Con Maß & Ziel

Imagen 1: Laserschutzfolien no siempre ofrecen una protección suficiente, ya que la conexión a la pared en las canaletas no está garantizada.

Imagen 2: Modelo CAD del mini entorno

Imagen 3: Encapsulado de las mesas ópticas en el laboratorio de investigación.

Imagen 5a: «Microtecfab» para aplicaciones láser

Imagen 5b: Microtecfab para una aplicación similar

Imagen6: Módulo de filtro de ventilador con prefiltrado químico diseñado para la aplicación.

En la aplicación de tecnologías ópticas, así como en la fabricación de componentes ópticos y láser, la pureza y la tecnología de salas limpias juegan un papel cada vez más importante. Sin embargo, no siempre es necesario instalar una sala limpia costosa. Los minienvironments suelen ofrecer una protección suficiente.

En las tecnologías ópticas, no se trata necesariamente del uso de salas limpias en la fabricación; la expresión “tecnología de salas limpias” abarca en realidad toda una serie de productos y servicios. Sin embargo, a menudo se prefiere la sala limpia clásica, que es un entorno de producto o proceso puro, sin considerar previamente los propios procesos en relación con toda la cadena de procesos. Sin embargo, en muchas ocasiones solo son unos pocos procesos los que requieren una mayor pureza. Encapsular todos los procesos en una sala limpia nunca resulta la opción más económica en términos de costes de inversión y operación.

Requisitos técnicos para la pureza del aire

La pureza del aire para una aplicación óptica o láser no solo es crucial en cuanto a la cantidad de partículas en el aire o en las superficies. También se debe considerar la composición de las partículas (material) y la pureza del aire en relación con contaminaciones moleculares (AMC – Contaminación Molecular Aérea). En aspectos como la electrostática y EMC, es importante que un gran número de componentes específicos del proceso, así como las máquinas y dispositivos, sean capaces de disipar electrostáticamente para reducir la influencia de descargas o interferencias electromagnéticas. Para la solución de pureza que se desea crear, se deben seleccionar componentes adecuados. Las medidas de protección láser necesarias deben implementarse según la clase láser correspondiente. Aquí brevemente, una nota sobre las películas de protección láser como separación de espacios: las películas de protección láser no ofrecen una protección del 100% contra la radiación láser, ya que no se garantiza que estas películas puedan separar completamente las áreas láser de su entorno (Imagen 1). Además, si se trata de un área láser sometida a un régimen de limpieza, estas películas también deben limpiarse regularmente. Sin embargo, lograr un buen resultado de limpieza es difícil, ya que las películas flexibles tienden a desplazarse con respecto a los paños de limpieza.

Un sala limpia móvil, al igual que una instalada de forma fija, es adecuada para tareas de fabricación, medición y prueba versátiles, pero ofrece ventajas insuperables en los siguientes escenarios de ejemplo:

- Flexibilidad
Imagine que planea una producción solo por algunas semanas o meses. En períodos tan cortos, la componente económica claramente disuade de adquirir una sala limpia fija e independiente. Lo importante es garantizar un flujo de producción continuo con una calidad constante y alta durante ese período.

- Movilidad
En algunos casos, puede ser necesario que la sala limpia sea móvil y que la ubicación pueda cambiarse según convenga. En casos extremos, incluso en el aparcamiento de la empresa, si esa es la única área disponible.

- Disponibilidad
La necesidad de reaccionar rápida y flexible ante nuevas condiciones del mercado o requisitos de clientes obliga a las empresas a presentar soluciones a corto plazo. ¿Qué hacer si hay que reaccionar en unos pocos días o si se necesita una solución temporal para completar la construcción de una sala limpia propia?

Alternativas a la sala limpia

Para un área de I+D, se deben equipar varias mesas ópticas conectadas entre sí con un recinto (minienvironment) (Imagen 2). Los parámetros a realizar incluyen:

- Clase de pureza del aire: ISO 6
- Sin conexión con la mesa óptica (aislamiento de vibraciones)
- Cortinas de aire plegables de vidrio de seguridad de una sola hoja, conductoras de electricidad, para un acceso sin obstáculos a todas las áreas de la mesa (ESD), sin películas
- Tecnología de ventiladores en los módulos de filtros de ventiladores en versión de corriente continua (EMV)
- Iluminación sin influencia EMV

Primero, se trató de seleccionar la cantidad necesaria de módulos de filtros de ventiladores considerando las fuentes de contaminación internas del recinto. Para ello, se eligió una cuadrícula de techo que permite añadir un número determinado de módulos sin necesidad de realizar cambios adicionales.

