บทความนี้เราจะพาทุกท่านมาทำความรู้จัก ห้องคลีนรูม Cleanroom ให้มากยิ่งขึ้น ว่าไอ้เจ้าห้องแบบนี้มันมีอะไรพิเศษกว่าห้องทั่วๆ ไป และสามารถใช้ประโยชน์อะไรจากเทคโนโลยีที่ใส่เข้าไปในห้องนี้ได้บ้าง
โดยทั่วไปห้องคลีนรูมจะถูกนำมาใช้ในกระบวนการผลิตหรือการวิจัยทางวิทยาศาสตร์
คลีนรูม คือสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมให้มีการปนเปื้อนในระดับต่ำ เช่น ฝุ่น, จุลินทรีย์ในอากาศ, อนุภาคละอองลอย และไอระเหยของสารเคมี
อธิบายให้เข้าใจง่ายๆ ก็คือ คลีนรูมมีระดับการปนเปื้อนที่ควบคุมได้ ซึ่งกำหนดโดยจำนวนอนุภาคต่อลูกบาศก์เมตรที่ขนาดอนุภาคที่กำหนด
อากาศภายนอก ในสภาพแวดล้อมของเมืองทั่วไปมี 35,000,000 อนุภาคต่อลูกบาศก์เมตร – เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5 ไมครอน หรือใหญ่กว่า ซึ่งสอดคล้องกับคลีนรูม ISO 9 (Cleanroom Class) จัดอยู่ในระดับต่ำสุดของมาตรฐานห้องปลอดเชื้อ
คลีนรูม (ห้องปลอดเชื้อ) 101
คลีนรูม ถูกใช้ในเกือบทุกอุตสาหกรรมที่อนุภาคขนาดเล็กสามารถส่งผลเสียต่อกระบวนการผลิตได้
โดยมีขนาดและความซับซ้อนแตกต่างกันไป และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การผลิตเซมิคอนดักเตอร์, เภสัชกรรม, เทคโนโลยีชีวภาพ, อุปกรณ์ทางการแพทย์ และวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต ตลอดจนกระบวนการผลิตที่สำคัญอื่นๆ ได้แก่ การบินและอวกาศ, ทัศนศาสตร์, การทหาร และกระทรวงพลังงาน
คลีนรูม คือ พื้นที่จำกัดใดๆ ก็ตามที่มีการเตรียมการเพื่อลดการปนเปื้อนของอนุภาคและควบคุมพารามิเตอร์ด้านสิ่งแวดล้อมอื่นๆ เช่น อุณหภูมิ, ความชื้น, และความดัน
ส่วนประกอบหลักของห้องคลีนรูม คือ แผ่นกรองฝุ่นละอองประสิทธิภาพสูง (HEPA) ที่ใช้ในการดักจับอนุภาคที่มีขนาด 0.3 ไมครอนขึ้นไป
อากาศทั้งหมดที่ส่งไปยังห้องปลอดเชื้อจะผ่านตัวกรอง HEPA และในบางกรณีที่ต้องการประสิทธิภาพด้านความสะอาดที่เข้มงวด ตัวกรองอากาศแบบอนุภาคต่ำพิเศษ (ULPA) ก็จะถูกนำมาใช้แทน
บุคลากรที่ได้รับเลือกให้ทำงานในห้องคลีนรูมจะต้องได้รับการฝึกอบรม ในหัวข้อเกี่ยวกับทฤษฎีการควบคุมการปนเปื้อน บุคลากรเหล่านี้เข้าและออกจากคลีนรูมผ่านแอร์ล็อค (Air Lock) ระบบทำความสะอาดด้วยลมแบบเป่า (Air Shower) และ/หรือ ห้องแต่งตัวสำหรับใส่เสื้อกาวน์ ที่สำคัญคือ ต้องสวมเสื้อผ้าพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อดักจับสารปนเปื้อนที่เกิดจากผิวหนังและร่างกายตามธรรมชาติ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทห้องหรือการใช้งาน
