Проектирование и строительство
высокотехнологичных производственных комплексов

Устройство фальшполов и антивибрационных фундаментов в чистых помещениях

Что нужно сделать, чтобы построить чистое помещение по ГОСТ ИСО 14644-1? Несомненно, в перечень входят сэндвич-панели для стен, модульные потолки, системы подготовки и рециркуляции воздуха, контроля и мониторинга и т.д. Необходимо также уделить внимание фальшполу – не самой сложной, но далеко не дешевому компоненту. Термин «система фальшполов», несмотря на 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 класса по ИСО просто недостижима.

Устройство фальшполов и антивибрационных фундаментов в чистых помещениях Устройство фальшполов и антивибрационных фундаментов в чистых помещениях

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 Интернет, 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 данной статьи рассматриваются изделия, предназначенных именно для микроэлектронного производства, которые выполнены из высокопрочного алюминиевого или магниевого сплава методом литья под давлением с разной степенью перфорации, покрытых антистатическим огнестойким винилом, устойчивым к химическому воздействию и трению (рис. 1,2,3). Такая структура наряду с прочими достоинствами, позволяет забыть о кошмарных проводящих сетках (например, из медных полосок), еще в недавнем прошлом предохранявших людей и изделия от статического электричества. Выглядит она так: 

Принципиальная схема организации воздушного потока в чистых помещениях с фальшполом знакома всем причастным 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, откуда через межстенное пространство наружу, а частично на повторную фильтрацию. 

Таким образом, перфорированные фальшполы позволяют почти полностью избавиться от завихрений в производственной зоне, создавая ламинарный поток по всей площади чистого помещения (стр.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 уже в построенном помещении, что обеспечивает большую свободу проектировщикам и облегчает корректировку проекта даже на стадии запуска и отладки оборудования. 

Приведенная ниже таблица (табл.1) дает представление о технических характеристиках, которым должны соответствовать качественные изделия, и о возможностях их применения для решения конкретных производственных задач.

Табл. 1. Технические характеристики перфорированных фальшполов

Серия

Алюминий

Магний

Материал покрытия

Проводящий винил

Характеристики электропроводности покрытия

Проводимость: 104~106 Ω     Антистатичность: 5 x 106~5 x 108Ω

Материал панели

Отлитый под давлением высокопрочный алюминиевый сплав

Отлитый под давлением высокопрочный магниевый сплав

Распределенная нагрузка

500 кгс/м2 – 2000 кгс/м2
Прогиб ?1.0 мм

500 кгс/м2 – 1450 кгс/м2
Прогиб ?1.0 мм

Концентрированная нагрузка

250 кгс/6.45 см2 – 2200 кгс/6.45 см2
Прогиб ?2.0 мм

250 кгс/6.45 см2 – 1000 кгс/6.45 см2
Прогиб ?2.0 мм

Максимальная нагрузка

500 кгс/6.45 см2 – 4400 кгс/6.45 см2

500 кгс/6.45 см2 – 2000 кгс/6.45 см2

Погрешность размеров

600 + 0.00 мм / 600 - 0.20 мм

Погрешность толщины покрытия

± 0.10 мм

Отклонение плоскостности

± 0.20 мм

Отклонение по диагонали

Max 0.50  мм

Процент перфорации

17% – 50%

Наружное покрытие

Эпоксидное или Ni-Cr металлизация

Чем меньше степень перфорации, тем большую нагрузку способна нести панель. Монолитные панели (рис. 6), должны нести номинальную распределенную нагрузку не менее 3000 кгс/м2, при этом максимальная концентрированная нагрузка возможна до 77,5 кгс/см2. 

Высота установки над основным покрытием может варьироваться от 30 см до одного метра. Такое просторное «подполье» позволяет скрыть все магистрали, кабели, трубопроводы. Понятно, что это очень 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. Приведенные ниже фотографии реального производства, сделанные по ходу инсталляции, наглядно демонстрируют сказанное (стр. 7). 

Случается, что 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).

Табл. 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 х 1,2 / 1,8 х 1,8 / 2,4x2,4

125x250

? 300 х12 т

1500-2000

140 + крепление

2,4x2,4

125x250

? 300 х12 т

1500-2000

140 + крепление

2,4x2,4

125x250

? 300 х16 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 и заниматься прочими ухищрениями - на рынке существуют современные решения в виде готовых конструкций, которые можно устанавливать под прецизионное технологическое оборудование – степперы, микроскопы и т.д. 

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 замены оборудования. Конечно, это сложнее, чем поменять местами плитки фальшпола, но, все же, может реализовываться без перестройки всего чистого помещения. Ориентировочные характеристики некоторых моделей антивибрационных конструкций приведены в табл.3.

Характеристики моделей антивибрационных конструкций Таблица.3

Модель

Амплитуда вибраций

Размер детали

(μ м)

Применение

Тип

Вес

Размер

μ дюйм/с

μ м/с

dB

VC-A

2000

50

66

8

Подходит в большинстве случаев для оптических микроскопов до 400, микро- и оптических весов, установок экспонирования и фотолитографии

 

 

 

ü Стальная конструкция

 

ü Устанавливается на бетонное основание

 

 

 

  1 – 5 т

  5 – 10 т

  10 – 30 т

  30 – 100 т

   ……

 

 

 

ü Длина

   2 – 4 м

 

ü Ширина

   2 – 3,5 м

 

ü 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 нано-измерении, предъявляющие сверхвысокие требования к динамической стабильности

К сожалению, в России такие конструкции не производятся, и не известно о чьих-либо планах организовать такое производство в стране. Что, в общем-то, понятно, т.к., 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 производства антивибрационных фундаментов существуют далеко не во всех развитых странах.

Российские электронщики сталкиваются и с другой проблемой - мелкие заказы не вызывают интереса у производителей, поэтому приобрести у них напрямую, например 300 м2 фальшпола, 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.

«ТРОНИКС» - ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ
ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

«ТРОНИКС» - МОДУЛЬНЫЕ ПОМЕЩЕНИЯ

Изготовление менее, чем за 1 месяц!