Скорость воздушных потоков и их направленность, температура среды и ее градиенты, влажность, наличие в среде электрически нейтральных или заряженных частиц или микроорганизмов и их допустимые размеры - далеко не полный перечень тех факторов, которые могут существенно повлиять на качество производимой продукции. Помещения с особыми климатическими условиями получили название чистых комнат (clean rooms).
В настоящее время большинство репликаторов делает чистые комнаты только для размещения оборудования мастеринга, электроформинга или же для лабораторий по приготовлению красителя для тиражирования записываемых форматов (CD-R и DVD-R). Если же все процессы изготовления мастер-диска осуществляются на современных полностью автоматических интегрированных системах (DMS 8000 или AM 200) или же стамперы заказываются на стороне, то велика вероятность, что вы вообще не увидите чистой комнаты в классическом виде на современном заводе по тиражированию CD или DVD. Закономерен вопрос, для чего нужна чистая комната, в каких случаях можно обойтись без нее, и нужна ли она вообще?
Картина кружащихся в упавшем в затемненную комнату луче солнца сотен и тысяч пылинок знакома каждому, даже тем, кто все свободное время уделяет поддержанию идеального порядка и чистоты. Увы, это не тысячи и даже не миллионы пылинок, как может показаться на первый взгляд - их миллиарды, причем большинство просто не видимо глазу. И не имеет значения, сколько раз на дню вы делаете влажную уборку помещения и проветриваете комнаты – это все равно не “чистая комната”. Что же тогда делает помещение чистым с точки зрения производства оптических носителей?
Две вещи определяют чистоту помещения – количество частиц содержащихся в воздухе и размер этих частиц. Именно эти два параметра определяют, насколько чиста та или иная комната. В чистой комнате при необходимости регулируются и другие параметры: температура, влажность воздуха, давление. Общепринятая классификация делит чистые помещения на шесть основных классов: класс 1, 10, 100, 1000, 10 000 и 100 000. Каждый класс определяет максимально допустимое количество частиц в заданном объеме воздуха. Первоначально, поскольку система была разработана в Америке, измеряемый объем соответствовал одному кубическому футу, в котором должно содержаться инородных частиц размером не больше 0.5 микрона для класса 1 – одна частица, для класса 10 – десять частиц и так далее. Этот стандарт существовал до 1992 года, когда США и Япония перешли к метрической системе. В настоящее время ISO (DIN) и другие стандарты по чистым комнатам устанавливают, что в кубическом метре воздуха может содержаться не более 35.3 частицы для 1-го класса (не спрашивайте, что это за 1/3 пылинки), для класса 100 – 3530 частиц и так далее. Это не означает, что чистые комнаты стали грязнее, просто кубический метр больше чем фут. Однако японские спецификации все-таки отличаются от общепринятых, поскольку базируются на размере частицы в 0.1 микрона, то есть жестче в несколько раз. Производственные помещения делятся на восемь классов чистоты. Принятый во всем мире первый класс соответствует третьему классу в Японии. Не удивительно, что с таким подходом к воздухоподготовке микроэлектроника японских производителей лидирует по качеству и надежности.
Насколько же мала частица в ½ микрона? Настолько, что невооруженным глазом ее не различишь, даже в луче света. Мельчайший объект, который может различить глаз не меньше 10 микрон. Для сравнения диаметр человеческого волоса составляет 50-100 микрон. Сигаретный дым, микробы, пыльца и другие источники загрязнения около микрона в диаметре, поэтому принятый уровень в 0.5 микрона обеспечивает стерильную чистоту воздуха.
