1. Eliminación de partículas de polvo en salas blancas libres de polvo
La función principal de una sala blanca es controlar la limpieza, la temperatura y la humedad del ambiente al que se exponen los productos (como los chips de silicio, etc.), de manera que su producción y fabricación se realicen en un entorno óptimo. A este espacio lo denominamos sala blanca. Según la práctica internacional, el nivel de limpieza se determina principalmente por el número de partículas por metro cúbico de aire con un diámetro superior al estándar de clasificación. En otras palabras, una sala blanca no está 100% libre de polvo, sino que se controla en una cantidad muy pequeña. Si bien las partículas que cumplen con el estándar de polvo son muy pequeñas en comparación con el polvo común, para las estructuras ópticas, incluso una pequeña cantidad de polvo puede tener un impacto negativo significativo; por lo tanto, la ausencia de polvo es un requisito indispensable en la producción de estructuras ópticas.
Controlar el número de partículas de polvo con un tamaño igual o superior a 0,5 micras por metro cúbico a menos de 3520/m³ permite alcanzar la clase A del estándar internacional de salas blancas. El estándar de salas blancas utilizado en la producción y el procesamiento de chips tiene requisitos de polvo más exigentes que la clase A, y se emplea principalmente en la producción de chips de gama alta. El número de partículas de polvo se controla estrictamente a 35 200 por metro cúbico, lo que se conoce comúnmente como clase B en la industria de salas blancas.
2. Tres tipos de estados de sala limpia
Sala blanca vacía: una instalación de sala blanca construida y lista para su uso. Dispone de todos los servicios y funciones necesarios. Sin embargo, no hay ningún equipo operado por personal en su interior.
Sala limpia estática: una instalación de sala limpia con funciones completas, configuración e instalación adecuadas, que se puede utilizar de acuerdo con la configuración o que está en uso, pero no hay operadores en la instalación.
Sala blanca dinámica: una sala blanca en uso normal, con funciones de servicio completas, equipos y personal; si es necesario, se pueden realizar trabajos normales.
3. Elementos de control
(1). Puede eliminar las partículas de polvo que flotan en el aire.
(2). Puede prevenir la generación de partículas de polvo.
(3). Control de temperatura y humedad.
(4). Regulación de presión.
(5). Eliminación de gases nocivos.
(6). Hermeticidad de estructuras y compartimentos.
(7). Prevención de la electricidad estática.
(8). Prevención de interferencias electromagnéticas.
(9). Consideración de los factores de seguridad.
(10). Consideraciones sobre el ahorro de energía.
4. Clasificación
tipo de flujo turbulento
El aire entra en la sala blanca desde la unidad de aire acondicionado a través del conducto de ventilación y el filtro de aire (HEPA) ubicado en la sala, y retorna a través de los paneles divisorios o los suelos elevados a ambos lados de la sala. El flujo de aire no es lineal, sino que presenta un estado turbulento o de remolinos irregular. Este tipo de sistema es adecuado para salas blancas de clase 1000 a 100 000.
Definición: Una sala limpia donde el flujo de aire circula a una velocidad irregular y no es paralelo, acompañado de reflujo o corrientes parásitas.
Principio: Las salas blancas turbulentas se basan en el flujo de aire de suministro para diluir continuamente el aire interior y diluir gradualmente el aire contaminado para lograr la limpieza (las salas blancas turbulentas generalmente se diseñan con niveles de limpieza superiores a 1.000 a 300.000).
Características: Las salas blancas de flujo turbulento dependen de múltiples sistemas de ventilación para alcanzar los niveles de limpieza establecidos. El número de renovaciones de ventilación determina el nivel de purificación (a mayor número de renovaciones, mayor nivel de limpieza).
(1) Tiempo de autolimpieza: se refiere al tiempo transcurrido desde que la sala blanca comienza a suministrar aire según el número de ventilación diseñado hasta que la concentración de polvo en la sala alcanza el nivel de limpieza de diseño. Se espera que para la clase 1000 no sea superior a 20 minutos (se pueden utilizar 15 minutos para el cálculo); para la clase 10 000 no sea superior a 30 minutos (se pueden utilizar 25 minutos para el cálculo); y para la clase 100 000 no sea superior a 40 minutos (se pueden utilizar 30 minutos para el cálculo).
(2) Frecuencia de ventilación (diseñada de acuerdo con los requisitos de tiempo de autolimpieza anteriores) clase 1.000: 43,5-55,3 veces/hora (estándar: 50 veces/hora) clase 10.000: 23,8-28,6 veces/hora (estándar: 25 veces/hora) clase 100.000: 14,4-19,2 veces/hora (estándar: 15 veces/hora)
Ventajas: estructura simple, bajo costo de construcción del sistema, sala limpia fácil de ampliar, en algunos lugares para fines especiales, se puede utilizar una cabina de flujo laminar libre de polvo para mejorar el grado de limpieza de la sala limpia.
