Características da construção de salas limpas de alto nível em fábricas de eletrônicos

1. Requisitos do Processo de Produção em Fábricas Eletrônicas para um Ambiente Controlado

As fábricas de eletrônicos, como as de microeletrônica (CI) para circuitos integrados de grande escala (LSI), circuitos integrados de escala muito grande (VLSI) e fábricas de optoeletrônica para displays de cristal líquido (LCD), displays de cristal líquido de transistor de película fina (TFT-LCD), painéis de plasma (PDP), diodos emissores de luz (LED), diodos emissores de luz orgânicos (OLED) e diodos emissores de luz orgânicos de polímero (PLED), dependem de um ambiente de produção limpo. O ambiente necessário abrange não apenas as estruturas do edifício, o ar, a água, os gases, os solventes e outras matérias-primas, mas também diversos fatores ambientais, como som, luz, eletricidade, magnetismo e vibração. Por exemplo: a forma e a altura dos andares do edifício, a capacidade de carga da estrutura, os materiais de acabamento da estrutura do edifício; a limpeza, a temperatura, a umidade e a pressão estática do ar ambiente; a pureza e o teor de partículas e metais pesados ​​da água e dos gases; bem como ruído ambiental, iluminação, eletricidade estática, blindagem eletromagnética e microvibração. De modo geral, os requisitos do processo de produção em fábricas eletrônicas para o ambiente podem ser resumidos em cinco características: amplo, limpo, preciso, puro e rigoroso.

• Grandes: O processo de produção exige que a área das salas limpas esteja cada vez maior. Tomemos como exemplo a área da sala limpa para a produção de TFT-LCD. A área de uma sala limpa para a produção de TFT de 5ª geração é de cerca de 28.000 m²; para a produção de TFT de 6ª geração, cerca de 40.000 m²; e para a produção de TFT de 8ª geração, a área de uma única sala limpa ultrapassa os 80.000 m², espaço suficiente para estacionar mais de 20 aviões Boeing 747.

• Limpeza: As salas limpas nos processos front-end de microeletrônica (CI) e optoeletrônica (TFT-LCD) em fábricas de eletrônicos têm requisitos cada vez mais rigorosos de limpeza ambiental. Por exemplo, o requisito de limpeza para a sala de fotolitografia no processo front-end de VLSI em wafers de 12 polegadas é tão alto quanto a Classe 1 (0,1 μm), o que significa que o número de partículas ≥ 0,1 μm em cada pé cúbico de ar não deve exceder 1, o que é equivalente à Classe 1 da ISO.

• Precisão: O processo de produção em fábricas de eletrônicos exige níveis cada vez mais altos de precisão no controle da temperatura e umidade do ar ambiente. Tomemos como exemplo a sala de fotolitografia de microeletrônica mencionada anteriormente: sua precisão de temperatura é de ± 0,1 °C e a precisão da umidade relativa é de ± 3%.

• Pureza: O processo de fabricação de circuitos integrados de grande escala (LSI) impõe requisitos cada vez mais rigorosos quanto à pureza da água, dos gases e dos solventes utilizados na produção. No caso da água de alta pureza, por exemplo, não há apenas exigência quanto à sua resistividade, mas também requisitos rigorosos quanto à ausência de partículas, bactérias, metais pesados ​​e componentes iônicos de outros elementos presentes nela. Com o desenvolvimento do processo produtivo, os requisitos de pureza tornam-se cada vez mais exigentes, buscando uma pureza verdadeiramente "cada vez maior".

• Rigoroso: A produção na indústria eletrônica possui requisitos rigorosos não apenas em relação à limpeza ambiental, temperatura e umidade, mas também a fatores ambientais como som (ruído), luz (iluminação), eletricidade (eletricidade estática), magnetismo (blindagem de campo eletromagnético) e vibração (microvibração). Especialmente na produção de microeletrônica, novos e rigorosos requisitos foram impostos para a poluição em nível molecular no ambiente. A poluição molecular refere-se ao controle rigoroso de elementos prejudiciais aos processos de semicondutores no ar ambiente, como sódio (Na), carbono (COx), enxofre (SOx) e nitrogênio (NOx). Portanto, no tratamento do ar, utiliza-se a pulverização de água (com água da torneira ou água pura) para absorver os componentes moleculares nocivos do ar externo, e filtros químicos são usados ​​para adsorver os componentes moleculares nocivos do ar fresco.