Чистое помещение это не только обеспечение фильтрации воздуха по очень высоким стандартам - необходима постоянная работа по поддержанию чистоты внутри комнаты и препятствие проникновению загрязненного воздуха извне. Регулярная влажная уборка, клейкие пылеулавливающие коврики, специальная защитная форма для персонала – все это косметические меры. И действенны они только при правильно спроектированной “чистой комнате” и соответствующей системе кондиционирования и очистки воздуха. На действующем предприятии существует множество помещений, отличающихся друг от друга по требованиям к чистоте воздуха. Персонал в течение рабочего дня совершает массу перемещений из одной зоны в другую, выравнивая, таким образом, степень загрязненности в чистых и обычных зонах. Если вы всерьез решили бороться за чистоту, то ваш первый враг – это люди. Насколько много пыли производит каждый, напрямую зависит от его активности. Если человек быстро передвигается, то каждую минуту с него слетает (сдувается) около 10 миллионов пылинок. Спокойно сидящий за столом сотрудник производит порядка 100 000 частиц, но стоит ему покачать головой, и вы будете иметь дополнительно еще полмиллиона пылинок. Шапочки на голову, стерильные маски, специальные антистатические халаты и тапочки - необходимый, но слишком долгий способ достижения заданных параметров чистоты. Важно, чтобы круг сотрудников имеющих доступ в чистую комнату был максимально ограничен и определялся только производственной необходимостью. Если вы собираетесь достичь заметных результатов в обозримом будущем, вам необходимо снабдить входные двери в чистую комнату шлюзом (air locks) с принудительным обдувом всех входящих и блокирующимися автоматически дверями, для исключения воздухообмена между помещениями. Так же необходимо использовать при работе безворсовые не пылящие материалы и специальные контейнеры для перемещения инструмента и материалов. Все перечисленные выше меры не имеют ровным счетом никакого смысла, впрочем, как и сама организация чистой комнаты, если вы не обеспечите разницу давления между помещениями (5-10 Па), и воздух из других помещений будет попадать в чистую зону. Даже при отсутствии шлюзов на входных дверях, что часто практикуется в бюджетных комнатах класса 100 000 и ниже, избыточное давление в ней гарантирует, что воздух будет выходить из комнаты в область более низкого давления. Поэтому разработкой чистых комнат занимаются соответствующие специалисты, так же как и монтируют их специализированные организации (см. Приложение № 1).
Бессмысленно говорить о чистых комнатах, не упомянув при этом о фильтрах тонкой очистки или HEPA-фильтрах (читается как “хепа”). Не так давно НЕРА-фильтры вошли и в повседневную жизнь, например многие модели пылесосов, особенно для людей страдающих аллергией, оснащаются такими фильтрами. Это относительно недавнее изобретение. В 40-х годах прошлого века Энергетическая комиссия США разработала специальные материалы для улавливания загрязненных радиоактивных частиц, на основе которых были созданы фильтрующие элементы. По спецификации стандартные НЕРА-фильтры должны задерживать 99.97% частиц размером от 0.3 микрона. В теории эти фильтры могут улавливать частицы размером 0.01 микрона, но на практике это требуется очень редко. Для правильной и эффективной работы фильтров требуется их размещение в камерах статического давления, что рассчитывается при проектировании чистой комнаты. НЕРА-фильтры не чистятся, а заменяются на новые с периодичностью от полугода до года в зависимости от загрязненности окружающего воздуха.
На сколько же загрязнен окружающий нас воздух? В больших промышленных городах, где в основном и размещаются производства компакт-дисков, на кубический метр воздуха приходится один миллион инородных частиц. В сельской местности существенно чище – 100 000 и, если бы там была соответствующая инфраструктура и квалифицированный персонал, тиражировать диски было бы проще там. Но, даже если вы выберетесь в открытый космос, где класс чистоты 1 000 и нет представителей IFPI, там все же будет не так чисто, как вам необходимо обеспечить здесь, на земле. Благо, что в основном эту проблему решили сами производители оборудования (но об этом ниже).
