1. Rimozione delle particelle di polvere in camera bianca priva di polvere
La funzione principale di una camera bianca è quella di controllare la pulizia, la temperatura e l'umidità dell'atmosfera a cui sono esposti i prodotti (come i chip di silicio, ecc.), in modo che possano essere prodotti e fabbricati in un ambiente idoneo. Questo spazio viene chiamato camera bianca. Secondo la prassi internazionale, il livello di pulizia è determinato principalmente dal numero di particelle per metro cubo d'aria con un diametro superiore allo standard di classificazione. In altre parole, il cosiddetto "senza polvere" non significa assenza totale di polvere, ma un controllo preciso su una scala molto piccola. Naturalmente, le particelle che rientrano nello standard di polvere sono già molto piccole rispetto alla polvere comune che vediamo, ma per le strutture ottiche anche una piccola quantità di polvere può avere un impatto negativo molto significativo, quindi l'assenza di polvere è un requisito imprescindibile nella produzione di componenti ottici.
Il controllo del numero di particelle di polvere con una dimensione pari o superiore a 0,5 micron per metro cubo, mantenendole al di sotto di 3520/metro cubo, consente di raggiungere la classe A dello standard internazionale per ambienti privi di polvere. Lo standard per ambienti privi di polvere utilizzato nella produzione e lavorazione a livello di chip prevede requisiti più elevati rispetto alla classe A, e tale standard elevato viene impiegato principalmente nella produzione di chip di livello superiore. Il numero di particelle di polvere viene rigorosamente controllato a 35.200 per metro cubo, valore comunemente noto come classe B nel settore delle camere bianche.
2. Tre tipi di stati di camera bianca
Camera bianca vuota: una struttura a camera bianca che è stata costruita e può essere messa in uso. Dispone di tutti i servizi e le funzioni pertinenti. Tuttavia, non è presente alcuna apparecchiatura azionata da operatori all'interno della struttura.
Camera bianca statica: una camera bianca dotata di tutte le funzioni, impostazioni e installazioni adeguate, utilizzabile secondo le impostazioni predefinite o già in uso, ma priva di operatori al suo interno.
Camera bianca dinamica: una camera bianca in normale utilizzo, con funzioni di servizio, attrezzature e personale completi; se necessario, è possibile svolgere le normali attività lavorative.
3. Elementi di controllo
(1). Può rimuovere le particelle di polvere sospese nell'aria.
(2). Può prevenire la generazione di particelle di polvere.
(3). Controllo della temperatura e dell'umidità.
(4). Regolazione della pressione.
(5). Eliminazione dei gas nocivi.
(6). Tenuta all'aria delle strutture e dei compartimenti.
(7). Prevenzione dell'elettricità statica.
(8). Prevenzione delle interferenze elettromagnetiche.
(9). Considerazione dei fattori di sicurezza.
(10). Considerazione del risparmio energetico.
4. Classificazione
Tipo di flusso turbolento
L'aria entra nella camera bianca dall'unità di condizionamento attraverso il condotto e il filtro dell'aria (HEPA) presenti nella camera bianca, e viene ricircolata dai pannelli delle pareti divisorie o dai pavimenti sopraelevati su entrambi i lati della camera bianca. Il flusso d'aria non si muove in modo lineare, ma presenta un andamento turbolento o vorticoso irregolare. Questa tipologia è adatta per camere bianche di classe 1.000-100.000.
Definizione: Camera bianca in cui il flusso d'aria scorre a velocità irregolare e non è parallelo, accompagnato da riflusso o correnti vorticose.
Principio: Le camere bianche a flusso turbolento si basano sul flusso d'aria immesso per diluire continuamente l'aria interna e diluire gradualmente l'aria inquinata per raggiungere la purezza desiderata (le camere bianche a flusso turbolento sono generalmente progettate per livelli di purezza superiori a 1.000-300.000).
Caratteristiche: Le camere bianche a flusso turbolento si basano su una ventilazione multipla per raggiungere livelli di pulizia elevati. Il numero di cambi di ventilazione determina il livello di purificazione nella definizione (maggiore è il numero di cambi di ventilazione, maggiore è il livello di pulizia).
(1) Tempo di autopurificazione: si riferisce al tempo in cui la camera bianca inizia a fornire aria alla camera bianca secondo il numero di ventilazione progettato e la concentrazione di polvere nella stanza raggiunge il livello di pulizia progettato classe 1.000 è previsto non più di 20 minuti (15 minuti possono essere utilizzati per il calcolo) classe 10.000 è previsto non più di 30 minuti (25 minuti possono essere utilizzati per il calcolo) classe 100.000 è previsto non più di 40 minuti (30 minuti possono essere utilizzati per il calcolo)
(2) Frequenza di ventilazione (progettata secondo i requisiti di tempo di autopulizia di cui sopra) classe 1.000: 43,5-55,3 volte/ora (standard: 50 volte/ora) classe 10.000: 23,8-28,6 volte/ora (standard: 25 volte/ora) classe 100.000: 14,4-19,2 volte/ora (standard: 15 volte/ora)
Vantaggi: struttura semplice, bassi costi di costruzione del sistema, facile espansione della camera bianca, in alcuni luoghi specifici è possibile utilizzare un banco a secco per migliorare il grado di pulizia della camera bianca.
