Российский электронный наножурнал (нанотехнологии и их применение)

вернуться в обычный режим
Главная / Экономика


Макропараметры и наномир с точки зрения развития современных микро- и наноэлектронных производств

Развитие рынка нанотехнологий сегодня немыслимо без развития современных производств. Одним из примеров того является возникновение обновленных строительных технологий в микроэлектронике, так называемых «чистых помещений» для различных производств связанных с созданием воздушных ламинарных потоков в помещениях, где обеспечивается поддержание чистоты в течение длительного времени. Именно в таких помещениях выполняются работы по созданию продукции микроэлектронной промышленности. В популярной технической литературе все чаще появляется термин «clean rooms constructing» как самостоятельная область инженерной и предпринимательской деятельности. Сегодня все большее количество людей соглашается с тем, что путь в микромир необходимо прокладывать еще на этапе обеспечения макропараметров. Так произошло с методологией создания «чистых производственных помещений для электронной промышленности». Обеспечение особой чистоты воздуха и применяемых технологических сред на производстве снижают концентрации микрозагрязнений [1]. Пренебрежение этим требованием сказывается на уровне нанометров в браке и несоответствиях в изготавливаемой продукции печатных плат.

Так, в течение уже ряда лет на Зеленоградском предприятии ОАО «НИИМЭ и Микрон» (генеральный директор Г.Я. Красников) выполняется реконструкция и переоснащение цехов для создания инновационных технологий и продукции. ЗАО «Экопроект» (генеральный директор А.Д. Гайдуков) выступает в этих работах в функциях Генерального строительного подрядчика, выполняющего весь комплекс наукоемких проектных и высокотехнологичных монтажных работ, включая поставку материалов и комплектующих.

Цех «чистого помещения» перед началом настройки оборудования

Обеспечивающие системы в чистых помещениях проектируются для сред с заданными параметрами. Одно из требований — обеспечение чистоты по Европейскому стандарту ISO 14644-3-2007, по этой классификации для различных помещений задаются требования от седьмого до четвертого классов чистоты.

Вместе с тем, обеспечение всех условий для создания новых производств является задачей комплексного характера и неразделимо связано с поиском решений по ряду проблем. Это связано не только с выбором технических решений по подводимым и используемым средам, электрическим характеристикам или климатической техники, но и по выявлению макропараметров, определяющих материалы и комплектующие по прочности, износостойкости, долговечности и другое.

Например, самостоятельной задачей в чистых помещениях является проектирование полов. Как правило, полы ставятся на бетонные основания, покрываемые настилом с ровной и твердой поверхностью, посредством опор высоты от 200 до 800 мм на которые укрепляются специальные плиты из алюминиевых сплавов. Часть плит, для создания ламинарного потока в помещении, выполняется из перфорированных плит [2]. Под полом размещается часть инженерных систем, обеспечивающих климатические режимы и утилизацию подводимых сред. Устанавливаемое в «чистом помещении» оборудование подвержено влияниям персонала, производящего работы. Для снижения этого эффекта, прежде всего, выполняют антивибрационную сейсмоустойчивую развязку оборудования путем установки ее на специальные отдельно стоящие рамы.

Специфика задачи была определена желанием руководителей ОАО «НИИМЭ и Микрон» перейти на обработки печатных плат и к производству микросхем на подложках большего диаметра (от 100 до 150 и 200 мм). Это обусловлено общими тенденциями, проявляющимися на мировом рынке современной микроэлектроники, направленными на увеличение производительности, уменьшение минимальных размеров между токоведущими линиями на печатных платах, переходу к технологиям, не использующим обычные печатные платы, корпусные элементы, имеющие относительно большие, для современной микроэлектроники, размеры.

Снижение вибраций для помещений с микровибрационной средой в «чистых помещениях» является самостоятельной инновационной проектной задачей и влечет за собой как привлечение отдельных научных и инженерных разделов, так и большие материальные и трудовые затраты. При этом приходят к выбору ряда решений по материалам и конструкциям, позволяющим учесть специфику поддержания чистоты, снизить вибрационные эффекты на различных стадиях работ, которые проявятся в окончательном результате: в проекте, на этапе рабочего проектирования, на стадии проектирования производственного оборудования и формирования технологического процесса.

В перечисленных этапах проектных работ источники вибрации разделяют по группам:

  • внешние возмущения (сейсмические подвижки, влияние вибраций дорог, подъездных путей у здания);
  • вспомогательное оборудование (обеспечивающие системы);
  • технологическое оборудование (подводимые к оборудованию коммуникации);
  • перемещения в процессе работы (персонала и материалов и полуфабрикатов) [3].

На начальном этапе разработки проектных решений предусматривают дополнительные усиления внутренних ограждающих конструкций для снижения влияния внешних факторов и подавления звуковых мощностей кондиционеров и воздушных тепловых насосов. При этом в строительных новациях используют условия, определяемые немецкими стандартами по нормативам вибраций классов vcc, vcd, vce. Здесь путем выбора конструкционных инженерных решений минимальные остаточные вибрации могут снижаться от десятков микрон по амплитуде для различных частей спектра в несколько раз с учетом окружающей производство обстановки.

