## PENGUKURAN PARTIKEL DI CLEANROOM TFME

## POLITEKNIK NEGERI BATAM MENGGUNAKAN
STANDAR ISO 14644-1
Aditya Gautama * , B. Budiana *
 Politeknik Negeri Batam Jurusan Teknik Elektro
Jl. Ahmad Yani, Tlk. Tering, Kec. Batam Kota, Kota Batam, Kepulauan Riau 29461
E-mail: adityagautama@polibatam.ac.id

## Abstrak
Teknologi dunia elektronika pada saat ini berkembang dengan sangat pesat. Kemampuan komputasi yang terus meningkat  diiringi  dengan  semakin  berkurangnya  ukuran  komponen  elektronika  yang  digunakan  pada  sebuah chip atau IC (Integrated Circuit ). Ukuran komponen yang telah mencapai nanometer menyebabkan komponen sangat  sensitif  terhadap  pengotor  dalam  bentuk  partikel.  Tempat  fabrikasi  khusus  dalam  bentuk cleanroom diperlukan  agar  jumlah  partikel  pengotor  dapat  dikontrol  dan  kerusakan  akibat  partikel  pengotor  pada  produk dapat dikurangi. Salah satu standar yang digunakan untuk mengklasifikasi cleanroom dan mengukur partikel di dalamnya  adalah  ISO  14644-1.  Pada  penelitian  ini  dilakukan  pengukuran  pertikel  sesuai  dengan  standar  ISO 14644-1  untuk  mengukur  jumlah  partikel  di  dalam cleanroom TFME.  Hasil  pengukuran  mengklasifikasikan cleanroom di TFME sesuai dengan ISO class 7 yang berarti sistem penyaringan partikel masih bekerja dengan baik.
Kata kunci: Cleanroom, IC, partikel.

## Abstract
Electronics Technology is currently developing very rapidly. Computational capabilities that continue to increase are accompanied by a decrease in the size of the electronic components used on a chip or IC (Integrated Circuit).
The size of the components that have reached nanometers makes the components very sensitive to impurities in the  form  of  particles.  A  special  fabrication  place  in  the  form  of  a cleanroom is  needed  so  that  the  number  of impurity particles can be controlled and the damage caused by impurity particles on the product can be reduced. One of the standards used to classify a cleanroom and measure the particles in it is ISO 14644-1. In this study, particle  measurements  were  carried  out  in  accordance  with  ISO  14644-1  standards  to  measure  the  number  of particles in the TFME cleanroom . The measurement results classify the cleanroom in TFME into ISO Class 7.
This is consistent with the initial TFME cleanroom design, meaning that the particle filtration system is still in a good condition.
Keywords: Cleanroom, IC, particle