Svantaggi: le particelle di polvere generate dalla turbolenza fluttuano nell'ambiente interno e sono difficili da espellere, con il rischio di contaminare facilmente i prodotti in lavorazione. Inoltre, se il sistema viene arrestato e poi riavviato, spesso occorre molto tempo per raggiungere il livello di pulizia richiesto.
Flusso laminare
Il flusso d'aria laminare si muove in linea retta e uniforme. L'aria entra nella stanza attraverso un filtro con una copertura del 100% e viene reimmessa attraverso il pavimento sopraelevato o le pareti divisorie su entrambi i lati. Questo tipo è adatto per l'uso in ambienti a camera bianca con gradi di purezza più elevati, generalmente dalla classe 1 alla 100. Ne esistono due tipi:
(1) Flusso laminare orizzontale: l'aria orizzontale viene soffiata fuori dal filtro in un'unica direzione e reimmessa dal sistema di ricircolo dell'aria sulla parete opposta. La polvere viene scaricata all'esterno nella direzione dell'aria. Generalmente, l'inquinamento è più grave sul lato a valle.
Vantaggi: Struttura semplice, si stabilizza in breve tempo dopo l'avvio.
Svantaggi: il costo di costruzione è superiore a quello del flusso turbolento e lo spazio interno non è facilmente ampliabile.
(2) Flusso laminare verticale: il soffitto della stanza è completamente ricoperto da filtri ULPA e l'aria viene soffiata dall'alto verso il basso, il che consente di ottenere una maggiore pulizia. La polvere generata durante il processo o dal personale può essere rapidamente scaricata all'esterno senza intaccare altre aree di lavoro.
Vantaggi: Facile da gestire, lo stato stabile può essere raggiunto in breve tempo dopo l'avvio dell'operazione e non è facilmente influenzato dallo stato operativo o dagli operatori.
Svantaggi: costi di costruzione elevati, difficoltà nell'utilizzo flessibile dello spazio, i supporti a soffitto occupano molto spazio e la riparazione e la sostituzione dei filtri risultano difficoltose.
Tipo composito
Il tipo composito consiste nel combinare o utilizzare insieme il flusso turbolento e il flusso laminare, in modo da poter fornire aria ultra-pulita a livello locale.
(1) Tunnel pulito: utilizzare filtri HEPA o ULPA per coprire il 100% dell'area di processo o di lavoro per aumentare il livello di pulizia a oltre la Classe 10, il che può ridurre i costi di installazione e di esercizio.
Questo tipo di sistema richiede che l'area di lavoro dell'operatore sia isolata dal prodotto e dalla manutenzione della macchina, al fine di evitare di compromettere il lavoro e la qualità durante gli interventi di manutenzione.
Le gallerie pulite offrono altri due vantaggi: A. Facili da espandere in modo flessibile; B. La manutenzione delle apparecchiature può essere eseguita facilmente nell'area di manutenzione.
(2) Tubo pulito: circonda e purifica la linea di produzione automatica attraverso cui passa il flusso del prodotto e aumenta il livello di pulizia a oltre la classe 100. Poiché il prodotto, l'operatore e l'ambiente che genera polvere sono isolati l'uno dall'altro, una piccola quantità di aria compressa può garantire un'ottima pulizia, con conseguente risparmio energetico e massima idoneità per linee di produzione automatizzate che non richiedono manodopera manuale. È applicabile ai settori farmaceutico, alimentare e dei semiconduttori.
(3) Area pulita: il livello di pulizia dell'area di processo del prodotto nella camera bianca turbolenta con un livello di camera bianca di 10.000~100.000 viene aumentato a 10~1000 o superiore per scopi di produzione; banchi da lavoro puliti, capannoni puliti, camere bianche prefabbricate e armadi puliti appartengono a questa categoria.
Banco pulito: classe 1~100.
Cabina a flusso laminare: un piccolo spazio circondato da un telo di plastica trasparente antistatico all'interno di una camera bianca turbolenta, che utilizza filtri HEPA o ULPA indipendenti e unità di condizionamento dell'aria per creare uno spazio a flusso laminare di livello superiore, con un livello di purezza compreso tra 10 e 1000, un'altezza di circa 2,5 metri e una superficie di copertura di circa 10 m² o inferiore. È dotata di quattro pilastri e di ruote per un utilizzo flessibile.
5. Flusso d'aria
Importanza del flusso d'aria
La pulizia di una camera bianca è spesso influenzata dal flusso d'aria. In altre parole, il movimento e la diffusione della polvere generata da persone, compartimenti di macchinari, strutture edilizie, ecc. sono controllati dal flusso d'aria.