Где и какие классы чистоты должны обеспечиваться в технологической цепочке репликации оптических дисков? Наиболее критично к чистоте воздуха производство стамперов (мастеринг). В системах мастеринга воздух, который контактирует с фоторезистом в процессе записи информации лучом лазера, должен быть очищен по классу 100. Чистота воздуха обеспечивается самим оборудованием, которое представляет собой чистую комнату в миниатюре и имеет встроенные НЕРА-фильтры и избыточное давление внутри системы. Для загрузки и выгрузки стеклянных подложек в современных системах мастеринга (Singulus AM 200, Cristal Line) используются специальные герметичные контейнеры. Для того чтобы внутри системы воздух соответствовал классу 100, снаружи в помещении, где находится оборудование мастеринга, вы должны создать класс 100 000 как минимум, рекомендуется 10 000. Участок электроформинга, куда затем попадает мастер-диск для последующего выращивания никель стампера в гальванических ваннах, менее требователен к чистоте воздуха. Однако в силу модульной компоновки оборудования на участке гальваники, класс чистоты 100 000 приходится обеспечивать для всего помещения. Производство записываемых форматов (CD-R, DVD-R) более чувствительно к чистоте воздуха, чем репликация обычных CD и DVD дисков. Одна пылинка, попавшая между стампером и зеркалом молда, способна вывести из строя стампер и забраковать весь тираж. При усилии смыкания половинок молда (пресс-формы) 30-40 тонн и цикле меньше 3-х секунд, во время инжекционного литья пылинка превращается в “кремень” не только оставляющий отпечатки на металле стампера, но и выгибающий его, если размер пылинки относительно велик. На рабочей стороне стампера появляются бугорки (так называемые “шипы”), которые нарушают структуру питов и делают диски, отпечатанные с этого стампера, не читаемыми (DVD, CD-ROM) или частично прослушиваемыми (щелчки, пропущенные треки) CD-audio. Трудно поверить, что все это из-за маленькой пылинки! Благо стампер для CD диска стоит сейчас порядка 100 евро. Но при репликации записываемых форматов все гораздо печальнее. С одного стампера печатается 200-300 000, а то и 500 000 CD-R дисков, стоимость стампера лежит в пределах 600-1000 евро. И далее на этапе нанесения “красителя” и последующей его сушки наличие пыли недопустимо. Поэтому производители записываемых форматов серьезнее относятся к чистоте производственных помещений и менее склонны экономить на воздухоподготовке, чем скажем, производители DVD и аудио компакт дисков. Общее убеждение о более низком качестве пиратских дисков имеет под собой основание, хотя бы потому, что владельцы контрафактных заводов склонны экономить не только на сырье, но и на подготовке производственных площадей. Хотя, подчеркнем, производители оборудования рекомендуют класс 100 000 для всех типов финишных линий.
И, наконец, настала пора перейти к практической стороне: ставить или не ставить чистую комнату и во сколько это обойдется. Если терпеливый и внимательный читатель добрался до этого места - то он, вероятно, испытывает не праздный интерес. Начнем с более-менее очевидного – во сколько обойдется чистая комната? В Америке или Европе, где все уже давно просчитано и без ТЭО и проектной документации не то, что завод, шиномонтаж никто не поставит, на чистую комнату и системы воздухоподготовки закладывается в среднем 2000 (долларов или евро в зависимости от страны) на квадратный метр производственной площади. Необходимо уточнить, что речь идет о классе 100 000 (с повышением класса суммы возрастают в геометрической прогрессии). В эту сумму входит проектирование, изготовление и монтаж, как элементов самой чистой комнаты (фильтров, воздуховодов, ограждающих конструкций), так и систем кондиционирования, чиллеров, парогенераторов (если необходимо регулировать влажность в помещении). Наш опыт (replitech.ru) монтажа и запуска оборудования репликации в России (включающий и оборудование чистых комнат) показывает, что реально уложиться в бюджет 1000 – 1200 долларов за квадратный метр без потери качества очистки воздуха. При использовании компонентов чистой комнаты и систем кондиционирования отечественных производителей и разумной оптимизации конструкции вполне возможно достижение цифры в 800 долларов за метр.
