Caractéristiques de la construction de salles blanches de haut niveau dans les usines électroniques

1. Exigences du processus de production dans les usines électroniques pour un environnement contrôlé

Les usines d'électronique, telles que les usines de microélectronique (CI) pour les circuits intégrés à grande échelle (LSI), les circuits intégrés à très grande échelle (VLSI) et les usines d'optoélectronique pour les écrans à cristaux liquides (LCD), les écrans à cristaux liquides à transistors en couches minces (TFT-LCD), les écrans plasma (PDP), les diodes électroluminescentes (LED), les diodes électroluminescentes organiques (OLED) et les diodes électroluminescentes organiques polymères (PLED), dépendent toutes d'un environnement de production propre. Cet environnement englobe non seulement les bâtiments, les structures, l'air, l'eau, les gaz, les solvants et autres matières premières, mais aussi divers facteurs environnementaux tels que le son, la lumière, l'électricité, le magnétisme et les vibrations. Par exemple : la forme et la hauteur du bâtiment, la capacité portante de la structure, les matériaux de finition de l'enveloppe ; la propreté, la température, l'humidité et la pression statique de l'air ambiant ; la pureté et la teneur en particules et en métaux lourds de l'eau et des gaz ; ainsi que le bruit ambiant, l'éclairage, l'électricité statique, le blindage électromagnétique et les microvibrations. D'une manière générale, les exigences environnementales du processus de production dans les usines électroniques peuvent se résumer en cinq caractéristiques : grande échelle, propreté, précision, pureté et rigueur.

• Grande taille : Le processus de production exige des salles blanches de plus en plus vastes. Prenons l’exemple des salles blanches utilisées pour la production d’écrans TFT-LCD. La superficie d’une salle blanche pour la production d’écrans TFT de 5e génération est d’environ 28 000 m² ; celle pour la 6e génération est d’environ 40 000 m² ; et pour la 8e génération, la superficie d’une seule salle blanche dépasse les 80 000 m², soit suffisamment grande pour accueillir plus de 20 Boeing 747.

• Propreté : Les salles blanches des procédés de fabrication en amont de la microélectronique (circuits intégrés) et de l'optoélectronique (écrans TFT-LCD) dans les usines d'électronique sont soumises à des exigences de propreté environnementale de plus en plus strictes. Par exemple, le niveau de propreté requis pour la salle de photolithographie du procédé de fabrication en amont des puces VLSI sur plaquettes de 12 pouces atteint la classe 1 (0,1 µm), ce qui signifie que le nombre de particules ≥ 0,1 µm par pied cube d'air ne doit pas dépasser 1, ce qui correspond à la classe ISO 1.

Précision : Le processus de production dans les usines électroniques exige une précision de plus en plus grande du contrôle de la température et de l’humidité ambiantes. Prenons l’exemple de la salle de photolithographie en microélectronique mentionnée précédemment : sa précision de température est de ± 0,1 °C et celle de l’humidité relative de ± 3 %.

• Pureté : Le processus de fabrication des circuits intégrés à grande échelle impose des exigences de plus en plus strictes en matière de pureté de l'eau, des gaz et des solvants utilisés. Concernant l'eau de haute pureté, par exemple, outre sa résistivité, des critères rigoureux s'appliquent quant à eux aux particules, bactéries, métaux lourds et composants ioniques des autres éléments qu'elle contient. Avec le développement des procédés de fabrication, ces exigences de pureté deviennent sans cesse plus élevées, pour atteindre un niveau de pureté toujours plus grand.

Exigences strictes : La production dans l’industrie électronique impose des exigences strictes non seulement en matière de propreté environnementale, de température et d’humidité, mais aussi concernant des facteurs environnementaux tels que le bruit, la lumière, l’électricité statique, le magnétisme (blindage des champs électromagnétiques) et les microvibrations. En particulier, la production de microélectronique impose des exigences nouvelles et strictes concernant la pollution moléculaire. La pollution moléculaire désigne le contrôle rigoureux des éléments nocifs pour les procédés de fabrication des semi-conducteurs présents dans l’air ambiant, tels que le sodium (Na), le carbone (COx), le soufre (SOx) et l’azote (NOx). Par conséquent, le traitement de l’air utilise la pulvérisation d’eau (du robinet ou pure) pour absorber les composés moléculaires nocifs présents dans l’air extérieur, et des filtres chimiques pour adsorber ceux présents dans l’air intérieur.

