Reinraumproduktion: SwissOptic schafft neue Zellen

SwissOptic produziert am Standort Heerbrugg in der Schweiz hochpräzise optische Komponenten, komplexe Baugruppen und optomechatronische Systeme. Das Unternehmen ist auf kundenspezifische Optik für industrielle Anwendungen spezialisiert und arbeitet unter anderem für Messtechnik und Vermessungstechnik, Halbleiterindustrie und Medizintechnik. Seit 2021 gehört SwissOptic zur Jenoptik Gruppe.

Für eine neue Produktionslinie musste der Optikspezialist seine bestehenden Reinräume erweitern. Ziel waren zusätzliche Arbeitsbereiche, die einer höheren Reinraumklasse entsprechen und sich gleichzeitig flexibel an unterschiedliche Produktionsprozesse anpassen lassen. Dafür entstanden mit Systemen und Komponenten der Item Industrietechnik GmbH 16 Montagezellen der Reinraumklasse ISO 5, wie aus der Mitteilung von Item und SwissOptic hervorgeht.

Warum SwissOptic die Reinraumproduktion umbaut

SwissOptic arbeitet seit mehr als 20 Jahren mit Item zusammen und nutzt unter anderem Arbeitsplatzsysteme, Lineartechnik und Maschineneinhausungen des Unternehmens. Für die Einrichtung des neuen Reinraums griff der Optikhersteller erneut auf das Baukastensystem auf Basis von Aluminiumprofilen zurück.

„Wir waren mit dem Baukastensystem auf Basis der Aluminiumprofile bestens vertraut und fragten bei Item daher an, ob sie uns bei der Einrichtung neuer Arbeitsplätze unterstützen“, sagt Mark Rüdisser, Leiter Facility-Management der SwissOptic AG. „Für die Produktion von Komponenten für die Halbleiterindustrie benötigten wir flexibel nutzbare Arbeitsbereiche, welche die hohen Anforderungen der Reinraumklasse ISO 5 erfüllen mussten.“

Mit der Generalplanung wurde WHO Reinraumtechnik beauftragt. Zwar fand die Produktion bereits zuvor im Reinraum statt, die neuen Bereiche sollten jedoch strengere Anforderungen an die Partikelkonzentration erfüllen. Hinzu kam ein weiteres Problem: Die bestehenden Arbeitsplätze waren veraltet und ließen sich nicht ausreichend an unterschiedliche Arbeitsprozesse anpassen.

„Um unsere Produktionskapazitäten zu erhöhen, waren wir gezwungen, unseren Reinraum umzugestalten und mehr Arbeits- und Produktionsbereiche zu schaffen. Dabei wollten wir den Kosten- und Umbauaufwand möglichst gering halten“, sagt Dario Fusinato, Leiter Reinraum-Montage der SwissOptic AG. „Für die sensiblen Produktionsprozesse im Reinraum stellt Item mit den Mini-Environments jetzt eine ideale Arbeitsumgebung zur Verfügung.“

16 Montagezellen für die Reinraumklasse ISO 5

Das Ergebnis sind 16 funktionale Montagezellen der Reinraumklasse ISO 5. Die Mini-Environments bestehen aus Teilumhausungen auf Basis von Item-Aluminiumprofilen und integrierten Arbeitsplatzsystemen. In ihnen fertigt, prüft und reinigt SwissOptic komplexe optomechanische Baugruppen für die Halbleiterindustrie.

Dabei kommen optische und feinmechanische Komponenten zum Einsatz, die mit speziellen Vorrichtungen mikrometergenau positioniert und justiert werden. Temperaturschwankungen, Vibrationen und Erschütterungen gilt es zu vermeiden. Zudem dürfen keine Partikel mit einer Größe von 0,025 mm oder größer im Arbeitsbereich vorhanden sein. SwissOptic kontrolliert die Baugruppen deshalb optisch mit Spezialmikroskopen.

Alle 16 Montagezellen folgen demselben Grundaufbau. Zur Ausstattung gehören jeweils ein höhenverstellbarer Tisch, ein rollbares Regal mit vier Ablageflächen sowie ein beweglicher Beistellwagen aus Item-Komponenten.

Die Teilumhausungen sind rund 2,70 m breit, 2,40 m hoch und 2,40 m tief. Ihr Grundgestell kombiniert Profile der Baureihe X 8 mit XMS-Profilen. Integrierte Kabelführungen ermöglichen es, Leitungen staubsicher verdeckt im Profilrahmen zu führen.

Wie werden Partikel in den Montagezellen reduziert?

