Технологии в электронной промышленности №4'2011

Устройство фальшполов и антивибрационных фундаментов в чистых помещениях

Надоленко Вадим


Что нужно сделать, чтобы построить чистое помещение по ГОСТ ИСО 14644-1? Несомненно, в перечень входят сэндвич-панели для стен, модульные потолки, системы подготовки и рециркуляции воздуха, контроля и мониторинга и т. д. Необходимо также уделить внимание фальшполу — не самому сложному, но далеко не дешевому компоненту. Термин «система фальшполов», несмотря на ее внешнюю простоту конструкции и инсталляции, употребляют не случайно, поскольку, если говорится о помещении, а не о единичном боксе, без установки перфорированных плит чистота выше 5-го класса по ИСО просто недостижима.

Микроэлектронное производство предъявляет высокие требования к классу чистоты, так что фальшпол в большинстве случаев обязателен, поскольку, несмотря на относительно высокую стоимость, система фальшпола обеспечивает весьма специфические потребности производства. Важно уточнить — здесь говорится не о неких полукустарных чудесах, которые можно найти в Интернете, и даже не о продукции солидных зарубежных производителей, которая, конечно, имеет фальшпол, но в большинстве случаев для офисов, жилых помещений и т. д.

В рамках этой статьи рассматриваются изделия, предназначенные именно для микроэлектронного производства, которые выполнены из высокопрочного алюминиевого или магниевого сплава методом литья под давлением с разной степенью перфорации и покрыты антистатическим огнестойким винилом, устойчивым к химическому воздействию и трению (рис. 1–3). Такая структура наряду с прочими достоинствами позволяет забыть о проводящих сетках (например, из медных полосок), еще в недавнем прошлом предохранявших людей и изделия от статического электричества.

Перфорированная панель фальшпола

Рис. 1. Перфорированная панель фальшпола

Перфорированная панель фальшпола, вид снизу

Рис. 2. Перфорированная панель фальшпола, вид снизу

Решетчатая панель, степень перфорации 50%

Рис. 3. Решетчатая панель, степень перфорации 50%

Принципиальная схема организации воздушного потока в чистых помещениях с фальшполом знакома всем, кто причастен к микроэлектронному производству, и приведена на рис. 4. Предварительно подготовленный воздух, имеющий определенную влажность и температуру, проходит через тонкие фильтры в фильтровентиляционных модулях (ФВУ) и подается в помещение. Благодаря избыточному давлению (15–25 Па), чистый воздух вытесняет отработанный воздух вместе с загрязнениями. Перфорация фальшпола позволяет воздушному потоку без задержки уходить под пол, а затем через межстенное пространство наружу и частично — на повторную фильтрацию.

Принципиальная схема организации воздушного потока в ЧП с фальшполом

Рис. 4. Принципиальная схема организации воздушного потока в ЧП с фальшполом

Таким образом, перфорированные фальшполы позволяют почти полностью избавиться от завихрений в производственной зоне, создавая ламинарный поток по всей площади чистого помещения (рис. 5). Именно это обстоятельство обеспечивает возможность радикально повысить класс чистоты помещений по сравнению с решениями без фальшпола. Разная степень перфорации позволяет в соответствии с планируемым технологическим процессом управлять воздушными потоками внутри помещения. Конструкция изделий дает возможность легко переставлять плиты фальшпола в уже построенном помещении, что обеспечивает бóльшую свободу проектировщикам и облегчает корректировку проекта даже на стадии запуска и отладки оборудования.

Фальшпол в построенном ЧП

Рис. 5. Фальшпол в построенном ЧП

Данные, приведенные в таблице 1, дают представление о технических характеристиках, которым должны соответствовать качественные изделия, и о возможностях их применения для решения конкретных производственных задач.

Таблица 1. Технические характеристики перфорированных фальшполов

Серия Алюминий Магний
Материал покрытия Проводящий винил
Характеристики электропроводности покрытия Проводимость: 104–106 Ом
Антистатичность: 5×106–5×108 Ом
Материал панели Отлитый под давлением высокопрочный алюминиевый сплав Отлитый под давлением высокопрочный магниевый сплав
Распределенная нагрузка, кгс/м2 500–2000 (прогиб 1 мм) 500–1450 (прогиб 1 мм)
Концентрированная нагрузка, кгс/6,45 см2 250–2200 (прогиб ≤2 мм) 250–1000 (прогиб 2 мм)
Максимальная нагрузка, кгс/6,45 см2 500–4400 500–2000
Погрешность размеров 600+0,00 мм/600 — 0,2 мм
Погрешность толщины покрытия, мм ±0,1
Отклонение плоскостности, мм ±0,2
Отклонение по диагонали, мм 0,5 (max)
Процент перфорации, % 17–50
Наружное покрытие Эпоксидное или Ni-Cr металлизация

Чем меньше степень перфорации, тем бóльшую нагрузку способна нести панель. Монолитные панели (рис. 6) должны нести номинальную распределенную нагрузку не менее 3000 кгс/м2, при этом возможна максимальная концентрированная нагрузка до 77,5 кгс/см2.

