Avec Maß & Ziel

Bild 1 : Les films de protection laser ne garantissent pas toujours une protection suffisante, car la connexion murale aux chemins de câbles n'est pas assurée.

Image 2 : Modèle CAD du mini-environnement

Image 3 : Enceinte des tables optiques dans le laboratoire de recherche.

Bild 5a: «Microtecfab» pour les applications laser

Image 5b : Microtecfab pour une application similaire

Bild6 : Filtreur de ventilateur avec préfiltration chimique conçue pour l'application.

Dans l'application des technologies optiques ainsi que dans la fabrication des composants optiques et des lasers, la pureté et la technologie des salles blanches jouent un rôle de plus en plus important. Cependant, il n'est pas toujours nécessaire d'installer une salle blanche coûteuse. Les environnements miniatures offrent souvent une protection suffisante.

Dans les technologies optiques, il ne s'agit pas forcément de l'utilisation de salles blanches dans la fabrication, le terme « technologie de salle blanche » englobe plutôt toute une gamme de produits et de services. Néanmoins, la salle blanche classique est souvent préférée à un environnement purement produit ou processus, sans considérer au préalable ses propres processus en lien avec la chaîne complète de processus. Il s'agit souvent de quelques processus seulement qui nécessitent une propreté accrue. Imposer tous les processus dans une salle blanche n'est jamais la solution la plus économique en termes d'investissement et d'exploitation.

Exigences techniques concernant la pureté de l'air

La pureté de l'air pour une application optique ou laser ne joue pas seulement un rôle crucial en ce qui concerne le nombre de particules dans l'air ou sur les surfaces. La composition des particules (matériau) ainsi que la pureté de l'air en ce qui concerne les contaminations moléculaires (AMC – Contamination moléculaire aéroportée) doivent également être prises en compte dans l'analyse. En ce qui concerne l'électricité statique et la compatibilité électromagnétique (CEM), il faut veiller à ce qu'un grand nombre de composants spécifiques au processus, ainsi que les machines et équipements, soient déchargeables électrostatiquement afin de réduire l'influence des décharges ou des perturbations électromagnétiques. Pour la solution de propreté à mettre en place, il faut choisir des composants adaptés. Les mesures de protection laser éventuellement nécessaires doivent être réalisées conformément à la classe laser. Voici brièvement un mot sur les films de protection laser en tant que séparation de pièce : les films de protection laser n'offrent pas une protection à 100 % contre le rayonnement laser, car il n'est pas garanti que ces films isolent parfaitement les zones laser de leur environnement (Image 1). De plus, s'il s'agit d'une zone laser soumise à un régime de propreté, ces films doivent également être nettoyés régulièrement. Cependant, obtenir un bon résultat de nettoyage est difficile, car les films flexibles peuvent facilement s'écarter du chiffon de nettoyage.

Un environnement mobile est, comme un environnement fixe, adapté à diverses tâches de fabrication, de mesure et de contrôle, mais offre des avantages inégalés dans les scénarios suivants :

- Flexibilité
Imaginez que vous planifiez une production pour seulement quelques semaines ou mois. Sur de si courtes périodes, la composante économique s'oppose clairement à l'acquisition d'une salle blanche fixe et propre. Il est important que, durant cette période, un flux de production continu avec une qualité constante soit assuré.

- Mobilité
Dans certains cas d'application, il peut être nécessaire que la salle blanche soit déployée de manière flexible sur place et que le site puisse être modifié à volonté. En dernier recours, même sur le parking de l'entreprise, si c'est la seule surface disponible.

- Disponibilité
La nécessité de réagir rapidement et de manière flexible face à de nouvelles conditions du marché ou aux exigences des clients oblige les entreprises à pouvoir présenter des solutions à court terme. Que faire si une réaction doit être apportée en quelques jours ou si une solution est nécessaire pour couvrir la finalisation d'une salle blanche interne à l'entreprise ?

Alternatives à la salle blanche

Pour un secteur de R&D, plusieurs tables optiques connectées doivent être équipées d'une enceinte (environnement miniature) (Image 2). Les paramètres suivants doivent être réalisés :

- Classe de propreté de l'air : ISO 6
- Aucune connexion avec la table optique (découplage par vibrations)
- Parois pliables en verre de sécurité monocristallin conducteur d'électricité (antistatique) pour un accès sans entrave à toutes les zones de la table (ESD), pas de films
- Technologie de ventilation dans les modules de filtres à ventilateurs en courant continu (CEM)
- Éclairage sans influence sur la compatibilité électromagnétique

Initialement, il s'agissait de choisir le nombre nécessaire de modules de filtres à ventilateurs en tenant compte des sources de contamination internes à l'enceinte. La grille de plafond a été conçue de manière à pouvoir ajouter un certain nombre de modules ultérieurement, sans nécessiter de modifications importantes.