2. Les salles blanches de haut niveau dans les usines électroniques adoptent majoritairement des salles blanches à flux mixte.

Afin de réduire les investissements initiaux de construction et la consommation énergétique des salles blanches, dans les salles blanches de haute sécurité des usines électroniques, on utilise généralement un flux unidirectionnel vertical à haut niveau de purification (classe ISO 1 à 5) pour les étapes les plus critiques du processus de production. Un flux non unidirectionnel sur de grandes surfaces (classe ISO 6 à 8) est utilisé en remplacement du flux unidirectionnel sur de grandes surfaces. Ainsi, les flux unidirectionnels et non unidirectionnels verticaux sont combinés au sein d'une même salle blanche pour former une salle blanche à flux mixte. Le système de purification et de climatisation d'une salle blanche à flux mixte repose généralement sur un schéma d'alimentation en air composé d'une unité de traitement d'air (MAU), d'une unité de filtration à ventilateur (FFU) et d'une batterie de refroidissement à sec (DC). Largement utilisées dans les grandes usines de production de microélectronique et d'optoélectronique, tant en Chine qu'à l'étranger, les salles blanches à flux mixte présentent les avantages suivants : facilité de réglage, économies d'énergie considérables, grande flexibilité, adaptabilité à l'évolution des processus de l'industrie électronique et réduction des surfaces et espaces non productifs. Il s'agit du meilleur système de traitement de l'air et du système d'alimentation en air le plus performant.

L'unité de traitement d'air neuf (MAU) du système a cinq tâches principales :

(1) L'unité de traitement d'air (UTA) doit maintenir une pression positive dans la salle blanche et fournir suffisamment d'air frais pour compenser l'air extrait des équipements de production, afin d'empêcher l'infiltration d'air extérieur pollué. Généralement, le volume d'air frais doit être égal à la somme du volume d'air extrait de la salle blanche et du volume d'air de fuite pour maintenir la pression positive intérieure.

(2) L'unité de traitement des aliments (UTA) doit garantir le taux d'humidité relative strictement requis dans la salle blanche. Par conséquent, en été, l'UTA doit disposer d'une capacité de refroidissement et de déshumidification suffisante, et en hiver, certaines mesures d'humidification sont également nécessaires.

(3) Des filtres à plusieurs étages (filtres à effet grossier, à effet moyen et à haute efficacité) doivent être installés dans le MAU pour protéger le filtre à ultra haute efficacité au terminal du FFU.

(4) L'unité de traitement d'air (UTA) doit pouvoir absorber et adsorber les composants gazeux nocifs présents dans l'atmosphère extérieure afin d'éliminer la pollution moléculaire de l'air frais. À cette fin, une chambre de pulvérisation d'eau doit être installée dans l'UTA pour absorber les éléments nocifs tels que l'azote et le soufre. Cette chambre de pulvérisation d'eau comporte un système de pulvérisation à un ou deux étages (pulvérisation d'eau du robinet au premier étage et d'eau pure au second). Parallèlement, un filtre chimique (filtre à charbon actif) doit être installé pour adsorber les composants moléculaires nocifs présents dans l'air frais.

(5) Au nord du fleuve Jaune, et plus particulièrement dans le nord-est de la Chine, la température extérieure en hiver descend à plusieurs dizaines de degrés en dessous de zéro. Par conséquent, des mesures de préchauffage antigel doivent être envisagées pour les installations de production d'électricité dans cette région.

L'unité de filtration à ventilation (FFU) du système vise à garantir un haut niveau de propreté dans la salle blanche. Selon les exigences de propreté, le filtre de la FFU peut être un filtre à haute efficacité (H14) ou un filtre à ultra-haute efficacité (U15, U16, U17).

Exigences de performance pour l'unité de fabrication flexible (FFU) :

(1) La vitesse de l'air en coupe transversale v de la sortie FFU doit être ≥ 0,45 m/s ; l'uniformité de la vitesse de l'air en coupe transversale doit être de ± 15 %.

(2) La pression statique externe de l'unité de flux de fumée (UFF) doit être ≥ 120 Pa.

(3) Le bruit externe du FFU doit être ≤ 50 dB(A).

(4) La durée de vie du ventilateur FFU devrait être de 5 000 à 8 000 heures.

Suzhou Pharma Machinery Co., Ltd.

2025/11/20

Gino