1. Eliminación de partículas de polvo en una sala limpia libre de polvo
La función principal de una sala limpia es controlar la limpieza, la temperatura y la humedad del ambiente al que se exponen los productos (como chips de silicio, etc.), para que puedan producirse y fabricarse en un entorno óptimo. A este espacio lo llamamos sala limpia. Según la práctica internacional, el nivel de limpieza se determina principalmente por la cantidad de partículas por metro cúbico de aire con un diámetro superior al estándar de clasificación. En otras palabras, lo que se denomina "libre de polvo" no significa que esté 100% libre de polvo, sino que se controla en una cantidad muy pequeña. Por supuesto, las partículas que cumplen con el estándar de polvo son muy pequeñas en comparación con el polvo común que vemos, pero para las estructuras ópticas, incluso una pequeña cantidad de polvo puede tener un impacto negativo muy grande, por lo que la ausencia de polvo es un requisito indispensable en la producción de productos de estructuras ópticas.
Controlar la cantidad de partículas de polvo con un tamaño igual o superior a 0,5 micras por metro cúbico a menos de 3520/metro cúbico permite alcanzar la clase A del estándar internacional libre de polvo. El estándar libre de polvo utilizado en la producción y el procesamiento de chips tiene requisitos más exigentes que la clase A, y este estándar tan alto se utiliza principalmente en la producción de algunos chips de nivel superior. La cantidad 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 limpias.
2. Tres tipos de estados de sala limpia
Sala limpia vacía: una instalación de sala limpia construida y lista para su uso. Cuenta con todos los servicios y funciones necesarios. Sin embargo, no hay equipos operados por personal en sus instalaciones.
Sala limpia estática: una instalación de sala limpia con todas las funciones, la configuración y la instalación adecuadas, que puede utilizarse según la configuración o que ya está en uso, pero en la que no hay operarios.
Sala limpia dinámica: una sala limpia en uso normal, con todas las funciones de servicio, equipos y personal necesarios; si es preciso, se puede llevar a cabo el trabajo habitual.
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 la 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). Consideración del ahorro de energía.
4. Clasificación
Tipo de flujo turbulento
El aire ingresa a la sala limpia desde la unidad de aire acondicionado a través del conducto y el filtro HEPA, y regresa por los paneles divisores o pisos elevados a ambos lados de la sala. El flujo de aire no es lineal, sino que presenta un movimiento turbulento o de remolino irregular. Este sistema es adecuado para salas limpias de clase 1.000 a 100.000.
Definición: Sala limpia donde el flujo de aire circula a una velocidad desigual y no es paralelo, acompañado de reflujo o corrientes parásitas.
Principio: Las salas blancas turbulentas dependen del 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 turbulentas dependen de múltiples ciclos de ventilación para lograr niveles óptimos de limpieza. El número de ciclos de ventilación determina el nivel de purificación (a mayor número de ciclos, mayor nivel de limpieza).
(1) Tiempo de autopurificación: se refiere al tiempo en que la sala limpia comienza a suministrar aire a la sala limpia de acuerdo con el número de ventilación diseñado y la concentración de polvo en la sala alcanza el nivel de limpieza diseñado. Se espera que para la clase 1000 no sea superior a 20 minutos (se pueden usar 15 minutos para el cálculo). Para la clase 10 000 no se espera que sea superior a 30 minutos (se pueden usar 25 minutos para el cálculo). Para la clase 100 000 no se espera que sea superior a 40 minutos (se pueden usar 30 minutos para el cálculo).
(2) Frecuencia de ventilación (diseñada según 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, facilidad para ampliar la sala limpia, en algunos lugares de uso especial, la mesa de trabajo libre de polvo puede utilizarse para mejorar el grado de limpieza de la sala.
Desventajas: las partículas de polvo generadas por la turbulencia flotan en el espacio 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 activar, suele tardar mucho tiempo en alcanzar la limpieza requerida.
flujo laminar
El flujo laminar de aire se mueve en línea recta uniforme. El aire entra en la sala a través de un filtro con una cobertura del 100 % y regresa a través del piso elevado o los paneles divisores a ambos lados. Este tipo es adecuado para su uso en entornos de salas blancas con grados de limpieza más altos, generalmente de clase 1 a 100. Existen dos tipos:
(1) Flujo laminar horizontal: El aire horizontal se expulsa del filtro en una sola dirección y se recircula a través del sistema de retorno de aire en la pared opuesta. El polvo se descarga al exterior en la misma dirección que el flujo de aire. Generalmente, la contaminación es más grave en la parte posterior del filtro.
Ventajas: Estructura simple, puede estabilizarse en poco tiempo después de su puesta en marcha.
Desventajas: El coste 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 sopla de arriba hacia abajo, lo que permite lograr una mayor limpieza. El polvo generado durante el proceso o por el personal se puede expulsar rápidamente al exterior sin afectar otras áreas de trabajo.
Ventajas: Fácil de gestionar, se puede alcanzar un estado estable en poco tiempo tras el inicio de la operación y no se ve fácilmente afectado por el estado operativo o los operadores.
Desventajas: Alto costo de construcción, dificultad para utilizar el espacio de forma flexible, los soportes de techo ocupan mucho espacio y la reparación y sustitución de filtros resulta engorrosa.
