Ведущий российский OEM производитель печатных плат
+7 (383) 209-02-84
многоканальный номер

Устройство фальшполов и антивибрационных фундаментов в чистых помещениях

20 января
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.

51_pic1.jpg 

Рис. 1. Перфорированная панель фальшпола

 

51_pic2.jpg 

Рис. 2. Перфорированная панель фальшпола, вид снизу

 

51_pic3.jpg 

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.

51_pic4.jpg 

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.

51_pic5.jpg 

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.

51_pic6.jpg 

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.

51_pic7.jpg 

Рис. 7. Газовые магистрали

 

51_pic8.jpg 

Рис. 8. Подведение технологических газов

 

51_pic9.jpg 

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).

51_pic10.jpg 

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.

51_pic11.jpg 

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 м2фальшпола 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.