Desventajas: las partículas de polvo generadas por la turbulencia flotan en el aire interior y son difíciles de eliminar, lo que puede contaminar fácilmente los productos procesados. Además, si el sistema se detiene y luego se vuelve a encender, suele tardar mucho tiempo en alcanzar el nivel de limpieza requerido.
flujo laminar
El flujo laminar del aire se mueve en línea recta y uniforme. El aire entra en la sala a través de un filtro con una cobertura del 100% y retorna a través del suelo técnico o los paneles divisorios a ambos lados. Este tipo de flujo es adecuado para su uso en entornos de salas blancas de alta clasificación, generalmente de clase 1 a 100. Existen dos tipos:
(1) Flujo laminar horizontal: El aire horizontal sale del filtro en una sola dirección y regresa mediante el sistema de retorno de aire situado en la pared opuesta. El polvo se descarga al exterior en la misma dirección que el aire. Generalmente, la contaminación es mayor en el lado de salida.
Ventajas: Estructura simple, puede alcanzar la estabilidad en poco tiempo tras su puesta en marcha.
Desventajas: El costo de construcción es mayor que el del flujo turbulento y el espacio interior no es fácil de ampliar.
(2) Flujo laminar vertical: El techo de la sala está completamente cubierto con filtros ULPA y el aire se impulsa de arriba hacia abajo, lo que permite una mayor limpieza. El polvo generado durante el proceso o por el personal se puede expulsar rápidamente al exterior sin afectar a otras áreas de trabajo.
Ventajas: Fácil de gestionar, se puede alcanzar un estado estable en poco tiempo después de que comience el funcionamiento y no se ve fácilmente afectado por el estado operativo ni por los operadores.
Desventajas: Alto costo de construcción, dificultad para aprovechar el espacio de forma flexible, los soportes de techo ocupan mucho espacio y la reparación y el reemplazo de filtros son problemáticos.
Tipo compuesto
El tipo compuesto consiste en combinar o utilizar conjuntamente el flujo turbulento y el flujo laminar, lo que puede proporcionar aire ultralimpio localmente.
(1) Túnel limpio: utilice filtros HEPA o ULPA para cubrir el 100% del área de proceso o área de trabajo para aumentar el nivel de limpieza por encima de la Clase 10, lo que puede ahorrar costos de instalación y operación.
Este tipo de mantenimiento requiere que el área de trabajo del operario esté aislada del producto y de la máquina para evitar que se vea afectado el trabajo y la calidad durante el mantenimiento de la máquina.
Los túneles limpios tienen otras dos ventajas: A. Fáciles de ampliar de forma flexible; B. El mantenimiento de los equipos se puede realizar fácilmente en el área de mantenimiento.
(2) Tubo limpio: Rodea y purifica la línea de producción automatizada por donde fluye el producto, elevando el nivel de limpieza a más de la clase 100. Al aislar el producto, el operario y el entorno generador de polvo, un pequeño suministro de aire permite alcanzar una limpieza óptima, ahorrando energía y siendo ideal para líneas de producción automatizadas que no requieren mano de obra. Es aplicable a las industrias farmacéutica, alimentaria y de semiconductores.
(3) Zona limpia: El nivel de limpieza del área de proceso del producto en la sala limpia turbulenta con un nivel de sala limpia de 10.000~100.000 se incrementa a 10~1000 o superior para fines de producción; los bancos de trabajo limpios, los cobertizos limpios, las salas limpias prefabricadas y los armarios limpios pertenecen a esta categoría.
Banco limpio: clase 1~100.
Cabina blanca: Espacio reducido rodeado de tela plástica transparente antiestática, ubicado en una sala blanca con alta actividad electromagnética. Equipada con sistemas independientes de purificación de aire HEPA o ULPA y aire acondicionado, alcanza un nivel de limpieza superior (de 10 a 1000), una altura aproximada de 2,5 metros y una superficie de cobertura de 10 m² o menos. Dispone de cuatro pilares y ruedas para facilitar su desplazamiento.
5. Flujo de aire
Importancia del flujo de aire
La limpieza de una sala blanca suele verse afectada por el flujo de aire. En otras palabras, el movimiento y la dispersión del polvo generado por las personas, los compartimentos de las máquinas, las estructuras del edificio, etc., están controlados por el flujo de aire.