## 1. Pendahuluan
Cleanroom merupakan  ruangan  yang  dirancang  dan dibuat dengan menggunakan teknologi tertentu  untuk dapat  mengontrol  konsentrasi  partikel  di  udara  dan partikel  pembawa  mikroba  [1][2][3]. Cleanroom dapat  melindungi  produk  elektronik,  personal  dan peralatan  elektronik  dari  berbagai  kontaminan  udara melalui daerah yang bersih/kualitas udara yang bersih dan  terkontrol.  Kualitas  udara  yang  bersih  dapat
dicapai melalui filter udara partikulat  efisiensi tinggi ( high-  efisiensi  paticulate  air- HEPA)  kontrol  suhu dan kelembapan, mekanisme pengontrolan, pergerakan  udara  dan  pergantian  udara,  dan pemberian tekanan [4].
HEPA  yang  digunakan  memiliki  3  mekanisme penyaringan  partikel.  Mekanisme  pertama  adalah difusi.  Pada  mekanisme  ini,  partikel  dengan  ukuran kecil  bergerak  secara  acak  di  sekitar  aliran  udara.
Vol. 12 No. 2, October 2020, 156-159
e-ISSN: 2548-9228
Ketika  aliran  udara  berbelok  melewati  serat  HEPA filter, partikel akan tersangkut pada serat. Mekanisme kedua adalah impaction . Pada mekanisme ini, partikel yang berukuran besar yang mengalir mengikuti aliran udara  akan  tetap  bergerak  lurus  ketika  aliran  udara berbelok  melalui  serat.  Gerakan  lurus  ini  akibat momentum  dari  partikel  tersebut  dan  menyebabkan pertikel  tersangkut  pada  serat.  Mekanisme  ketiga adalah interception .  Mekanisme  ini  terjadi  ketika mengikuti  aliran  udara  yang  berbelok  melalui  serat, partikel bergesekan dengan serat dan tertangkap [5].
Kurva efisiensi penyaringan partikel oleh filter udara [5],  dengan  gambar  termodifikasi  penulis,  adalah sebagai berikut:
Gambar 1. Efisiensi HEPA filter terhadap diameter partikel
Berdasarkan  metode  ventilasi, cleanroom dibedakan menjadi dua macam yaitu cleanroom dengan ventilasi aliran  turbulen  ( turbulently  ventilated  cleanrooms ) dan cleanroom dengan  ventilasi  aliran  searah ( unidirectional flow cleanrooms ). Sedangkan berdasarkan  klasifikasinya, clean  room dibedakan menjadi  dua  macam  yaitu Industrial  cleanroom dan biological cleanroom [6] .
Jenis cleanroom pada  TFME  adalah  ventilasi  aliran turbulen. Prinsip kerjanya adalah dengan menipiskan udara yang penuh partikel di dalam cleanroom dengan memompa  udara  bersih  ke  dalamnya.  Selain  itu jumlah  udara  yang  dialirkan  ke  dalam  sama  dengan jumlah udara yang dialirkan ke luar, sehingga jumlah partikel pengotor dapat dikurangi [7].
Terdapat  dua  Standar/acuan  utama  yang  digunakan untuk cleanroom yaitu  standar  U.S  Federal  dan  ISO 14644. Sedangkan standar lain  yang telah digunakan untuk cleanroom adalah Federal  Standard 209  E, German  Standard :VDI  2083, British  Standard :  BS 5295, Japanese  Industrial  Standard :  JIS    B  9920, Australian  Standard AS  1386, Frensch  Standard : AFNOR X 44101, Deutch Standard VCCN-RL-1 dan Rusian  Standard :  GOST  R  50766-95.  Namun  pada penelian  ini,  standar cleanroom yang  digunakan mengacu  pada  ISO  14644 (cleanrooms  and
associated controlled environments).
Standar cleanroom ISO  14644  terdiri  atas  berbagai klasifikasi.  Salah  satunya  adalah  standar  mengenai penentuan jumlah partikel yang terdapat di cleanroom [8].  Fokus  pada  penelitian  ini,  adalah  penentuan jumlah  partikel  di  dalam Cleanroom Teaching Factory  Manufacturing  of  Electronic (TFME) Politeknik  Negeri  Batam.  Pengukuran  ini  akan menentukan  apakah  jumlah  partikel  pengotor  masih dapat  dikontrol  sesuai  dengan  desain  awal  dari cleanroom yaitu ISO kelas 7. Jika sesuai maka produk elektronik  yang  dibuat  di  dalam  TFME  terlindungi oleh  sistem  penyaringan  partikel cleanroom yang dibuat.  Namun  jika  tidak  sesuai  dengan  standar  ISO kelas  7  maka  perlu  dilakukan  perawatan  atau perbaikan pada sistem penyaringan partikel.

## 2. Metode Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Teaching Factory Manufacturing  of  Electronic (TFME)  Politeknik Negeri  Batam.  Metode  yang  dilakukan  pada penelitian ini dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Diagram Alir Penelitian Metoda  ini  sesuai  dengan  standar  pengukuran  ISO 14644-1[7].  Adapun  deskripsi  dari  masing-masing langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Perhitungan Jumlah Titik sampel minimum Langkah  pertama  yang  harus  dilakukan  adalah menghitung  berapa  jumlah  titik  sampel  minimum yang  perlu  diambil  berdasarkan  luas cleanroom . Perhitungan yang digunakan menggunakan persamaan 1.
L p
N l .  (1)
Dengan nilai P dan L adalah sebagai berikut: Panjang (P) cleanroom = 13.2 meter, Lebar (L) cleanroom = 7.2 meter Sehingga diperoleh hasil sebagai berikut:
p N l  L
10 75 . 9   l l N N
Jadi  N l =  10  titik  berdasarkan  perhitungan  dengan menggunakan persamaan 1.