Aucune connexion avec la table optique

L'ensemble de l'environnement miniature a été monté sur des supports (Image 3). L'enceinte possède une fente tout autour pour éviter tout contact mécanique avec la table optique. Cela garantit une isolation contre les vibrations suffisante. Cette fente est également nécessaire pour diriger l'air entrant de manière définie. Comme il est important pour les projets de recherche d'effectuer rapidement des modifications sur la configuration expérimentale, cette fente a été utilisée pour faire passer rapidement des câbles ou des tuyaux à l'intérieur.

Parois pliables en verre

En tant que séparation latérale, l'utilisation de films a été délibérément évitée, permettant ainsi une vue sans obstacle à l'intérieur de l'enceinte. De plus, cela évite les dégagements de gaz et les odeurs liés aux films. Le système de parois pliables vers le haut permet à l'utilisateur d'ouvrir partiellement ou complètement les faces latérales, sans que les films ne gênent. Grâce à leur revêtement antistatique, les verres ne peuvent pas être nettoyés facilement après une longue période (ce qui peut également arriver avec des films ou des solutions en plastique), répondant ainsi à toutes les exigences en matière d'électricité statique. Il s'est avéré par la suite que ce revêtement a également permis de réduire au minimum l'influence électromagnétique présente dans l'espace environnant à l'intérieur de l'enceinte.

Compatibilité électromagnétique et protection laser

Pour réduire toute influence des rayonnements électromagnétiques, la technologie des ventilateurs a été conçue exclusivement avec des moteurs à courant continu. L'électronique d'alimentation nécessaire a été installée dans une pièce adjacente. L'éclairage a été réalisé à l'aide de bandes lumineuses à base d'ampoules à incandescence, ce qui serait aujourd'hui remplacé par un éclairage LED.

Conformément à la classification en une faible classe de protection laser, les surfaces exposées au rayonnement primaire ont été conçues en aluminium anodisé noir. Pour les surfaces exposées au rayonnement secondaire, le verre de sécurité monocristallin a été jugé suffisant (Image 3).

Applications laser avec une puissance laser plus élevée

Pour les solutions de propreté destinées à des applications laser avec une puissance laser plus élevée ou une classe de protection laser supérieure, deux aspects doivent être pris en compte : la protection laser doit être complète et sans faille. Si l'accès au processus doit être visible, il faut utiliser des fenêtres de protection laser appropriées. Toutes les pièces de revêtement doivent comporter des « zones de protection lumineuse (laser) ». Dans le projet BMBF « Profam », le module laser de la ligne de fabrication « microtecfab » a été développé (Images 5a et b).

Ce module peut être intégré de manière transparente dans une ligne de fabrication correspondante, sans négliger la protection laser. La classe de propreté de l'air à l'intérieur du module a été certifiée ISO 4 en fonctionnement complet. Les lasers sont généralement utilisés en association avec des systèmes optiques. Les surfaces des optiques sont donc exposées à une énergie élevée provenant du faisceau laser. Les hydrocarbures et autres composés moléculaires dans l'air sont « fracturés » en lien avec la puissance laser et s'incrustent alors sous forme de carbone sur les surfaces optiques. Cela entraîne une augmentation du nettoyage régulier nécessaire. Avec une solution de filtration d'air adaptée, la fréquence de nettoyage peut toutefois être prolongée (Image 6).

Un mot sur la fabrication optique

Il existe peu de processus de fabrication où autant de particules apparaissent en raison du processus que lors du polissage des optiques. Alors, pourquoi poser la question de conditions environnementales propres et définies lors du polissage ? Il ne s'agit pas tant du nombre de particules en soi, mais du nombre et de la taille des particules étrangères qui ne proviennent pas du médium de polissage. Ces particules étrangères peuvent alors provoquer des micro-rayures sur les surfaces optiques, nuisant à la qualité optique. Cependant, cela soulève une autre question : une haute pureté est atteinte par une alimentation en air pur via un système de filtres et un renouvellement d'air élevé, favorisant un air propre pour le processus et évacuant l'air contaminé. Cela crée toutefois des fluctuations de température de l'air qui vont à l'encontre d'une usinage de précision des surfaces optiques. Un traitement dans la gamme λ/4 devient ainsi presque impossible. La difficulté consiste à résoudre cette contradiction par une solution technique adaptée.