Ответ на вопрос – строить или не строить, не столь очевиден. Разброд в умах репликаторов породили, как ни странно, сами производители оборудования. Во-первых, технологии постоянно совершенствуются, а производственный процесс оптимизируется. Во-вторых, во многих рекламных проспектах систем мастеринга и финишных линий подчеркивается, что оборудование может работать в “офисных” условиях. Очевидно, что заказчик оборудования предпочтет такую систему аналогичной, но требующей больших вложений в инсталляцию, запуск и с более высокими требованиями по качеству воздуха. Однако, с точки зрения технологии производства оптических дисков и компоновки тех же самых финишных линий, никакой разницы в условиях эксплуатации для оборудования разных производителей нет. И если вы внимательно изучите техническую документацию, особенно требования к инсталляции, вы, наверняка найдете упоминание о рекомендуемом классе 100 000. Фишка в том, что оборудование будет работать и без чистой комнаты, другое дело как оно будет работать, и, главное, какой у вас будет выход годных дисков. Грязный воздух в помещении, где находится оборудование репликации, ведет к сокращению интервалов сервисного обслуживания, более частым поломкам и отказам, ускоренному загрязнению фильтров в оборудовании (их немало и они не дешевы), увеличению процента брака, сокращению срока жизни стамперов, а иногда и к их поломке. Принимая решение об отказе от строительства чистой комнаты, необходимо четко представлять с какими проблемами придется столкнуться впоследствии. И если для производства DVD 5 или CD чистотой воздуха при недостатке финансирования или времени можно пренебречь, то мастеринг или репликация записываемых форматов такого нигилизма не прощают. Теоретически, для новых форматов третьего поколения (HD-DVD и Blu-ray) в силу очень маленького размера питов требования к чистоте воздуха должны быть еще более жесткими. Но об этом в следующий раз.
Требования к чистому помещению
Системы кондиционирования воздуха для чистых комнат должны подавать очищенный воздух в определенном количестве для того, чтобы поддержать заданный уровень чистоты помещения. Воздух подается в чистые комнаты таким способом, чтобы предотвратить образование застойных зон, где могут оседать и накапливаться частицы пыли. Воздух также должен быть кондиционирован по температуре и влажности в соответствии с требованиями к параметрам микроклимата помещения. Кроме того, дополнительное количество кондиционированного воздуха подается в помещение для создания избыточного давления.
А. «Чистая комната» соответствует техническим требованиям, предъявляемым к подобным производственным помещениям, если обеспечено:
герметизация окружающих строительных конструкций;
подача в помещение воздуха из системы приточной вентиляции, прошедшего трехступенчатую очистку;
создание избыточного давления воздуха не менее 10 Па (1 мм рт.ст.) относительно смежных производственных помещений;
специальная отделка помещений и обеспечение соответствия санитарно-гигиеническим требованиям к чистым помещениям.
В. Конструкция «чистой комнаты» класса 100 тысяч и выше:
В «чистой комнате» используется рециркуляция воздуха.
Для снижения степени электризации и загрязнения, воздух, подаваемый в «чистую комнату» ионизируется при помощи люстры Чижевского.
Системы вентиляции и кондиционирования воздуха оборудованы звуко- и вибропоглощающими устройствами, исключающими передачу вибрации на конструкции чистых помещений.
Части систем вентиляции и кондиционирования воздуха не содержат несъемные и трудносъемные узлы, что позволяет обеспечить возможность быстрого ремонта и наладки вентиляционного оборудования в чистых помещениях.
Материал из которого выполнены ограждающие конструкции (потолок, перегородки, наружные стены, остекление и места их соединения) обеспечивает пыленепроницаемость и предусматривает возможность проведения сухой и влажной, а также вакуумной пылеуборки.
Для передачи материалов, изделий и прохода работающих в чистые помещения предусмотрен обдувочный шлюз.
Чистое помещение изолировано от наружной стены здания коридором и не примыкает ни к одной из наружных стен здания.
Автор: О. Медиакритский
