S Maš & Cíl

Obrázek 1: Laserové ochranné fólie neposkytují vždy dostatečnou stínění, protože připojení ke zdi na kabelových kanálech není zajištěno.

Obrázek 2: CAD model miniaturního prostředí

Obrázek 3: Ochrana optických stolů ve výzkumné činnosti.

Obrázek 5a: „Microtecfab“ pro laserové aplikace

Obrázek 5b: Microtecfab pro podobné použití

Obrázek 6: Ventilátor-filtr modul s chemickou předfiltrovou úpravou navrženou pro dané použití.

Při použití optických technologií a při výrobě optických součástek a laserových komponentů hraje čistota a technika čistých prostorů stále důležitější roli. Nemusí však být nutně instalován drahý čistý prostor. Minienvironmenty často poskytují dostatečnou ochranu.

V optických technologiích se nejedná nutně o použití čistých prostorů ve výrobě, slovo „technika čistých prostorů“ zahrnuje spíše celou řadu produktů a služeb. Přesto je často upřednostňován klasický čistý prostor jako čisté prostředí produktu nebo procesu, aniž by se předem zohlednily vlastní procesy v souvislosti s kompletní řetězcem procesů. Často však stačí pouze několik málo procesů, které vyžadují zvýšenou čistotu. Všechny procesy v čistém prostoru by však nikdy nepředstavovaly nejvýhodnější variantu z hlediska investičních a provozních nákladů.

Technické požadavky na čistotu vzduchu

Čistota vzduchu pro optické nebo laserové použití hraje důležitou roli nejen v počtu částic ve vzduchu nebo na površích. Je třeba také zohlednit složení částic (materiál) a čistotu vzduchu z hlediska molekulární kontaminace (AMC – Airmolecular Contamination). Pokud jde o aspekty elektrostatiky a EMI, je třeba dbát na to, aby velké množství komponentů specifických pro proces, strojů a zařízení bylo schopno elektrického vybití, čímž se snižuje vliv výbojů nebo elektromagnetických rušení. Pro vytvoření požadované čisté prostředí je nutné vybírat odpovídající komponenty. Případná opatření na ochranu před laserovým zářením musí být realizována podle laserové třídy. Zde stručně poznámka o laserových ochranných fóliích jako oddělení prostoru: Laserové ochranné fólie neposkytují stoprocentní ochranu před laserovým zářením, protože není zaručeno, že tyto fólie dokonale oddělují laserové oblasti od okolí (Obrázek 1). Pokud se jedná o laserovou oblast, která podléhá režimu čistoty, je třeba tyto fólie pravidelně čistit. Dosažení dobrého výsledku čištění je však obtížné, protože flexibilní fólie se snadno vyhýbají čistícímu hadříku.

Mobilní čistý prostor je stejně vhodný jako pevně instalovaný a nabízí nesčetné výhody v různých výrobních, měřicích a zkušebních úlohách, například:

- Flexibilita
Představte si, že plánujete výrobu na několik týdnů nebo měsíců. V takto krátkých časových úsecích je ekonomicky rozumnější se nepouštět do nákupu vlastního, pevně instalovaného čistého prostoru. Důležité je, aby byl během tohoto období zajištěn nepřerušovaný výrobní tok s konstantní vysokou kvalitou.

- Mobilita
V některých případech může být nutné, aby byl čistý prostor flexibilně přemístitelný a jeho umístění mohlo být libovolně změněno. V extrémních případech i na parkovišti firmy, pokud je to jediná dostupná plocha.

- Dostupnost
Potřeba rychle a flexibilně reagovat na nové podmínky na trhu nebo požadavky zákazníků nutí firmy být schopny prezentovat řešení v krátkém čase. Co když je třeba reagovat během několika dnů nebo je potřeba řešení dočasně překlenout dokončení vlastního čistého prostoru?

Alternativy k čistému prostoru

Pro výzkumné a vývojové oddělení je třeba vybavit několik propojených optických stolů s krytem (Minienvironment) (Obrázek 2). Při tom je třeba splnit následující parametry:

- Třída čistoty vzduchu: ISO 6
- Žádné spojení s optickým stolem (izolace proti vibracím)
- Sklopné vzduchové clony z vodivého bezpečnostního skla s jednou tabulí pro nepřerušený přístup ke všem oblastem stolu (ESD), žádné fólie
- Ventilační technika v modulech ventilátor-filtrů v napájení stejnosměrným napětím (EMV)
- Osvětlení bez vlivu na EMI

Nejprve šlo o výběr potřebného počtu modulů ventilátor-filtrů s ohledem na existující zdroje kontaminace uvnitř krytu. Bylo zvoleno stropní mřížkování tak, aby bylo možné přidat určité množství modulů bez nutnosti dalších úprav.