2. As salas limpas de alto nível em fábricas de eletrônicos adotam principalmente o modelo de fluxo misto.

Para reduzir o investimento inicial em construção e o consumo de energia operacional de salas limpas, em salas limpas de alto nível de fábricas eletrônicas, geralmente utiliza-se fluxo unidirecional vertical com altos níveis de purificação, das classes ISO 1 a ISO 5, nas partes mais importantes e críticas do processo de produção. Fluxo não unidirecional em grandes áreas (classes ISO 6 a ISO 8) é utilizado em substituição ao fluxo unidirecional em grandes áreas. Ou seja, o fluxo unidirecional vertical e o fluxo não unidirecional são combinados em uma mesma sala limpa, formando uma sala limpa de fluxo misto. O sistema de ar condicionado purificador de uma sala limpa de fluxo misto geralmente adota o esquema de suprimento de ar composto por uma unidade de ar de reposição (MAU) + unidade de filtro com ventilador (FFU) + serpentina de resfriamento a seco (DC). As salas limpas de fluxo misto, amplamente adotadas em fábricas de produção de grande porte de microeletrônica e optoeletrônica, tanto no Brasil quanto no exterior, apresentam as vantagens de fácil ajuste, notável economia de energia, grande flexibilidade, adaptabilidade à modernização dos processos da indústria eletrônica e a capacidade de economizar área e espaço não produtivos. É o melhor sistema de tratamento de ar e o mais excelente sistema de fornecimento de ar.

A unidade de ar de reposição (MAU, na sigla em inglês) neste sistema tem cinco funções principais:

(1) A Unidade de Manutenção de Ar (UMA) deve manter a pressão positiva na sala limpa e fornecer ar fresco suficiente para compensar o ar de exaustão dos equipamentos de processo, de forma a evitar a infiltração de ar externo contaminado. Geralmente, o volume de ar fresco deve ser igual à soma do volume de ar de exaustão da sala limpa e do volume de ar de infiltração para manter a pressão positiva interna.

(2) A UAM deve garantir a umidade relativa estritamente exigida na sala limpa. Portanto, no verão, a UAM deve ter capacidade suficiente de resfriamento e desumidificação e, no inverno, certas medidas de umidificação também são necessárias.

(3) Filtros de múltiplos estágios (filtros de efeito grosso, médio e de alta eficiência) devem ser instalados na MAU para proteger o filtro de ultra alta eficiência no terminal da FFU.

(4) A MAU deve ser capaz de absorver e adsorver componentes gasosos nocivos na atmosfera externa para eliminar a poluição molecular no ar fresco. Para esse fim, uma câmara de pulverização de água também deve ser instalada na MAU para absorver elementos nocivos como nitrogênio e enxofre. A câmara de pulverização de água possui pulverização de água em um ou dois estágios (pulverização de água da torneira no primeiro estágio e água pura no segundo estágio). Ao mesmo tempo, um filtro químico (filtro de carvão ativado) deve ser instalado para adsorver componentes moleculares nocivos no ar fresco.

(5) Ao norte do Rio Amarelo, especialmente na região nordeste da China, a temperatura do ar externo no inverno é de dezenas de graus abaixo de zero. Portanto, medidas de pré-aquecimento anticongelamento precisam ser consideradas para o MAU no norte.

A unidade de filtro de ventilador (FFU, na sigla em inglês) no esquema tem como objetivo garantir o alto nível de limpeza na sala limpa. De acordo com os requisitos de limpeza, o filtro na FFU pode ser um filtro de alta eficiência (H14) ou um filtro de ultra-alta eficiência (U15, U16, U17).

Requisitos de desempenho para a FFU:

(1) A velocidade transversal do ar v na saída da FFU deve ser ≥ 0,45 m/s; a uniformidade da velocidade transversal do ar deve ser de ± 15%.

(2) A pressão estática externa da FFU deve ser ≥ 120 Pa.

(3) O ruído externo da FFU deve ser ≤ 50 dB(A).

(4) A vida útil do ventilador FFU deve ser de 5.000 a 8.000 horas.

Suzhou Pharma Machinery Co., Ltd.

2025/11/20

Gino