## 2. Perhitungan Volume sampel minimum
Acuan  partikel  yang  digunakan  untuk  perhitungan volume  dengan  sampel  minimum  merujuk  pada partikel dengan ukuran  ≥ 0.5 μm.
Batas jumlah partikel yang digunakan  untuk ukuran ≥ 0.5 μm adalah mengacu pada tabel 1.
Tabel 1. Standar ISO Kelas 7 [8] Kelas ISO
Batas Maximum konsentrasi (Partikel/m 3 ) di udara
≥ 0.1 um ≥ 0.2 um ≥ 0.3 um ≥ 0.5 um ≥ 1 um ≥ 5 um 1 10 1 2
2 10 2 24 10 4 3 10 3 237 102 35 8 4
10 4 237 x 10 1 102 x 10 1 352 83
5 10 5 237 x 10 2 102 x 10 2 352 x 10 1 83 2 29 6 10 6 237 x 10 3 102 x 10 3 352x 10 2 83 2 x 10 1
293
7 10 7 352x 10 3 83 2 x 10 2 293
x 10 1
Berdasarkan  tabel  1  terlihat  bahwa  batas  jumlah partikel  untuk  kelas  7  pada  ukuran  ≥  0.5  um  adalah 352000.
Jika  dimasukan  kedalam  rumus  adalah  sebagai berikut:
1000 . 20 a
Vm 
Keterangan : Vm   : Volume maksimum/volume minimum a : Jumlah batas partikel sesuai kelas
liter Vm x m Vm 057 . 0 1000 / 35200 20 3  
Dengan  menggunakan  perhitungan  diatas,  volume minimum sampel adalah 0.057 liter. Agar pengukuran lebih teliti, pada penelitian ini diambil ukuran sampel yang lebih besar yaitu 2.8 liter. Pengambilan volume sampel  lebih  besar  dari  volume  minimum  tidak melanggar standar ISO yang ditetapkan. Pelanggaran terjadi  jika  pengambilan  sampel  yang  digunakan adalah kurang dari 0.057 liter.

## 3. Pengambilan sampel di cleanroom TF
Pengambilan  sampel  dilakukan  pada  10  titik  yang berbeda  pada  ketinggian  kerja  dari  masing-masing alat.  Pengambilan  10  titik  ini  berdasarkan  pada perhitungan jumlah titik sampel minimum yang telah dilakukan  sebelumnya.  Alat  ukur  yang  digunakan adalah Aerotrak  Handheld  Particle  Counter 9306. Gambar dari alat tersebut dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3. Alat ukur particle counter
Alat  ini  akan  menghisap  udara  yang  mengandung partikel.  Di  dalamnya  ada photodiode yang  akan menangkap  cahaya  yang  dihamburkan  oleh  partikel ketika  melewati  zona  penginderaan  akibat  terkena gelombang cahaya laser dari laser dioda. Cahaya yang dihamburkan  ini  dikonsentrasikan  oleh  sistem  lensa dan  diubah  oleh photodiode menjadi  pulsa  listrik. Amplitudo  dari  pulsa  listrik  ini  dikonversi  menjadi ukuran partikel.