Žádné spojení s optickým stolem

Celé minienvironment bylo postaveno na stojanech (Obrázek 3). Kryt má po obvodu mezeru, aby nedošlo k mechanickému kontaktu s optickým stolem. Tím byla splněna požadovaná izolace proti vibracím. Tato mezera je také nutná k definovanému odvodu přiváděného vzduchu. Vzhledem k důležitosti rychlých změn při výzkumných projektech bylo možné tuto mezeru využít k rychlému zavedení kabelů nebo hadic dovnitř.

Sklopné vzduchové clony

Jako boční oddělení byla záměrně upřednostněna absence fólií, což umožňuje volný pohled dovnitř krytu. Navíc se tím zabránilo emisím a zápachovým zatížením způsobeným fóliemi. Sklopný systém umožňuje pracovníkovi otevřít boční plochy na půl nebo úplně, aniž by ho fólie omezovaly. Díky elektrostaticky vodivé vrstvě na sklech, která se navíc po dlouhé době nečistí (což se u fólií nebo plastových řešení často stává), jsou splněny všechny požadavky na elektrostatiku. Později se ukázalo, že tato vrstva také minimalizovala elektromagnetické rušení v okolním prostoru uvnitř krytu.

EMI a laserová ochrana

Pro snížení vlivu elektromagnetického záření byla u ventilátorových technologií použita výhradně stejnosměrná motorová technika. Napájecí elektronika byla proto instalována v sousední místnosti. Osvětlení bylo realizováno pomocí LED pásů na základě žárovek, což by dnes bylo řešeno LED osvětlením.

Podle zařazení do nízké laserové třídy byly povrchy, které mohly být vystaveny primárnímu záření, zhotoveny z černě eloxovaného hliníku. Povrchy vystavené sekundárnímu záření byly dostatečné z bezpečnostního skla s jednou tabulí (Obrázek 3).

Laserové aplikace s vyšším výkonem laseru

U čistých prostředí pro laserové aplikace s vyšším výkonem nebo vyšší laserovou třídou je třeba dbát na dva aspekty: Ochrana před laserovým zářením musí být komplexní a bez mezer. Pokud je třeba umožnit pohled do procesu, je nutné použít příslušná laserová okna. U všech krycích dílů je třeba používat takzvané (laserové) světelně ochranné pasti. V projektu BMBF „Profam“ vzniklo laserové modulové zařízení výrobní linky „microtecfab“ (Obrázky 5a a b).

To lze bez problémů integrovat do příslušné výrobní linky, aniž by se zanedbala laserová ochrana. Vnitřní čistota laserového modulu byla prokázána na úrovni ISO 4 při plném provozu. Lasery se obvykle používají ve spojení s optickými systémy. Povrchy optických prvků jsou proto vystaveny vysoké energii laserového paprsku. Uhlovodíky a jiné molekulární sloučeniny ve vzduchu jsou při spojení s výkonem laseru „rozštěpeny“ a na optických površích se usazují jako uhlík. To vyžaduje pravidelnou údržbu čištění. S vhodným filtračním řešením vzduchu lze interval čištění prodloužit (Obrázek 6).

Slovo k výrobě optických prvků

Existuje jen málo výrobních procesů, při nichž se v důsledku procesu vyskytuje tolik částic jako při leštění optických prvků. Proč je však důležité mít při leštění přesně definované podmínky prostředí? Není to tak o počtu částic samotných, ale o počtu a velikosti cizích částic, které nepocházejí z lešticího prostředku. Tyto cizí částice mohou na optických površích způsobit mikroškrábance, které negativně ovlivní optickou kvalitu. Přichází však na řadu další otázka: vysoká čistota je dosažena pomocí čistého vzduchu prostřednictvím filtračního systému a s tím spojené vysoké výměny vzduchu, které podporují čistý vzduch v procesu a odstraňují kontaminovaný vzduch. To však způsobuje výkyvy teploty vzduchu, které jsou nevhodné pro přesnou opracování optických povrchů. Obrazové zpracování v oblasti λ/4 je tak téměř nereálné. Výzvou je odstranit tento rozpor pomocí koordinovaného technického řešení.