בניית חדר נקי Class 100: מה המשמעות ומה נדרש בתכנון?

המונח חדר נקי Class 100 עדיין נמצא בשימוש בתעשייה, אף שכיום נהוג לסווג חדרים נקיים לפי ISO 14644. מקור המונח בשיטת הסיווג האמריקאית הוותיקה Federal Standard 209E, והוא מתאר רמת ניקיון גבוהה מאוד מבחינת ריכוז חלקיקים באוויר. במונחי הסיווג המקובלים כיום, הוא מקביל בקירוב ל־ISO Class 5.
כאשר מדברים על בניית חדר נקי Class 100, לא מספיק להתייחס לשם הסיווג בלבד. יש להבין מהו התהליך שמתבצע בחדר, מה רגיש לחלקיקים, באילו תנאים נדרשת רמת הניקיון, כמה עובדים וציוד יהיו בחלל ואילו מערכות נדרשות כדי לשמור על התנאים לאורך העבודה.
רמת ניקיון כזו אינה מושגת רק באמצעות התקנת מסננים. היא דורשת תכנון משולב של מערכת האוויר, פיזור האוויר, מעטפת החדר, תנועת עובדים וחומרים, ציוד, תחזוקה ואופן התפעול. ככל שהדרישות האלה מוגדרות מוקדם יותר, כך ניתן לבנות פתרון שמתאים לתהליך ולא רק לעמוד בהגדרה של דרגת ניקיון.

מה המשמעות של Class 100 ומה הקשר ל־ISO Class 5?

בשיטת Federal Standard 209E, המונח Class 100 התייחס לריכוז של עד 100 חלקיקים בגודל 0.5 מיקרון ומעלה בכל רגל מעוקבת של אוויר. במונחים המטריים של ISO 14644-1, הרמה המקבילה בקירוב היא ISO Class 5, שבה הגבול לחלקיקים בגודל 0.5 מיקרון ומעלה הוא 3,520 חלקיקים למטר מעוקב.
המשמעות היא שמדובר בסביבה שבה נדרשת שליטה גבוהה מאוד בריכוז החלקיקים באוויר. עם זאת, הסיווג אינו מתאר את כל תנאי החדר. הוא אינו קובע לבדו את הטמפרטורה, הלחות, הפרשי הלחצים או אופן העבודה, וכל אחד מהפרמטרים האלה צריך להיקבע בהתאם לתהליך.
גם לא נכון להניח שכל חדר שמכונה Class 100 צריך להיראות או לפעול בדיוק באותה צורה. חדר שמשרת תהליך בתעשיית המיקרואלקטרוניקה עשוי לדרוש תנאים שונים לחלוטין מחדר המשמש לתהליך בתחום הביוטכנולוגיה או למחקר רגיש לחלקיקים.
לכן השלב הראשון לפני בניית חדר נקי Class 100 הוא לוודא שהסיווג אכן מתאים לצורך. תכנון רמה מחמירה יותר מהנדרש עלול להגדיל את עלויות ההקמה, צריכת האנרגיה ומורכבות התחזוקה, בעוד שרמת ניקיון שאינה מספקת עלולה שלא להגן על התהליך בצורה הנדרשת.

איך מתכננים את מערכת האוויר בחדר נקי Class 100?

מערכת האוויר היא אחד המרכיבים המרכזיים בהשגת רמת ניקיון המקבילה ל־ISO Class 5. המערכת נדרשת לספק אוויר מסונן, לצמצם את ריכוז החלקיקים בחלל ולפנות חלקיקים שנוצרים במהלך העבודה.
הבחירה אינה מסתכמת בסוג המסנן. גם כמות האוויר, אופן פיזורו בחלל, מיקום פתחי האספקה והחזרה, הציוד ומספר העובדים משפיעים על היכולת לשמור על רמת הניקיון.
בחדרים שבהם נדרשת שליטה גבוהה במיוחד בחלקיקים ניתן להשתמש בדפוסי זרימה מבוקרים יותר, ולעיתים בזרימת אוויר חד־כיוונית באזורים קריטיים. אולם אין לקבוע פתרון כזה אוטומטית רק בגלל השם Class 100. סוג הזרימה צריך להיבחר לפי התהליך, גודל החלל והאזור שאותו צריך להגן.
גם מיקום הציוד משפיע על תנועת האוויר. מכשיר גדול, מחיצה, שולחן או מתקן ייצור יכולים לשנות את דפוס הזרימה וליצור אזורים שבהם פינוי החלקיקים פחות יעיל. לכן הציוד ומערכת האוויר צריכים להיות מתוכננים יחד ולא בשני שלבים נפרדים.
במקביל נדרש להתייחס לעומסי חום, לטמפרטורה וללחות כאשר הם רלוונטיים לתהליך. אנשים וציוד מייצרים חום, ולכן מערכת שמצליחה לשמור על רמת החלקיקים אך אינה מסוגלת להתמודד עם עומסי החום עדיין אינה מתאימה להפעלה תקינה של החדר.
גם הפרשי לחצים בין החדר לבין אזורים סמוכים עשויים להיות חלק מהתכנון. הכיוון והעוצמה של הפרשי הלחצים נקבעים לפי מטרות הפרויקט ולא לפי Class 100 בלבד.