เสื้อคลุมของบุคลากรหรือผู้เข้าปฏิบัติการอาจมีลักษณะเหมือนเสื้อคลุมในห้องแล็บและตาข่ายคลุมผม หรืออาจครอบคลุมถึง Multiple Layered Bunny Suits ที่มีเครื่องช่วยหายใจ
เสื้อผ้าสำหรับผู้เข้าปฏิบัติการในห้องคลีนรูม ถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันไม่ให้สสารต่างๆ ที่ออกจากร่างกายของผู้สวมใส่ปนเปื้อนสิ่งแวดล้อมในห้อง และเสื้อผ้าสำหรับห้องคลีนรูมต้องไม่ปล่อยให้มีการหลุดร่วงอนุภาคหรือเส้นใยออกจากชุดเช่นกัน เพื่อป้องกันการปนเปื้อนของสภาวะแวดล้อม
การปนเปื้อนจากบุคลากรเหล่านี้ส่งผลต่อประสิทธิภาพของกระบวนการและผลผลิตภัณฑ์ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และเภสัชกรรม และอาจนำไปสู่การติดเชื้อระหว่างเจ้าหน้าที่ทางการแพทย์และผู้ป่วยในอุตสาหกรรมการดูแลสุขภาพได้ เป็นต้น
เสื้อผ้าสำหรับห้องคลีนรูม ได้แก่ รองเท้าบูท, รองเท้า, ผ้ากันเปื้อน, ผ้าคลุมเครา, หมวกคลุมผม, ผ้าคลุมหน้า, ผ้าคลุมหน้า/แล็บโค้ต, เสื้อคลุม, ถุงมือและที่คลุมนิ้ว, ตาข่ายคลุมผม, หมวกคลุมผม, แขนเสื้อ, และที่คลุมรองเท้า ประเภทของเสื้อผ้าสำหรับห้องปลอดเชื้อที่นำมาใช้ ควรพิจารณาถึงข้อกำหนดของห้องปลอดเชื้อ
คลีนรูมระดับต่ำ อาจต้องใช้รองเท้าพิเศษที่มีพื้นรองเท้าที่เรียบสนิทซึ่งไม่ติดตามฝุ่นหรือสิ่งสกปรก และพื้นรองเท้าต้องไม่ก่อให้เกิดอันตรายจากการลื่นไถล เนื่องจากความปลอดภัยในการปฏิบัติงานมีความสำคัญสูงสุด
ปกติผู้เข้าปฏิบัติงานต้องใช้ชุดคลีนรูมเพื่อเข้าห้องคลีนรูม คลีนรูมคลาส 10,000 อาจใช้เสื้อคลุมธรรมดา ผ้าคลุมศีรษะ และรองเท้าบูท สำหรับคลีนรูมคลาส 10 จำเป็นต้องมีขั้นตอนการสวมชุดคลุมอย่างระมัดระวังโดยมีซิปปิดทั้งหมด รองเท้าบู๊ท, ถุงมือ และกล่องครอบเครื่องช่วยหายใจที่สมบูรณ์
หลักการไหลเวียนอากาศในห้องคลีนรูม
ห้องคลีนรูมจะต้องรักษาระดับอากาศที่ปราศจากอนุภาคโดยใช้ตัวกรอง HEPA หรือ ULPA โดยใช้หลักการไหลของอากาศแบบราบเรียบหรือแบบปั่นป่วน
ระบบการไหลของอากาศแบบลามินาร์หรือทิศทางเดียว จะให้อากาศที่ผ่านการกรองแล้วไหลลงด้านล่างเป็นการไหลแบบคงที่ โดยทั่วไปแล้วระบบการไหลของอากาศแบบลามินาร์จะใช้ทั่วทั้งเพดาน 100% เพื่อรักษาอัตราการไหลแบบทิศทางเดียวให้คงที่ เกณฑ์การไหลแบบลามินาร์โดยทั่วไปจะระบุไว้ใน portable work stations (LF hoods) และตามที่ระบุไว้ใน ISO-1 ถึง ISO-4 ตามประเภทของคลีนรูม (Cleanroom Class)
