Cum pot particulele de praf sa se comporte precum blocurile de granit

Compresorul cu șurub oil-free, cu injecție cu apa îndeplinește standardele stricte ale industriei semiconductorilor

Dipl. Ing. Cosmin Rusu

Industria semiconductorilor impune standarde ridicate in procesul de producție al utilajelor speciale. Pe aceasta piața, componentele produselor sofisticate trebuie fabricate in condiții de o igiena ieșita din comun.

DMS Dynamic Micro Systems Semiconductor Equipment GmbH, cu sediul in Radolfzell am Bodensee, Germania este o companie specializata in acest domeniu. Firma proiectează si realizează sisteme pentru curățarea casetelor din industria semiconductorilor si pentru arhivarea plăcutelor din siliciu. In aceasta aplicație, casetele sunt curățate cu apa demineralizata si uscate cu aer industrial.

Pentru a fi siguri ca aceste casete nu vor fi contaminate din nou cu particule, este nevoie sa se utilizeze aer comprimat de cea mai înalta calitate.

Acesta este motivul pentru care DMS utilizează un compresor cu șurub oil-free, cu injecție cu apa, produs de ALMiG.

Compresorul cu injecție cu apa ALMiG LENTO este montat intr-un container dotat cu podea din aluminiu, sistem de încălzire si izolare completa.

“In microelectronica, o particula minuscula de praf pe calea unui conductor are același efect cu cel al unui bloc de granit așezat in drum, care stopează traficul, „afirma Markus Kaiser, Operation Manager la DMS Dynamic Micro Systems Semiconductor Equipment GmbH. “Atunci când fabricam microprocesoare, daca o particula de praf sau orice alt fel de particula ar fi prezenta intre masca foto si plăcută in timpul expunerii, calea conductorului nu va fi detectata.”

Structurile elementelor semiconductorului, care sunt produse, sunt transferate de la o masca inițiala, cunoscuta sub denumirea de reticul, către o plăcută. Aceasta etapa, cunoscuta sub numele de fotolitografie, este cea mai importanta faza din procesul de fabricare a componentelor semiconductorilor. Impuritățile microscopice cauzează efecte de ecranare atunci când împiedica expunerea fotorezistului. După aceea, componenta trebuie răzuita. “Sistemele noastre sunt utilizate pentru curățarea casetelor in procesul de fabricație din industria semiconductorilor, precum in cazul transportului plăcutelor,” explica Kaiser.

La finalul acestui proces complex de curățare, este necesara utilizarea aerului fără particule in vederea obținerii unui produs  “curat” pentru procesele care vor urma in industria semiconductorilor.

Aer industrial foarte curat, necesar pentru uscare

In hala de asamblare, Markus Kaiser ne arata un sistem nou, într-o camera curata. Casetele care așteaptă sa fie curățate sunt așezate in coșuri. Ele sunt duse in camera de curățare acolo unde casetele sunt curățate cu apa demineralizata. Odată ce tot sistemul este curat, se atinge nivelul de curățenie dorit in procesul de fabricație a semiconductorilor. “După aceea, noi trebuie sa eliminam apa din componente.” Următorul pas îl reprezintă suflarea sau uscarea. In aceasta etapa este nevoie de aer industrial de o calitate extrem de înalta. Este esențial sa nu se contamineze componentele din nou. “Aerul comprimat nu trebuie sa conțină particule de orice fel sau ulei si trebuie sa fie total uscat,” explica Kaiser.

Unitatea de filtrare cu microfiltru, filtru cu carbon activ si sub-microfiltru elimina orice reziduu posibil

In trecut, DMS a utilizat diverse compresoare pentru a testa sistemele de curățare. Dar pentru a atinge un nivel înalt si constant de calitate, fabricantul a dorit sa dețină soluția perfecta.

Astfel, DMS a găsit Almig Kompressoren GmbH din Köngen. Almig este un furnizor complet de sisteme de aer comprimat oil-free si poate oferi conceptul perfect începând de la compresoare cu piston de mici dimensiuni si terminând cu turbocompresoarele cu o putere de 2 MW. Specialiștii nu doar proiectează, construiesc, furnizează si instalează; ei se ocupa si de realizarea tuturor proiectelor.

Soluția pentru cerințe stricte de aer comprimat

In urma consultării specialiștilor Almig, compania a ales un compresor cu șurub oil-free, cu injecție cu apa din seria LENTO. “Pentru a fi siguri ca aerul comprimat este in totalitate uscat, Almig a integrat un uscător prin absorbție in sistemul cu răcire cu aer. Punctul de roua este -70 °C,” afirma Kaiser. Particulele străine din aerul aspirat sunt efectiv îndepărtate prin spălare de către apa care circula, astfel încât tratarea aerului are loc chiar in compresor.

Pentru a elimina particulele absorbite sau aerosolii de ulei din aerul comprimat, Almig a atașat un sistem de filtrare adecvat, alcătuit dintr-un microfiltru, un filtru cu carbon activ si un filtru steril, care împiedica trecerea germenilor. “Compresorul LENTO 56 îndeplinește, așadar, standardele de aer comprimat conform DIN 8573-1 clasa 1 pentru condensat si particule si clasa 0 pentru ulei,” afirma cu satisfacție domnul Kaiser.