Изометрические изображения типовых решений по рамам под оборудование

На этапе рабочего проектирования выполняется подготовка места установки производственного оборудования (заливаются бетонные фундаменты, изготавливаются рамы, опоры и подставки, специальные узлы креплений с виброгасителями). Практически одновременно с этим, при формировании звеньев технологического процесса, выбирается наиболее целесообразный способ размещения оборудования в помещении с удалением станков от общих инженерных коммуникаций, предусматривается вибрационная развязка от пола. Предпринимаемые меры позволяют погасить вибрации до величины в несколько микрон.

И, наконец, в современном оборудовании, на заводах-изготовителях станков, уже предусматриваются системы широкополосного гашения вибраций. Величина остаточных вибраций после настройки и юстировки системы может быть снижена, по характеристикам, заявленным изготовителями оборудования, до единиц ангстремов.

ЗАО «Экопроект» на этапе рабочего проектирования инициативно выполнило проектирование рам, опор и подставок под производственное оборудование и обеспечивающие инженерные системы. При этом осуществлялась комплексная увязка размещаемого в «чистом помещении» оборудования с требованиями технологии. Работы выполнялись параллельно со сборкой конструкций «чистого помещения», методом сквозного проектирования, в инверсном подходе, с обеспечением требуемых характеристик и свойств, подбирались необходимые материалы и конструкторские решения. В качестве программной среды в проектных работах был принят пакет для твердотельного моделирования «Компас 3Д-8», как наиболее близко адаптированный к действующим Российским стандартам по оформлению конструкторской документации. Реализацию конструкции в металле осуществили на расположенном недалеко от ОАО «НИИМЭ и Микрон» заводе ОАО «Элион» (заместитель генерального директора по экономике В.Ю. Фролов), оснащенном современным оборудованием для изготовления металлоконструкций. Конструкторская документация подготовлена с учетом возможностей имеющихся технологических линий производства, при этом ее отработка на технологичность была полностью выполнена на этапе конструирования. В результате в течение 2008 г. удалось спроектировать, изготовить и собрать в «чистых помещениях» 56 конструкций рам и опор, разместив на них инженерные обеспечивающие системы и производственное оборудование в цеху для изготовления печатных плат на пластинах размером 200 мм.

Снятие замеров кривых по виброускорению, виброскорости, виброперемещению на опорах под функционирующим оборудованием в «чистом помещении»

Проверку вибрационных свойств конструкций выполнила независимая лаборатория по инновационным технологиям испытаний и моделирования ООО «Новотест» (генеральный директор Г.В. Левковский). Оценки шумов машин и вибраций, возникающих у оснований станков, соответствуют требованиям ГОСТ Р 52894.2-2007 (ИСО 13261-2:1998). Измерения вибраций оформлены и соответствуют европейским требованиям по IES-RP-CC024.1 (Измерения вибрации и составление отчетов по вибрационным данным в помещениях для производства микроэлектроники).

Инженер-испытатель С.В. Денисов проводит замеры микровибраций несущих перекрытий на отметке 10.800

Замеры подтвердили расчеты, сделанные ранее на этапе рабочего проектирования для монтажного оснащения с учетом массогабаритных характеристик устанавливаемого оборудования. Предусмотренные показатели надежности, которые отвечают признакам износостойкости, безотказности, ремонтопригодности, сохранения атрибутивных характеристик конструкций и узлов, удовлетворяют установленным нормам. Все эти показатели с гарантией положительно сказываются на конечной продукции, увеличении геометрической точности работы прецизионного оборудования, снижению отбраковки промежуточной и конечной продукции, а значит, и увеличении прибыльности работ в целом.

Выполненные работы по снижению влияния причин, приводящих к возникновению вибраций, позволят управлять процессами производства полупроводниковых пластин на уровне наноразмеров более уверенно и эффективно. Руководители и сотрудники ЗАО «Экопроект» благодарят коллег из других организаций за партнерство на рынке микро и наноэлектроники и надеются на полезность своих усилий при продвижении Российской промышленности на пути создания конкурентоспособной продукции мирового уровня, способствующей улучшению качества жизни.

Виталий Анатольевич Прудников, к.т.н., ЗАО «Экопроект», Москва.

 

1. Проектирование чистых производственных помещений. Основы проектирования, испытаний и эксплуатации. В. Уайт. Второе издание. «Клинрум», 2002 г.
2. Технология чистых производственных помещений. Основы проектирования, испытаний и эксплуатации. В. Уайт. «Клинрум», 2002 г.
3. Чистые помещения. Под ред. И. Хаякавы. Перевод с японского В.Ю. Акифьева, Л.Н. Дмитрука и М.Е. Панюкова под ред. В.Г. Ржанова и В.И. Ушакова. Москва, Мир, 1990, 454 с. Cтр. 294.



http://www.nanojournal.ru/econom.aspx?cat_id=393&d_no=1126