Неперфорированная панель фальшпола

Рис. 6. Неперфорированная панель фальшпола

Высота установки над основным покрытием может варьироваться от 30 см до одного метра. Такое просторное «подполье» позволяет скрыть все магистрали, кабели и трубопроводы. Понятно, что это существенно облегчает поддержание чистоты и организацию рабочего пространства.

Важно отметить, что практически все технологическое оборудование требует подведения не только различных высоко- и слаботочных кабелей, но и трубопроводов с газом и химическими реагентами, которые обеспечивают технологический процесс. Плотность обвязки такова, что никакие заглубленные каналы не позволят решить проблему. Фотографии реального производства (рис. 7–9), сделанные по ходу инсталляции, наглядно демонстрируют сказанное.

Газовые магистрали

Рис. 7. Газовые магистрали

Подведение технологических газов

Рис. 8. Подведение технологических газов

Кабельные подводки

Рис. 9. Кабельные подводки

Иногда стандартной технологической высоты недостаточно, и возникает необходимость поднимать фальшпол на высоту 1,5 м и больше. В этом случае рекомендуется применять усиленные металлические конструкции (рис. 10, 11), способные нести «весомые» нагрузки, когда плиты фальшпола устанавливаются не на стойки, а на специально изготовленные сооружения (табл. 2).

Схематичный рисунок усиливающей стальной конструкции

Рис. 10. Схематичный рисунок усиливающей стальной конструкции

Таблица 2. Технические характеристики усиливающей металлической конструкции

Высота, мм Диаметр стоек, мм Пролет между стойками, м Размер опорной балки, мм Несущая панель, мм
1500–2000 100, 140, 160 1,2×1,2/1,8×1,8/2,4×2,4 125×250 300×12 т
140 + крепление 2,4×2,4 300×12 т
300×16 т
Обработка Стойки и основание: полимерное покрытие.
Головка/крепежные элементы: Zn, Ni-Cr гальваническое покрытие
Проводимость <108 Ом

Рассуждая об устройстве полов в микроэлектронном производстве, стоит упомянуть о редких пока в России антивибрационных фундаментах (рис. 11). Речь не идет о конструкциях, под которые в основное перекрытие приходилось заливать слой резины, или о прочих ухищрениях: на рынке существуют современные решения в виде готовых конструкций, которые можно устанавливать под прецизионное технологическое оборудование — степперы, микроскопы и т. д.

Антивибрационный фундамент (процесс установки)

Рис. 11. Антивибрационный фундамент (процесс установки)

Проектируются и изготавливаются такие структуры штучно, под каждый конкретный случай, с учетом сейсмических показателей строения и требований к оборудованию. Возможна также их перестановка при изменении технологического маршрута и замене оборудования. Конечно, это сложнее, чем поменять местами плитки фальшпола, но все же это можно реализовать без перестройки всего чистого помещения. Ориентировочные характеристики некоторых моделей антивибрационных конструкций приведены в таблице 3.

Таблица 3. Характеристики моделей антивибрационных конструкций

Модель Амплитуда вибраций Размер детали, мкм Применение Тип Вес Размер
мкдюйм/с мкм/с дБ
VC-A 2000 50 66 8 Подходит в большинстве случаев для оптических микроскопов до 400, микро- и оптических весов, установок экспонирования и фотолитографии Стальная конструкция. Устанавливается на бетонное основание 1–5 т
5–10 т
10–30 тa 30–100 т…
Длина 2–4 м
Ширина 2–3,5 м
Высота 0,5–2 м
2–3 м
VC-B 1000 25 60 3 Контрольное и литографическое оборудование (включая степперы) до 3 мкм линейного допуска
VC-C 500 12,5 54 1 Оптические микроскопы до 1000, контрольное и литографическое оборудование, электронные микроскопы средней чувствительности, процессы совмещения и сканирования TFT–LCD
VC-D 250 6 48 0,3 Сканирующие и просвечивающие электронные микроскопы, электронно-лучевые системы
VC-E 125 3 42 0,1 Наиболее чувствительные системы, такие как лазерные, электронно-лучевые литографические, работающие в наноизмерении, предъявляющие сверхвысокие требования к динамической стабильности

К сожалению, в России такие конструкции не производятся, и пока неизвестно о чьих-либо планах организовать такое производство в стране. Что, в общем-то, понятно, так как спрос на подобные изделия могут обеспечить лишь микроэлектронные производства, требующие класса чистоты от 4 ИСО и выше, а перспектива их массового строительства в России пока не очевидна. Справедливости ради отметим, что производство антивибрационных фундаментов существует далеко не во всех развитых странах.

Отечественные электронщики сталкиваются и с другой проблемой: мелкие заказы не вызывают интереса у производителей, поэтому приобрести у них напрямую, например, 300 м2 фальшпола практически нереально. Конечно, российские чистые помещения несопоставимы по площади с зарубежными (в некоторых ЧП Юго-Восточной Азии передвигаются на электрокарах). Поэтому получить чистое помещение высокого класса, с фальшполом, можно только заказав проект целиком у компании, которая способна спроектировать и построить необходимое производство, обеспечив закупку всех используемых материалов. Такие компании, несмотря на объективные трудности, уже появились в России.

Другие статьи по этой теме


 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо