1. Remoção de partículas de poeira em salas limpas livres de poeira
A principal função de uma sala limpa é controlar a limpeza, a temperatura e a umidade da atmosfera à qual os produtos (como chips de silício, etc.) são expostos, para que possam ser produzidos e fabricados em um ambiente adequado. Chamamos esse espaço de sala limpa. De acordo com as práticas internacionais, o nível de limpeza é determinado principalmente pelo número de partículas por metro cúbico de ar com diâmetro superior ao padrão de classificação. Em outras palavras, o que se chama de "livre de poeira" não significa 100% de ausência de poeira, mas sim um controle rigoroso da quantidade de partículas. É claro que as partículas que atendem ao padrão de poeira estabelecido por essa norma já são muito pequenas em comparação com a poeira comum que vemos, mas para estruturas ópticas, mesmo uma pequena quantidade de poeira terá um impacto negativo muito grande. Portanto, a ausência de poeira é um requisito indispensável na produção de produtos com estruturas ópticas.
Controlar o número de partículas de poeira com tamanho igual ou superior a 0,5 mícron por metro cúbico para menos de 3.520/m³ permite atingir a classe A da norma internacional de salas limpas. A norma de salas limpas utilizada na produção e processamento de chips possui requisitos mais rigorosos do que a classe A, sendo esse padrão elevado aplicado principalmente na produção de chips de nível superior. O número de partículas de poeira é estritamente controlado em 35.200 por metro cúbico, o que é comumente conhecido como classe B na indústria de salas limpas.
2. Três tipos de estados de sala limpa
Sala limpa vazia: uma instalação de sala limpa que foi construída e pode ser colocada em uso. Possui todos os serviços e funções relevantes. No entanto, não há equipamentos operados por técnicos na instalação.
Sala limpa estática: uma instalação de sala limpa com todas as funções, configurações e instalações adequadas, que pode ser usada de acordo com as configurações ou estar em uso, mas sem operadores presentes.
Sala limpa dinâmica: uma sala limpa em uso normal, com todas as funções de serviço, equipamentos e pessoal necessários; se preciso, o trabalho normal pode ser realizado.
3. Itens de controle
(1). Pode remover partículas de poeira suspensas no ar.
(2). Pode prevenir a geração de partículas de poeira.
(3). Controle de temperatura e umidade.
(4). Regulação da pressão.
(5). Eliminação de gases nocivos.
(6). Estanqueidade ao ar de estruturas e compartimentos.
(7). Prevenção da eletricidade estática.
(8). Prevenção de interferência eletromagnética.
(9). Consideração dos fatores de segurança.
(10). Consideração da economia de energia.
4. Classificação
Tipo de fluxo turbulento
O ar entra na sala limpa pela unidade de ar condicionado, através do duto de ar e do filtro de ar (HEPA), e retorna pelas divisórias ou pisos elevados em ambos os lados da sala limpa. O fluxo de ar não se move de forma linear, mas apresenta um estado turbulento ou de vórtices irregulares. Este tipo de fluxo é adequado para salas limpas de classe 1.000 a 100.000.
Definição: Uma sala limpa onde o fluxo de ar ocorre a uma velocidade irregular e não paralela, acompanhado por refluxo ou correntes de Foucault.
Princípio: As salas limpas turbulentas dependem do fluxo de ar de suprimento para diluir continuamente o ar interno e, gradualmente, diluir o ar poluído para atingir a limpeza (as salas limpas turbulentas são geralmente projetadas para níveis de limpeza acima de 1.000 a 300.000).
Características: As salas limpas com turbulência dependem de ventilação múltipla para atingir os níveis de limpeza desejados. O número de trocas de ar determina o nível de limpeza (quanto mais trocas de ar, maior o nível de limpeza).
(1) Tempo de autolimpeza: refere-se ao tempo em que a sala limpa começa a fornecer ar de acordo com o número de ventilação projetado e a concentração de poeira na sala atinge o nível de limpeza projetado. Para a classe 1.000, espera-se que não ultrapasse 20 minutos (15 minutos podem ser usados para o cálculo). Para a classe 10.000, espera-se que não ultrapasse 30 minutos (25 minutos podem ser usados para o cálculo). Para a classe 100.000, espera-se que não ultrapasse 40 minutos (30 minutos podem ser usados para o cálculo).
(2) Frequência de ventilação (projetada de acordo com os requisitos de tempo de autolimpeza acima) classe 1.000: 43,5-55,3 vezes/hora (padrão: 50 vezes/hora) classe 10.000: 23,8-28,6 vezes/hora (padrão: 25 vezes/hora) classe 100.000: 14,4-19,2 vezes/hora (padrão: 15 vezes/hora)
Vantagens: estrutura simples, baixo custo de construção do sistema, facilidade de expansão da sala limpa, em alguns locais com finalidades especiais, a bancada limpa livre de poeira pode ser usada para melhorar o nível da sala limpa.
Desvantagens: partículas de poeira geradas pela turbulência flutuam no ambiente interno e são difíceis de serem removidas, podendo contaminar facilmente os produtos do processo. Além disso, se o sistema for desligado e religado, geralmente leva muito tempo para atingir o nível de limpeza necessário.
Fluxo laminar
O fluxo laminar de ar move-se em linha reta uniforme. O ar entra na sala através de um filtro com taxa de cobertura de 100% e retorna através do piso elevado ou das divisórias laterais. Este tipo de fluxo é adequado para uso em ambientes de salas limpas com classes de limpeza mais elevadas, geralmente de 1 a 100. Existem dois tipos:
(1) Fluxo laminar horizontal: O ar horizontal é expelido do filtro em uma única direção e retornado pelo sistema de retorno de ar na parede oposta. A poeira é expelida para o exterior na mesma direção do fluxo de ar. Geralmente, a poluição é mais intensa no lado a jusante.
Vantagens: Estrutura simples, pode se estabilizar em pouco tempo após o início da operação.
Desvantagens: O custo de construção é maior do que o de fluxo turbulento, e o espaço interno não é fácil de expandir.
(2) Fluxo laminar vertical: O teto da sala é completamente coberto com filtros ULPA e o ar é insuflado de cima para baixo, o que permite alcançar uma limpeza superior. O pó gerado durante o processo ou pelos funcionários pode ser rapidamente expelido para o exterior sem afetar outras áreas de trabalho.
Vantagens: Fácil de gerenciar, atinge um estado estável em pouco tempo após o início da operação e não é facilmente afetado pelo estado operacional ou pelos operadores.
Desvantagens: Alto custo de construção, dificuldade em utilizar o espaço de forma flexível, os suportes de teto ocupam muito espaço e os filtros são problemáticos para reparar e substituir.
Tipo composto
O tipo composto consiste em combinar ou utilizar fluxos turbulentos e laminares, o que pode fornecer ar ultralimpo em áreas localizadas.
(1) Túnel limpo: Use filtros HEPA ou ULPA para cobrir 100% da área de processo ou área de trabalho para aumentar o nível de limpeza acima da Classe 10, o que pode economizar custos de instalação e operação.
Este tipo de manutenção exige que a área de trabalho do operador seja isolada do produto e da máquina para evitar que o trabalho e a qualidade sejam afetados durante a manutenção.
Os túneis limpos apresentam duas outras vantagens: A. Facilidade de expansão flexível; B. A manutenção dos equipamentos pode ser realizada facilmente na área de manutenção.
(2) Tubo de Limpeza: Envolve e purifica a linha de produção automatizada por onde o fluxo de produtos passa, elevando o nível de limpeza para acima da classe 100. Como o produto, o operador e o ambiente gerador de poeira são isolados uns dos outros, uma pequena quantidade de ar fornecido é suficiente para atingir uma boa limpeza, o que permite economia de energia e é ideal para linhas de produção automatizadas que não exigem mão de obra manual. É aplicável às indústrias farmacêutica, alimentícia e de semicondutores.
(3) Ponto limpo: O nível de limpeza da área de processo do produto na sala limpa turbulenta com um nível de sala limpa de 10.000~100.000 é aumentado para 10~1000 ou acima para fins de produção; bancadas de trabalho limpas, galpões limpos, salas limpas pré-fabricadas e vestiários limpos pertencem a esta categoria.
Bancada limpa: classe 1 a 100.
Cabine limpa: Um pequeno espaço cercado por tecido plástico transparente antiestático em uma sala limpa com turbulência, que utiliza filtros HEPA ou ULPA independentes e unidades de ar condicionado para criar um ambiente limpo de nível superior, com um nível de limpeza de 10 a 1000, altura de aproximadamente 2,5 metros e área de cobertura de até 10 m². Possui quatro pilares e é equipada com rodízios para facilitar o uso.
5. Fluxo de ar
Importância do fluxo de ar
A limpeza de uma sala limpa é frequentemente afetada pelo fluxo de ar. Em outras palavras, o movimento e a dispersão da poeira gerada por pessoas, compartimentos de máquinas, estruturas do edifício, etc., são controlados pelo fluxo de ar.
A sala limpa utiliza filtros HEPA e ULPA para filtrar o ar, e sua taxa de coleta de poeira chega a 99,97% a 99,99995%, o que significa que o ar filtrado por esse filtro é extremamente limpo. No entanto, além das pessoas, existem outras fontes de poeira, como máquinas, dentro da sala limpa. Uma vez que essa poeira gerada se espalhe, torna-se impossível manter o ambiente completamente limpo, sendo necessário o uso de fluxo de ar para expelir rapidamente a poeira gerada para o exterior.
Fatores de influência
Existem muitos fatores que afetam o fluxo de ar em uma sala limpa, como equipamentos de processo, pessoal, materiais de montagem da sala limpa, luminárias, etc. Ao mesmo tempo, o ponto de desvio do fluxo de ar acima dos equipamentos de produção também deve ser levado em consideração.
O ponto de desvio do fluxo de ar na superfície de uma mesa cirúrgica ou equipamento de produção deve ser posicionado a 2/3 da distância entre o espaço da sala limpa e a divisória. Dessa forma, quando o operador estiver trabalhando, o fluxo de ar poderá fluir do interior da área de processo para a área de operação, removendo a poeira. Se o ponto de desvio for configurado na frente da área de processo, o desvio do fluxo de ar será inadequado. Nesse caso, a maior parte do fluxo de ar se direcionará para a parte traseira da área de processo, e a poeira gerada pela operação do operador será transportada para a parte traseira do equipamento, contaminando a bancada e, inevitavelmente, diminuindo a produtividade.
Obstáculos como bancadas de trabalho em salas limpas podem gerar correntes parasitas nas junções, resultando em níveis de limpeza relativamente baixos nas proximidades. A perfuração de um orifício de retorno de ar na bancada minimiza o fenômeno das correntes parasitas; a escolha adequada dos materiais de montagem e a otimização do layout do equipamento também são fatores importantes para a ocorrência ou não desse fenômeno.
6. Composição de uma sala limpa
A composição de uma sala limpa é formada pelos seguintes sistemas (nenhum dos quais é indispensável nas moléculas do sistema), caso contrário não seria possível formar uma sala limpa completa e de alta qualidade:
(1) Sistema de teto: incluindo haste de teto, viga I ou viga U, grelha de teto ou estrutura de teto.
(2) Sistema de ar condicionado: incluindo cabine de ar, sistema de filtro, moinho de vento, etc.
(3) Parede divisória: incluindo janelas e portas.
(4) Piso: incluindo piso elevado ou piso antiestático.
(5) Luminárias: lâmpada plana de purificação LED.
A estrutura principal da sala limpa é geralmente feita de barras de aço ou cimento ósseo, mas independentemente do tipo de estrutura, ela deve atender às seguintes condições:
A. Não ocorrerão rachaduras devido a mudanças de temperatura e vibrações;
B. Não é fácil produzir partículas de poeira, e é difícil para as partículas se aderirem;
C. Baixa higroscopicidade;
D. Para manter as condições de umidade em uma sala limpa, o isolamento térmico deve ser elevado;
7. Classificação por uso
Sala limpa industrial
O objetivo é o controle de partículas inanimadas. Controla principalmente a poluição por partículas de poeira no ar que atingem o objeto de trabalho, mantendo geralmente um estado de pressão positiva no interior. É adequado para a indústria de máquinas de precisão, indústria eletrônica (semicondutores, circuitos integrados, etc.), indústria aeroespacial, indústria química de alta pureza, indústria de energia atômica, indústria de produtos ópticos e magnéticos (produção de CDs, filmes e fitas), LCD (vidro de cristal líquido), produção de discos rígidos e cabeças de leitura/gravação de computadores, entre outras.
sala limpa biológica
Controla principalmente a poluição por partículas vivas (bactérias) e partículas inanimadas (poeira) no objeto de trabalho. Pode ser dividido em:
A. Sala limpa biológica geral: controla principalmente a contaminação por organismos microbianos (bactérias). Ao mesmo tempo, seus materiais internos devem ser capazes de resistir à ação de diversos agentes esterilizantes, e o interior geralmente garante pressão positiva. Essencialmente, os materiais internos devem suportar os diversos tratamentos de esterilização típicos de salas limpas industriais. Exemplos: indústria farmacêutica, hospitais (salas cirúrgicas, enfermarias estéreis), indústria alimentícia, de cosméticos, de bebidas, laboratórios de animais, laboratórios de análises físico-químicas, bancos de sangue, etc.
B. Sala limpa de biossegurança: controla principalmente a contaminação por partículas vivas do objeto de trabalho, impedindo a contaminação do ambiente externo e das pessoas. A pressão interna deve ser mantida negativa em relação à pressão atmosférica. Exemplos: bacteriologia, biologia, laboratórios limpos, engenharia física (genes recombinantes, preparação de vacinas).
Data da publicação: 07/02/2025