolgen nemen toe met deeltjesgrootte Contaminatie kans op depositie kritische deeltjes N D N D = 10 * PDRL * A * T / D A is kritisch oppervlak T is blootstellingstijd D is kritische deeltjesgrootte 11 Operationele kwaliteit cleanroom Cleanroom lucht Realiseert gewenste concentratie Voert zwevende deeltjes af Gebruik cleanroom Verhoogt deeltjesconcentratie C Verandert deeltjesgrootteverdeling Creëert deeltjesdepositie PDR Aantal personen en discipline bepalen C en PDRL Cleanroom reiniging Verlaagt deeltjesconcentratie Verlaagt deeltjesdepositie 12 6

7 Depostion rate of macroparticles per m 2 per hr Deeltjesconcentratie en deeltjesdepositie snelheid Empirisch is de relatie tussen C 5 en PDR 5 bepaald 1,000,000 Relation between air cleanliness and PDR 100,000 10,000 1,000 ISO 5 ISO 6 ISO 7 ISO ,000 10, ,000 Concentration of macroparticles per m 3 13 ISO en 17 Deeltjesdepositie meetmethoden m.b.v. opvangplaten staan in ISO Massa deeltjes 2005 Bedekkingsgraad deeltjes 2005 Aantal deeltjes 2019 Toepassingen van PDR en PDRL staan in ISO (Concept norm -> 2020) 14 7

8 Deeltjesdepositie data Real-time deeltjesdepositie biedt informatie over: Product contaminatie risico Hoeveel en wanneer Manier om de contaminatie beheersingsmaatregelen te verbeteren Reiniging Kleding en discipline Ventilatie 15 Cleanroom monitoring Lichtverstrooiing deeltjesteller geeft informatie over Cleanroom installatie Actuele concentratie zwevende deeltjes Real time deeltjesdepositie monitor geeft informatie over: Contaminatie risico Wanneer Hoeveel Operationele kwaliteit Ventilatie efficiëntie Discipline Reiniging grote oppervlakken Reiniging gereedschappen 16 8

9 Real-time deeltjesdepositie monitoring APMON telt en meet deeltjes per meetperiode (5 20 minuten) APMON data kan gebruikt worden voor risico monitoring en verbetering cleanroom gebruik 17 APMON familie APMON 100 Advanced Particle Deposition Monitor met 1 sensor geen Bluetooth, geen batterij APMON 200 (proces monitoring) Advanced Particle Deposition Monitor met 1-2 sensors Netwerk mogelijkheden Bluetooth en batterijen APMON PRO (ruimte monitoring) Professional APMON System met 1-6 sensors Netwerk mogelijkheden Bluetooth en batterijen 18 9

10 Real-time depositie van deeltjes > 15 µm Bij keuze voor Coverage wordt de bedekkingsgraad in µpac per meettijd weergegeven. 19 Differentiële deeltjesgrootteverdeling

11 Cumulatieve deeltjesgrootteverdeling en PDRL Raaklijn is de PDR. 21 Verwerking gedownloade informatie In blauw differentiële verdeling in aantallen Door omrekening naar cumulatieve verdeling per oppervlakte-eenheid (dm 2 ) per werkuur geeft de PDR Preciezere keuze operationele tijd In rood differentiële verdeling in bedekkingsgraden 22 11

12 Data met betrekking to operationele kwaliteit Reiniging Cleanroom discipline Ventilatie efficiëntie 23 Toepassingen real-time deeltjesdepositie monitoring Automobiel industrie (batterijen, (elektrische) motoren, sensoren en actuatoren) Elektronica (Back-end assemblage) Geen relatie tussen deeltjesteller informatie en opbrengst (yield) Relatie tussen opbrengst en PDR Beeldschermen Micro assemblage Optica Lucht-en ruimtevaart Cleanroom apparatuur Medische producten Ziekenhuizen 24 12

13