La camera bianca utilizza filtri HEPA e ULPA per filtrare l'aria, con un tasso di cattura della polvere pari al 99,97-99,99995%, quindi l'aria filtrata può essere considerata estremamente pulita. Tuttavia, oltre alle persone, nella camera bianca sono presenti anche fonti di polvere, come ad esempio i macchinari. Una volta che queste polveri si diffondono, è impossibile mantenere un ambiente pulito, pertanto è necessario utilizzare un sistema di ventilazione per espellere rapidamente la polvere generata all'esterno.
fattori influenzanti
Numerosi fattori influenzano il flusso d'aria in una camera bianca, come le apparecchiature di processo, il personale, i materiali di assemblaggio della camera bianca, gli apparecchi di illuminazione, ecc. Allo stesso tempo, occorre considerare anche il punto di deviazione del flusso d'aria al di sopra delle apparecchiature di produzione.
Il punto di deviazione del flusso d'aria sulla superficie di un tavolo operatorio o di un'apparecchiatura di produzione generica dovrebbe essere posizionato a 2/3 della distanza tra la camera bianca e il pannello divisorio. In questo modo, quando l'operatore lavora, il flusso d'aria può fluire dall'interno dell'area di processo verso l'area operativa, aspirando la polvere; se il punto di deviazione è configurato davanti all'area di processo, la deviazione del flusso d'aria risulterà inadeguata. In questo caso, la maggior parte del flusso d'aria si dirigerà verso la parte posteriore dell'area di processo, e la polvere generata dall'attività dell'operatore verrà trasportata sul retro dell'apparecchiatura, contaminando il banco di lavoro e riducendo inevitabilmente la produttività.
Ostacoli come i tavoli da lavoro nelle camere bianche possono generare correnti parassite in corrispondenza delle giunzioni, compromettendo la pulizia nelle vicinanze. La realizzazione di un foro di ritorno dell'aria sul tavolo da lavoro riduce al minimo il fenomeno delle correnti parassite; anche la scelta dei materiali di assemblaggio e la perfetta disposizione delle apparecchiature sono fattori importanti per determinare se il flusso d'aria genera correnti parassite.
6. Composizione della camera bianca
La composizione di una camera bianca è costituita dai seguenti sistemi (nessuno dei quali è indispensabile per le molecole del sistema), altrimenti non sarebbe possibile realizzare una camera bianca completa e di alta qualità:
(1) Sistema del soffitto: comprendente asta per soffitto, trave a I o trave a U, griglia per soffitto o telaio per soffitto.
(2) Sistema di condizionamento dell'aria: compresa la cabina d'aria, il sistema di filtraggio, il mulino ad aria, ecc.
(3) Parete divisoria: comprese finestre e porte.
(4) Pavimento: compreso il pavimento sopraelevato o il pavimento antistatico.
(5) Apparecchi di illuminazione: lampada piatta purificante a LED.
La struttura principale della camera bianca è generalmente realizzata con barre d'acciaio o cemento osseo, ma a prescindere dal tipo di struttura, deve soddisfare le seguenti condizioni:
A. Non si verificheranno crepe dovute a variazioni di temperatura e vibrazioni;
B. Non è facile produrre particelle di polvere ed è difficile che le particelle vi si attacchino;
C. Bassa igroscopicità;
D. Per mantenere le condizioni di umidità nella camera bianca, l'isolamento termico deve essere elevato;
7. Classificazione per utilizzo
camera bianca industriale
L'obiettivo è il controllo delle particelle inanimate. In particolare, si controlla la contaminazione da particelle di polvere presenti nell'aria che potrebbero raggiungere l'oggetto in lavorazione, mantenendo generalmente una pressione positiva all'interno. È adatto per l'industria meccanica di precisione, l'industria elettronica (semiconduttori, circuiti integrati, ecc.), l'industria aerospaziale, l'industria chimica ad alta purezza, l'industria dell'energia atomica, l'industria dei prodotti ottici e magnetici (produzione di CD, pellicole e nastri), i display LCD (cristalli liquidi), i dischi rigidi per computer, la produzione di testine per computer e altri settori.
Camera bianca biologica
Controlla principalmente la contaminazione dell'oggetto di lavoro da parte di particelle viventi (batteri) e particelle inanimate (polvere). Può essere suddiviso in:
A. Camera bianca biologica generale: controlla principalmente la contaminazione da agenti microbici (batterici). Allo stesso tempo, i suoi materiali interni devono essere in grado di resistere all'erosione di vari agenti sterilizzanti e l'interno generalmente garantisce una pressione positiva. In sostanza, i materiali interni devono essere in grado di resistere ai vari trattamenti di sterilizzazione tipici delle camere bianche industriali. Esempi: industria farmaceutica, ospedali (sale operatorie, reparti sterili), produzione di alimenti, cosmetici e bevande, laboratori di analisi animali, laboratori di analisi fisico-chimiche, centri trasfusionali, ecc.
B. Camera bianca a sicurezza biologica: controlla principalmente la contaminazione dell'ambiente esterno e delle persone da parte di particelle viventi provenienti dall'oggetto di lavoro. La pressione interna deve essere mantenuta negativa rispetto all'atmosfera. Esempi: batteriologia, biologia, laboratori sterili, ingegneria fisica (geni ricombinanti, preparazione di vaccini).
Data di pubblicazione: 7 febbraio 2025