מעטפת החדר, עובדים, חומרים וציוד

בניית חדר נקי Class 100 דורשת גם מעטפת שמתאימה לסביבה שבה נדרשת שליטה גבוהה בחלקיקים. קירות, תקרות, רצפות, דלתות וחיבורים צריכים להיות נוחים לניקוי ולתחזוקה ולהפחית ככל האפשר אזורים שבהם יכולים להצטבר חלקיקים.
גם חדירות של תשתיות דורשות תשומת לב. כבלים, צנרות, חיבורים ומעברי שירות צריכים להשתלב במעטפת בלי ליצור נקודות שקשה לנקות או לתחזק.
אבל גם חדר שתוכנן בצורה מצוינת מבחינה הנדסית לא יוכל לשמור על רמת הניקיון אם ההתנהלות בתוכו אינה מתאימה. עובדים הם מקור משמעותי לחלקיקים, ולכן יש לתכנן מראש את אופן הכניסה, המעבר בין אזורים והלבוש הנדרש בהתאם לתהליך ולדרישות הפרויקט.
אותו עיקרון נכון לחומרים ולציוד. חומר שמגיע באריזה חיצונית, עגלה שנעה בין אזורים או מכשיר שמוכנס לחדר יכולים להכניס חלקיקים לסביבה המבוקרת. לכן יש להגדיר מסלול מסודר להכנסת חומרים וציוד ולבחון אם נדרשים אזורי מעבר, הסרת אריזות או פעולות ניקוי לפני הכניסה.
גם מספר העובדים ותדירות הכניסות משפיעים על התכנון. חדר שתוכנן לעבוד עם שני אנשים אינו בהכרח יתפקד באותה צורה כאשר מספר גדול יותר של עובדים נכנס ויוצא ממנו לאורך היום.
המטרה אינה רק להשיג את רמת הניקיון בזמן בדיקה, אלא ליצור סביבה שמסוגלת לשמור על התנאים הנדרשים בזמן העבודה בפועל.

איך מוודאים שהחדר יכול לשמור על רמת הניקיון לאורך זמן?

אחד ההבדלים בין חדר שנבנה נכון לבין חדר שרק נראה מתאים ביום המסירה הוא היכולת לתחזק אותו לאורך זמן.
מסננים, מערכות אוויר, חיישנים ורכיבי בקרה דורשים גישה לצורך בדיקה ותחזוקה. אם רכיבים כאלה מותקנים במקום שקשה להגיע אליו, כל פעולת שירות עלולה להיות מורכבת יותר ואף להשפיע על הפעילות בחדר.
גם ניקוי החלל צריך להיכנס לתכנון כבר בשלב הבנייה. משטחים, פינות, חיבורים וריהוט צריכים לאפשר ניקוי מסודר ולא ליצור אזורים שקשה להגיע אליהם.
חשוב להביא בחשבון גם שינויים עתידיים. ציוד יכול להתחלף, תהליך יכול להשתנות ומספר העובדים יכול לגדול. כאשר החדר מתוכנן בצורה קשיחה מדי, כל שינוי קטן עלול להשפיע על זרימת האוויר, על עומסי החום או על רמת הניקיון.
לכן נכון לבחון מראש היכן נדרשת גמישות בתשתיות, בריהוט ובאפשרות להוסיף או להחליף ציוד. השאיפה אינה ליצור מערכת גדולה מהנדרש, אלא למנוע מצב שבו שינוי סביר מחייב תכנון מחדש של כל החדר.
לאחר ההקמה נדרש גם לוודא באמצעות בדיקות מתאימות שהחדר אכן עומד ברמת הניקיון שהוגדרה. עמידה בסיווג מבוססת על מדידת ריכוז חלקיקים באוויר ולא על מראה החדר או על איכות המערכות בלבד.
בניית חדר נקי Class 100 דורשת הרבה יותר מהשגת ערך מסוים במדידת חלקיקים. התוצאה תלויה בהתאמה בין דרישות התהליך, מערכת האוויר, המעטפת, הציוד, תנועת העובדים והחומרים והיכולת לתחזק את החלל לאורך זמן. כאשר כל המרכיבים האלה מתוכננים כמערכת אחת, ניתן ליצור חדר נקי שתומך בתהליך בפועל ושומר על רמת הניקיון שנקבעה גם לאחר תחילת הפעילות.