Sin conexión con la mesa óptica

Todo el minienvironment se montó sobre soportes (Imagen 3). La carcasa tiene una ranura perimetral para evitar contacto mecánico con la mesa óptica. Esto garantiza una suficiente desacoplamiento de vibraciones. Además, esta ranura permite evacuar el aire entrante de manera definida. Como es importante poder realizar cambios rápidos en la configuración del experimento, la ranura también se utilizó para pasar cables o mangueras rápidamente al interior.

Cortinas de aire plegables

Se evitó deliberadamente el uso de películas como separación lateral, permitiendo así una vista sin obstáculos del interior del recinto. Además, se evitó la emisión de gases y olores por las películas. El sistema de cortinas plegables que se puede levantar permite al operario abrir los laterales o incluso todo el sistema sin que las películas le impidan el acceso. Gracias al recubrimiento electrostático de los cristales, que además no pierde sus propiedades con el tiempo (lo cual puede suceder con películas o soluciones plásticas), se cumplen todos los requisitos relacionados con la electrostática. Posteriormente, se comprobó que este recubrimiento también reduce al mínimo la influencia electromagnética del entorno en el interior del recinto.

EMV y protección láser

Para reducir cualquier influencia de la radiación electromagnética, se optó por motores de corriente continua en la tecnología de ventiladores. La electrónica de alimentación necesaria se instaló en una sala adyacente. La iluminación se realizó mediante tiras de luz con lámparas halógenas, lo que hoy en día se reemplazaría por iluminación LED.

De acuerdo con la clasificación en una clase de protección láser baja, las superficies expuestas a la radiación primaria se fabricaron en aluminio anodizado negro. Para las superficies expuestas a la radiación secundaria, fue suficiente el uso de vidrio de seguridad de una sola hoja (Imagen 3).

Aplicaciones láser de mayor potencia

Para soluciones de pureza en aplicaciones láser con mayor potencia o en clases de protección láser superiores, hay dos aspectos a tener en cuenta: la protección láser debe ser completa y sin fisuras. Si es necesario observar el proceso, se deben usar ventanas de protección láser específicas. En todos los recubrimientos, se deben emplear cortinas de luz (protección contra la luz láser). En el proyecto del BMBF “Profam”, se desarrolló el módulo láser de la línea de fabricación “microtecfab” (Imágenes 5a y b).

Este módulo puede integrarse perfectamente en una línea de fabricación correspondiente sin comprometer la protección láser. La clase de pureza del aire en su interior fue comprobada en pleno funcionamiento como ISO 4. Los láseres suelen usarse en combinación con sistemas ópticos. Las superficies de las ópticas están expuestas a una alta energía del haz láser. Los hidrocarburos y otras moléculas en el aire se “rompen” en presencia de la potencia láser y se queman en las superficies ópticas, formando carbono. Esto requiere un mantenimiento de limpieza frecuente. Sin embargo, con una solución adecuada de filtros de aire, se puede ampliar el intervalo de limpieza (Imagen 6).

Una palabra sobre la fabricación óptica

Pocas son las etapas de fabricación en las que se generan tantas partículas como en el pulido de ópticas. Entonces, ¿por qué surge la cuestión de condiciones ambientales limpias y definidas durante el proceso de pulido? No se trata tanto de la cantidad de partículas en sí, sino de la cantidad y tamaño de partículas extrañas que no provienen del medio de pulido. Estas partículas pueden crear microarañazos en las superficies ópticas, afectando negativamente la calidad óptica. Sin embargo, surge otra cuestión: se logra una alta pureza mediante un suministro de aire puro con un sistema de filtros y un alto intercambio de aire, que fomenta aire limpio en el proceso y elimina aire contaminado. Pero esto genera fluctuaciones en la temperatura del aire, que dificultan el trabajo de acabado de superficies ópticas de alta precisión. La realización de procesos en el rango λ/4 casi resulta inviable. El reto consiste en resolver esta contradicción mediante una solución técnica coordinada.