Tipo compuesto
El tipo compuesto consiste en combinar o utilizar conjuntamente el flujo turbulento y el flujo laminar, lo que puede proporcionar aire ultra limpio a nivel local.
(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 ello afecte al trabajo y a la calidad durante el mantenimiento de la máquina.
Los túneles limpios tienen otras dos ventajas: A. Fácil de ampliar de forma flexible; B. El mantenimiento del equipo se puede realizar fácilmente en el área de mantenimiento.
(2) Tubo de limpieza: Rodea y purifica la línea de producción automática por donde fluye el producto, elevando el nivel de limpieza a más de la clase 100. Gracias al aislamiento entre el producto, el operario y el entorno generador de polvo, se logra una limpieza óptima con un caudal de aire reducido, lo que permite ahorrar energía y resulta 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 procesamiento del producto en la sala limpia turbulenta con un nivel de sala limpia de 10 000~100 000 se incrementa a 10~1000 o más 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 limpia: Un espacio reducido rodeado de tela plástica transparente antiestática en un entorno de sala limpia con flujo turbulento. Utilizando filtros HEPA o ULPA independientes y unidades de aire acondicionado, se convierte en un espacio limpio de nivel superior, con un nivel de 10 a 1000, una altura de aproximadamente 2,5 metros y una superficie de cobertura de aproximadamente 10 m² o menos. Cuenta con cuatro pilares y está equipada con ruedas para facilitar su uso.
5. Flujo de aire
Importancia del flujo de aire
La limpieza de una sala limpia 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 limpia utiliza filtros HEPA y ULPA para filtrar el aire, con una tasa de retención de polvo de entre el 99,97 % y el 99,99995 %, por lo que el aire filtrado es extremadamente limpio. Sin embargo, además de las personas, existen otras fuentes de polvo, como las máquinas, dentro de la sala limpia. Una vez que el polvo generado se dispersa, resulta imposible mantener un espacio limpio, por lo que es necesario utilizar un sistema de 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, las luminarias, etc. Asimismo, debe tenerse en cuenta el punto de desviación del flujo de aire por encima de los equipos 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 el espacio de la sala limpia y el panel divisor. De esta manera, cuando el operario esté trabajando, el flujo de aire podrá 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, arrastrando el polvo generado por la operación del operario hacia la parte posterior del equipo, contaminando la mesa de trabajo y reduciendo inevitablemente el rendimiento.
En las salas blancas, los obstáculos como las mesas de trabajo generan corrientes parásitas en sus puntos de unión, y la limpieza en sus proximidades suele ser 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 la correcta disposición del equipo también son factores importantes para evitar que el flujo de aire genere corrientes parásitas.
6. Composición de la sala limpia
La composición de una sala limpia se compone de los siguientes sistemas (ninguno de los cuales es indispensable en las moléculas del sistema); de lo contrario, no será posible formar una sala limpia completa y de alta calidad:
(1) Sistema de techo: incluyendo varilla de techo, viga I o viga U, rejilla de techo o marco de techo.
(2) Sistema de aire acondicionado: incluyendo cabina de aire, sistema de filtración, molino de viento, etc.
(3) Muro divisorio: incluyendo ventanas y puertas.
(4) Suelo: incluyendo suelo elevado o suelo antiestático.
(5) Luminarias: Lámpara plana de purificación LED.
La estructura principal de la sala limpia generalmente está hecha de barras de acero o cemento óseo, pero independientemente del tipo de estructura que sea, debe cumplir las siguientes condiciones:
A. No se producirán grietas debido a cambios de temperatura y 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 la sala limpia, el aislamiento térmico debe ser alto;
7. Clasificación por uso
sala limpia industrial
El objetivo es el control de partículas inanimadas. Principalmente, controla la contaminación del aire por partículas de polvo en el objeto de trabajo, manteniendo generalmente una presión positiva en su interior. Es adecuado para la industria de maquinaria de precisión, la industria electrónica (semiconductores, circuitos integrados, etc.), la industria aeroespacial, la industria química de alta pureza, la industria de la energía atómica, la industria de productos ópticos y magnéticos (producción de CD, películas y cintas), la fabricación de pantallas LCD (cristal líquido), discos duros y cabezales de ordenador, entre otras.
sala limpia biológica
Controla principalmente la contaminación por partículas vivas (bacterias) y partículas inanimadas (polvo) en el objeto de trabajo. Se puede dividir en:
A. Sala limpia biológica general: controla principalmente la contaminación por microorganismos (bacterias). Sus materiales internos deben resistir la acción de diversos agentes esterilizantes y, por lo general, mantener una presión positiva en su interior. En esencia, los materiales internos deben soportar los diversos tratamientos de esterilización propios de las salas limpias industriales. Ejemplos: industria farmacéutica, hospitales (quirófanos, salas estériles), industria alimentaria, cosmética, producción de bebidas, laboratorios de animales, laboratorios de análisis físico-químicos, centros de transfusión sanguínea, etc.
B. Sala limpia de bioseguridad: controla principalmente la contaminación del entorno exterior y de las personas por partículas vivas procedentes del objeto de trabajo. La presión interna debe mantenerse negativa con respecto a la atmósfera. Ejemplos: bacteriología, biología, laboratorios limpios, ingeniería física (genes recombinantes, preparación de vacunas).
Fecha de publicación: 7 de febrero de 2025