Uscătorul prin refrigerare integrat din compresorul LENTO 56 este utilizat, in special, pentru a produce apa proaspăta. Condensatul produs este colectat in purja de condensat a uscătorului refrigerant si este recirculat in circuitul intern de răcire sub forma de apa proaspăta.

In timpul instalării, compresorul se umple cu apa de la robinet, iar din acel moment, compresorul își generează propria apa proaspăta in mod continuu. “Astfel, sistemul funcționează in permanenta cu apa proaspăta si nu mai avem nevoie de un sistem de tratare a apei,” adaugă Kaiser. “Apa proaspăta produsa de către uscătorul prin refrigerare nu conține calciu.

Virusurile, bacteriile si algele nu au nici o șansa in cazul de fata. Apa poate fi deversata in sistemul de canalizare, fără a fi tratata in prealabil.”

Evitarea perioadelor de mers in gol

“Utilajele noastre sunt de dimensiuni diferite si, in consecința, ele aparțin unor clase diferite de capacitați,” explica Kaiser. “Consumul de aer comprimat poate fi cuprins intre 2 m³/min si 10 m³/min.” Sistemul LENTO are turație variabila si refulează debite cuprinse intre 2,51 si 9,97 m³/min. “Funcția de turație variabila in cazul sistemului Almig înseamnă ca vom beneficia exact de cantitatea de aer pe care ne-o dorim,” spune Kaiser.

In timpul mersului in gol, compresoarele standard, fără convertizor de frecventa, necesita aproximativ 25 pana la  40 % din energia consumata in sarcina maxima – fără a produce aer comprimat. Reglarea sarcinii / mersului in gol in cazul unui compresor standard combinata cu un necesar fluctuant de aer comprimat determina, astfel, apariția unor timpi de mers in gol costisitori. Compresorul cu turație variabila Almig funcționează la presiune constanta si nu schimba intre sarcina si mers in gol, ci, dimpotrivă, își adaptează continuu debitul refulat in funcție de consumul de aer comprimat.

Sistemul LENTO a redus semnificativ costurile de mentenanța comparativ cu tehnologiile alternative precum compresoarele cu șurub fără ungere. Acest lucru se datorează, in principal, faptului ca sistemul este setat in mod simplu. Treptele de comprimare in cazul compresoarelor cu șurub, cu injecție cu apa, înregistrează valori de 4 sau de 5 ori mai reduse ale turației de funcționare comparativ cu compresoarele fără ungere. Aceste turații scăzute contribuie la prelungirea duratei de viată a rulmenților si, implicit, a fiabilității in funcționare.

Spre deosebire de ulei, prin utilizarea apei ca mediu de răcire se obțin temperaturi de comprimare extrem de scăzute, sub 60 °C. Procesul de comprimare este similar comprimării izoterme, rezultând astfel un randament superior si o eficienta economica mai crescuta.

Instalat in container pentru a economisi spațiu

Sistemul a fost utilizat deja timp de aproape un an. Principalele componente ale stației de aer comprimat sunt montate intr-un container situat in afara halei si sunt alimentate cu electricitate de la un generator diesel. Numai rezervorul de aer comprimat cu o capacitate de 3000 de litri si filtrele de aer sunt localizate in hala de asamblare.

Lucrând împreună cu partenerii săi, Almig a oferit soluția cu container la Radolfzell, gata pentru a fi utilizata.

Containerul are o podea din aluminiu si pereții săi sunt izolați. Pe lângă compresor, containerul conține un dispozitiv de încălzire, un distribuitor de electricitate si o cabina de comanda. “Aceasta soluție este, de asemenea, mai flexibila in cazul in care decidem sa ne schimbam locația, la un moment dat in viitor.” adaugă Kaiser.

Generatorul diesel este montat, de asemenea, in afara halei de asamblare, la doar câțiva metri de container. “Pentru a ne asigura ca gazele provenite de la generator (aer rezidual) nu sunt aspirate de către compresor, Almig a instalat o conducta care se prelungește pe verticala deasupra peretelui halei. Astfel, aerul este evacuat prin acoperiș,” spune Kaiser. Aerul comprimat trece prin conducte din otel inoxidabil trase de la container pana la hala de asamblare, acolo unde este stocat intr-un rezervor de aer comprimat.

Un distribuitor furnizează apoi aerul comprimat pentru sistemele care sunt testate. Ce se poate spune despre particulele care ar putea contamina plăcutele din procesul de producție al microprocesoarelor ? Nici nu încape vorba despre o astfel de problema. “Casetele curățate cu ajutorul sistemelor noastre nu se confrunta niciodată cu aceasta problema,” spune domnul Kaiser. “In cazul in care suntem întrebați de către clienții noștri cum am reușit sa obținem aer comprimat de o calitate atât de înalta, le recomandam cu multa căldura Almig in calitate de specialist in aer comprimat si furnizor competent de compresoare.”