La sala blanca utiliza filtros HEPA y ULPA para filtrar el aire, con una tasa de recolección de polvo de entre el 99,97 % y el 99,99995 %, por lo que el aire filtrado se considera extremadamente limpio. Sin embargo, además de las personas, existen otras fuentes de polvo, como la maquinaria. Una vez que este polvo se dispersa, es imposible mantener un espacio limpio, por lo que se requiere ventilación para expulsarlo rápidamente al exterior.
Factores influyentes
Existen muchos factores que afectan el flujo de aire en una sala limpia, como los equipos de proceso, el personal, los materiales de montaje de la sala limpia, las luminarias, etc. Al mismo tiempo, también debe tenerse en cuenta el punto de desviación del flujo de aire por encima del equipo de producción.
El punto de desviación del flujo de aire en la superficie de una mesa de trabajo o equipo de producción debe ubicarse a 2/3 de la distancia entre la sala limpia y el panel divisorio. De esta manera, mientras el operario trabaja, el flujo de aire puede circular desde el interior del área de proceso hacia el área de operación, eliminando el polvo. Si el punto de desviación se configura frente al área de proceso, la desviación del flujo de aire será inadecuada. En este caso, la mayor parte del flujo de aire se dirigirá hacia la parte posterior del área de proceso, y el polvo generado por la operación del operario se acumulará en la parte posterior del equipo, contaminando la mesa de trabajo y disminuyendo inevitablemente el rendimiento.
En salas blancas, obstáculos como las mesas de trabajo generan corrientes parásitas en las uniones, y la limpieza en su proximidad es relativamente deficiente. Perforar un orificio de retorno de aire en la mesa de trabajo minimiza este fenómeno. La selección adecuada de los materiales de montaje y una correcta disposición del equipo también son factores importantes para evitar la formación de corrientes parásitas en el flujo de aire.
6. Composición de la sala blanca
La composición de una sala blanca se compone de los siguientes sistemas (ninguno de los cuales es indispensable en las moléculas del sistema); de lo contrario, no sería posible formar una sala blanca completa y de alta calidad:
(1) Sistema de techo: incluye varilla de techo, viga en I o viga en U, rejilla de techo o marco de techo.
(2) Sistema de aire acondicionado: incluye cabina de aire, sistema de filtrado, ventilador, etc.
(3) Muro divisorio: incluyendo ventanas y puertas.
(4) Piso: incluyendo piso elevado o piso antiestático.
(5) Luminarias: Lámpara plana de purificación LED.
La estructura principal de la sala blanca generalmente está hecha de barras de acero o cemento óseo, pero independientemente del tipo de estructura, debe cumplir las siguientes condiciones:
A. No se producirán grietas debido a cambios de temperatura ni vibraciones;
B. No es fácil producir partículas de polvo, y es difícil que las partículas se adhieran;
C. Baja higroscopicidad;
D. Para mantener las condiciones de humedad en una sala limpia, el aislamiento térmico debe ser alto;
7. Clasificación por uso
sala blanca industrial
El objetivo es el control de partículas inertes. Principalmente, controla la contaminación por partículas de polvo del aire en el equipo de trabajo, manteniendo generalmente una presión positiva en su interior. Es idóneo para la industria de maquinaria de precisión, la electrónica (semiconductores, circuitos integrados, etc.), la aeroespacial, la química de alta pureza, la energía atómica, la óptica y la magnetoquímica (producción de CD, películas y cintas), la fabricación de pantallas LCD (cristal líquido), discos duros y cabezales de ordenador, entre otras.
Sala blanca biológica
Controla principalmente la contaminación del objeto de trabajo por partículas vivas (bacterias) e inanimadas (polvo). Se puede dividir en:
A. Sala blanca biológica general: controla principalmente la contaminación por microorganismos (bacterias). Sus materiales internos deben resistir la acción de diversos agentes esterilizantes y, por lo general, se garantiza una presión positiva en su interior. En esencia, los materiales internos deben soportar los diversos tratamientos de esterilización propios de las salas blancas industriales. Ejemplos: industria farmacéutica, hospitales (quirófanos, salas estériles), producción de alimentos, cosméticos y bebidas, laboratorios veterinarios, laboratorios de análisis físico-químicos, bancos de sangre, etc.
B. Sala blanca de seguridad biológica: controla principalmente la contaminación del objeto de trabajo con partículas biológicas al exterior y a las personas. La presión interna debe mantenerse negativa con respecto a la atmósfera. Ejemplos: bacteriología, biología, laboratorios blancos, ingeniería física (genes recombinantes, preparación de vacunas).
Fecha de publicación: 7 de febrero de 2025