การออกแบบห้องคลีนรูมที่เหมาะสมต้องครอบคลุมทั้งระบบการจ่ายอากาศ (Supply) รวมถึงการจัดเตรียมส่งคืนอากาศ (Return) ปลายทางให้เพียงพอ
ในกรณีห้องไหลแบบแนวตั้ง ต้องใช้ผนังส่งลมต่ำส่งกลับรอบบริเวณอย่างทั่วถึง แต่ในกรณีการไหลในแบบแนวนอน ต้องใช้การส่งคืนอากาศที่ต้นทางของกระบวนการไหลเวียน การใช้ระบบระบายอากาศย้อนกลับแบบติดบนเพดานนั้น อาจดูขัดแย้งกับการออกแบบระบบคลีนรูมที่เหมาะสม
การจำแนกห้องคลีนรูม Cleanroom Class
คลีนรูมแบ่งตามความสะอาดของอากาศ ในมาตรฐานของรัฐบาลกลาง 209 (A ถึง D) ของสหรัฐอเมริกา
จำนวนอนุภาคที่เท่ากับ และมากกว่า 0.5µm วัดได้ในอากาศขนาด 1 ลูกบาศก์ฟุต ค่าเหล่านี้จะใช้เพื่อจำแนกห้องปลอดเชื้อ
คลีนรูมถูกจำแนกตามจำนวนและขนาดของอนุภาคที่อนุญาตให้มีได้ต่อปริมาตรของอากาศ
ระบบเมตริกนี้เป็นที่ยอมรับในมาตรฐานเวอร์ชัน 209E ล่าสุดของ Federal Standard 209E ที่ใช้ในประเทศสหรัฐอเมริกา ซึ่งมาตรฐานที่ใหม่กว่าคือ TC 209 จากองค์การมาตรฐานสากล ทั้งสองมาตรฐานจำแนกคลีนรูมตามจำนวนอนุภาคที่พบในอากาศของห้องปฏิบัติการ
มาตรฐานการจำแนกประเภทคลีนรูม FS 209E และ ISO 14644-1 ต้องมีการวัดและการคำนวณจำนวนอนุภาคเฉพาะเพื่อจำแนกระดับความสะอาดของห้องปลอดเชื้อ หรือพื้นที่สะอาด ในสหราชอาณาจักรใช้ British Standard 5295 เพื่อจำแนกคลีนรูม แต่มาตรฐานนี้ก็กำลังจะถูกแทนที่โดย BS EN ISO 14644-1
คลีนรูมถูกจำแนกตามจำนวนและขนาดของอนุภาคที่อนุญาตให้มีได้ต่อปริมาตรของอากาศ ตัวเลขหลายหลัก เช่น “คลาส 100” หรือ “คลาส 1000” จะหมายถึง FED_STD-209E และแสดงถึงจำนวนอนุภาคขนาด 0.5 µm หรือใหญ่กว่าที่อนุญาตต่อลูกบาศก์ฟุตของอากาศ มาตรฐานนี้ยังอนุญาตให้มีการเพิ่มเติมได้ ดังนั้นจึงอาจเห็นมีการจำแนกเพิ่มเติม เช่น “คลาส 2000”
ตัวเลขน้อยหลัก อ้างอิงถึงมาตรฐาน ISO 14644-1 ซึ่งระบุลอการิทึมทศนิยมของจำนวนอนุภาค 0.1 µm หรือใหญ่กว่า ที่อนุญาตต่อลูกบาศก์เมตรของอากาศ
ตัวอย่างเช่น คลีนรูม ISO คลาส 5 มีไม่เกิน 105 = 100,000 อนุภาคต่อลูกบาศก์เมตร
ทั้ง FS 209E และ ISO 14644-1 จะถือว่าขนาดอนุภาค และความเข้มข้นของอนุภาคมีความสัมพันธ์กัน ด้วยเหตุนี้จึงไม่มีสิ่งที่เรียกว่าความเข้มข้นของอนุภาคเป็นศูนย์
เพื่อให้เห็นภาพ ขอยกตัวอย่างเพิ่มเติม โดยเทียบกับสิ่งใกล้ตัว อากาศในห้องธรรมดา จะอยู่ที่ประมาณ class 1,000,000 หรือ ISO 9 นั่นเอง