Für die Flächen der Montagezellen kommt reinigungsfreundliches Glas zum Einsatz. „Die Flächen der Zellen bestehen aus reinigungsfreundlichem Glas“, sagt Michael Hasler, Vertriebsleiter Item Schweiz. „Das Item Einfasssystem dient der Flächenbefestigung und eignet sich besonders für den Einsatz im Reinraum, da es Basisprofil, Abdeckung und Dichtung optimal miteinander verbindet.“

In jeder Zellendecke befinden sich vier Filter Fan Units. Dadurch entstehen innerhalb des bestehenden Reinraums nochmals geschlossene Bereiche – gewissermaßen Reinräume im Reinraum. Die Luft strömt innerhalb der Zellen laminar von der Decke zum Boden. Das soll verhindern, dass sich Partikel auf Werkstücken und Arbeitsoberflächen ablagern.

Gleichzeitig sind die Einheiten nicht dauerhaft an eine Position gebunden. Bei Bedarf könnten sie auch an anderen Stellen innerhalb der Produktion aufgestellt werden.

Welche Materialien eignen sich für die Reinraumproduktion?

Die Anforderungen beschränken sich nicht auf Partikel. Auch die eingesetzten Materialien müssen für den Reinraum geeignet sein und dürfen nicht ausgasen. Zu berücksichtigen sind außerdem flüchtige organische Stoffe wie Gase, Öle und Fette.

„Das Endprodukt wird später im Hochvakuum betrieben“, erklärt Dario Fusinato. „Daher müssen wir sicherstellen, dass keine molekularen Kontaminationen bei der Montage entstehen.“

Neben ISO 14644-1 für die Reinraumklassen ist deshalb laut Anwenderbericht auch ISO 14644-8 hinsichtlich luftgetragener molekularer Verunreinigungen relevant. Zudem nennt die Mitteilung VDI 2083 Blatt 9.1 zur Qualifizierung von Betriebsmitteln und raumlufttechnischen Komponenten für reinheitstechnische Bereiche.

„Es ist eine umfangreiche Aufgabe, das Ausgasungsverhalten zu evaluieren“, betont Dario Fusinato. „Von vorneherein durften bestimmte Materialien wie Silikone oder spezielle Kunststoffe nicht eingesetzt werden. Da höhenverstellbare Tische vorhanden sind, mussten die hier verwendeten Schmierstoffe ebenfalls den Anforderungen genügen.“

Auch offene Profilnuten sind zu vermeiden. Sie werden mit Abdeckprofilen geschlossen, damit sich dort kein Staub oder andere Verunreinigungen ansammeln können.

Wie gelang der Umbau im laufenden Betrieb?

Vor der finalen Montage prüfte SwissOptic die Funktionalität der Einhausungen zusammen mit den Filter Fan Units in einem digitalen Modell. Eine besondere Herausforderung war, dass die Montage während des laufenden Produktionsbetriebs stattfinden musste.

Item startete deshalb mit einem Testprojekt und montierte zunächst eine Teilumhausung samt Ausstattung in einem anderen Reinraum. Nach erfolgreichem Abschluss wurden die weiteren Umhausungen bei Item vormontiert und anschließend zum endgültigen Aufstellungsort transportiert.

Auch die Item-Mitarbeiter mussten dabei Schutzkleidung tragen und die Verhaltensregeln des Reinraums beachten, um Kontaminationen zu vermeiden.

„Wir haben in Etappen gearbeitet und uns eng mit Item abgestimmt“, so Mark Rüdisser. „Nur so konnten wir sicherstellen, dass der laufende Betrieb zu keinem Zeitpunkt gefährdet war.“

Reinraumproduktion wird flexibler

Von der Lieferung bis zur Inbetriebnahme im Herbst 2022 vergingen laut Mitteilung nur wenige Monate. Neben der technischen Einrichtung der Montagezellen setzte SwissOptic ein Lean-Konzept um. Schwerpunkte waren die Positionierung von Werkzeugen und die Digitalisierung am Arbeitsplatz.

„Wir sind sehr froh, dass wir unsere neue Produktion innerhalb kürzester Zeit aufbauen konnten. Item hat uns während der ganzen Projekt- und Realisierungsphase optimal unterstützt“, sagt Mark Rüdisser. „Dazu gehörte auch die Umsetzung eines Lean-Konzeptes, um Produktionsprozesse zu optimieren.“

Die einheitliche Grundausstattung der 16 Montagezellen soll den Wechsel zwischen den Arbeitsbereichen erleichtern. Nur einzelne Details unterscheiden sich abhängig vom jeweiligen Prozess. Hinzu kommt die ergonomische Ausstattung.

Während Produktionsprozesse zuvor an bestimmte Arbeitsplätze gebunden waren, können nun unterschiedliche Prozesse innerhalb einer Zelle stattfinden. Mit den Mini-Environments konnte SwissOptic nach eigenen Angaben die Produktionskapazität erhöhen und zugleich die Arbeitsumgebung verbessern. Die Reinraum-im-Reinraum-Lösung verbindet damit die Anforderungen an die Fertigung sensibler Baugruppen mit einer flexibleren Gestaltung der Produktionsprozesse.