Prevenzione anziché limitare i danni

Camera sterile nell'industria dei semiconduttori.

Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, Amministratore Delegato della Merkle CAE Solutions GmbH.

Le camere bianche sono progetti di costruzione costosi. Il volume di investimento si aggira tra 1.000 e 5.000 euro per metro quadrato, nelle produzioni di semiconduttori può arrivare fino a 20.000 euro per metro quadrato, risultando in costi complessivi di milioni di euro per una camera bianca di 1.000 metri quadrati. Tuttavia, molti costruttori rinunciano a una misura che rappresenta solo una frazione dell'investimento totale, ma che può ridurre significativamente i rischi principali: l'analisi fluidodinamica e di particelle tramite simulazione CFD (Computational Fluid Dynamics).

Le conversazioni con produttori e fornitori mostrano un quadro sorprendentemente uniforme: le simulazioni vengono raramente utilizzate nelle prime fasi del progetto – spesso solo quando durante il funzionamento si verificano fenomeni di flusso imprevisti, ricircoli di particelle o zone morte. In tali casi, le cause devono essere identificate successivamente e talvolta corrette a costi elevati. Merkle CAE Solutions, specializzata in calcoli di simulazione numerica, viene spesso coinvolta solo quando i problemi sono già sorti. Tuttavia, molte di queste sfide si potrebbero evitare in anticipo attraverso analisi digitali.

Una simulazione CFD comporta in media circa uno o due percento dei costi di costruzione di una camera bianca. Per un progetto con un volume di un milione di euro, ciò corrisponde a circa 5.000-20.000 euro – una cifra relativamente bassa rispetto ai potenziali costi successivi. La simulazione permette una valutazione preventiva del flusso d'aria, la visualizzazione dei movimenti di particelle e l'analisi dei campi di temperatura. Zone morte, vortici indesiderati o concentrazioni critiche di particelle possono essere individuate già prima dell'inizio dei lavori. Per gli operatori di impianti di produzione sensibili, come nell'ottica, nella tecnologia medica o farmaceutica, ciò garantisce una sicurezza decisionale fondamentale.

I processi di flusso nelle camere bianche sono sensibili anche alle più piccole variazioni in geometria, dotazioni e parametri di funzionamento. Quindi, i valori di esperienza da soli spesso non sono sufficienti per prevedere con affidabilità le interazioni complesse. La simulazione serve come base oggettiva per progettare in modo che le emissioni di aria, le posizioni dei filtri o le disposizioni delle macchine rispettino costantemente le classi di purezza specificate. Errori di pianificazione possono causare danni economici significativi – ad esempio, se un cliente rifiuta l'avvio perché le deposizioni di particelle compromettono la qualità del prodotto.

«Con le simulazioni multiphysics possiamo già simulare le camere bianche, compreso l'ambiente di produzione e lavoro previsto», afferma il Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, amministratore delegato di Merkle CAE Solutions GmbH. «In questo modo, sappiamo non solo se la camera bianca funziona, ma anche se la produzione pianificata può svolgersi senza problemi, germi e particelle».

Merkle CAE Solutions considera quindi l'analisi CFD non come un elemento aggiuntivo, ma come una componente integrale di una pianificazione preventiva delle camere bianche. Contribuisce a ridurre i rischi, evitare lavori di rifacimento e garantire la funzionalità di ambienti di produzione altamente sensibili. Per i costruttori, ciò significa che un minore sforzo di pianificazione protegge da correzioni costose e di lunga durata durante il funzionamento.