## 3. Hasil dan Diskusi
Pengukuran  partikel  diambil  pada  bulan  Februari 2020 dengan kondisi tidak ada pekerjaan di dalam cleanroom ( at  rest ). Rata-rata  dari  keseluruhan sampel dihitung dengan menggunakan persamaan 2.
10
10 1     i i Ci c
(2)
Hasil  dari  pengambilan  sampel  dan  perhitungan menggunakan persamaan 2 disajikan pada tabel 2.
Tabel 2.Hasil pengukuran dan perhitungan
A P ( um) B (um)
C 0.5 1 3 5 10 ≥0.5 1 71 54 33 19 10 187 66786 2 23 11 4 3 1 42 15000 3 154 11 7 55 33 12 371
132500
4 29 18 10 5 2 64 22857
5 118 76 26 15 4 239
85357
6 89 50 23 15 8 185
66071
7 40 29 15 11 7 102
36429
8
78 49 21 13 4 165 58929
9 35 28 14 9 3
187 66786
10
59 41 22 10 5 42
15000 c = 56446 Keterangan A :  Sampel pada lokasi ke-n P :  Jumlah Partikel Sesuai Ukurannya ( Partikel/2.8 liter) B :  Jumlah dari masing-masing lokasi mulai dari 0.5 um C :  Konversi ke m 3 (Partikel/m 3 )
Contoh konversi dari kolom B ke C adalah sebagai berikut:
1 liter = 1 dm 3 = 1 x 10 -3 m 3
187 partikel /2.8 liter = ((187 x 10 3 )/2.8) = 66786 partikel/m 3
Nilai c jauh  lebih  kecil  dari  batas  maksimum partikel untuk kelas 7 yaitu (352.000). Dengan nilai yang  diperoleh  menunjukan  bahwa cleanroom TF sesuai dengan standar ISO Kelas 7.

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan pengukuran dan perhitungan yang telah dilakukan, cleanroom di  TFME  sesuai  dengan  ISO Class  7  dengan  nilai  rata-rata  56446  Partikel/m 3 dengan  jumlah  sampel  lokasi  sebanyak  10  titik. Sehingga  peluang  terjadinya  cacat  produk  akibat partikel  pengotor  rendah.  Selain  dari  itu,  sistem penyaringan partikel yang ada masih bekerja dengan baik. Rekomendasi untuk cleanroom di TFME adalah dilakukannya  cek  secara  berkala  1  bulan  sekali sehingga  kualitas  dari  udara  yang  ada  tetap  terjaga
dengan baik

## Ucapan Terima Kasih
Penulis  menucapkan  terima  kasih  kepada Teaching Factory  Manufacturing  of  Electronic (TFME) Politeknik  Negeri  Batam  yang  telah  memberikan dukungan dalam penelitian ini.

## Daftar Pustaka
[1]  G.  Jeevanandam,  V.  van  der  Meijden,  L.  D. Birnie, P. Kruit, and C. W. Hagen, “‘Cleanroom’ in  SEM,” Microelectron.  Eng. ,  vol.  224,  p.
111239, Mar. 2020, doi:
10.1016/j.mee.2020.111239.
[2]  L. Zhou, W. Sun, C. Huang, H. Li, Z. Zou, and C. Wu,  “Studies  on  Comparison  of  Particle Concentration Models for Cleanroom,” Procedia Eng. ,  vol.  205,  pp.  3308–3315,  Jan.  2017,  doi:
10.1016/j.proeng.2017.10.343.
[3]  X. Shao, K. Hashimoto, L. Fang, A. K. Melikov, K. G. Naydenov, and C. Rasmuseen,
“Experimental  study  of  airborne  particle transmission  through  the  doorway  of  a cleanroom  due  to  the  movement  of  a  person,”
Build. Environ. , vol. 183, p. 107205, Oct. 2020,
doi: 10.1016/j.buildenv.2020.107205.
[4]  T.  Sandle,  “Chapter  5  -  Cleanrooms  and Environmental Monitoring,” in
Biocontamination  Control  for  Pharmaceuticals and Healthcare , T. Sandle, Ed. Academic Press,
2019, pp. 65–82.
[5]  W. Whyte, Cleanroom Technology:
Fundamentals of Design, Testing and Operation . John Wiley & Sons, 2001.
[6]  A. Gupta, “Chapter1 Clean Room Technology,” 2019.
[7]  Z.  Xu  and  B.  Zhou, Fundamentals  of  Air Cleaning  Technology  and  Its  Application  in Cleanrooms . 2014.
[8]  T.  Sandle, ISO  14644  -  Revised  Cleanroom Standard . 2016.