Met Maß & Doel

Afbeelding 1: Laserbeschermfolies bieden niet altijd voldoende afscherming, omdat de wandverbinding bij de kabelgoten niet gegarandeerd is.

Afbeelding 2: CAD-model van de mini-omgeving

Afbeelding 3: Omheining van de optische tafels in het onderzoeksbedrijf.

Afbeelding 5a: «Microtecfab» voor laserapplicaties

Afbeelding 5b: Microtecfab voor een vergelijkbare toepassing

Afbeelding 6: Ventilator-filtermodule met chemische voorfiltratie afgestemd op de toepassing.

Bij het toepassen van optische technologieën en bij de productie van optische componenten en laseronderdelen speelt de zuiverheid- en cleanroomtechniek een steeds belangrijkere rol. Het is echter niet altijd nodig om een kostbare cleanroom te installeren. Minienvironments bieden vaak voldoende bescherming.

In de optische technologieën gaat het niet per se om het gebruik van cleanrooms in de productie; de term “cleanroomtechniek” omvat eerder een heel scala aan producten en diensten. Toch wordt de klassieke cleanroom vaak verkozen boven een puur product- of procesomgeving, zonder vooraf de eigen processen in relatie tot de volledige procesketen te bekijken. Vaak zijn het slechts enkele processen die een verhoogde zuiverheid vereisen. Alle processen in een cleanroom onderbrengen is qua investerings- en bedrijfskosten nooit de meest gunstige optie.

Technische eisen aan de luchtzuiverheid

De luchtzuiverheid voor een optische of laserapplicatie speelt niet alleen een belangrijke rol bij het aantal deeltjes in de lucht of op oppervlakken. Ook de samenstelling van de deeltjes (materiaal) en de zuiverheid van de lucht met betrekking tot moleculaire contaminaties (AMC – Airborne Molecular Contamination) moeten in de analyse worden meegenomen. Bij de aspecten elektrostatica en EMC moet worden opgemerkt dat een groot aantal proces-specifieke onderdelen en machine- en apparaatcomponenten elektrostatisch afleidbaar moeten zijn om de invloed van ontladingen of elektromagnetische invloeden te verminderen. Voor de te realiseren zuiverheidsoplossing moeten geschikte componenten worden gekozen. De eventueel noodzakelijke lasershieldingmaatregelen moeten worden uitgevoerd volgens de laserklasse. Hier kort een woord over lasershieldfolies als ruimteafscheiding: lasershieldfolies bieden geen 100% bescherming tegen laserstraling, omdat niet gegarandeerd kan worden dat deze folies lasergebieden volledig afscheiden van de omgeving (Afbeelding 1). Bovendien, als het om een lasergebied gaat dat onder een reinheidsregime valt, moeten deze folies ook regelmatig worden gereinigd. Een goede reiniging is echter moeilijk te bereiken, omdat de flexibele folies gemakkelijk uitwijken voor het reinigingsdoek.

Een mobiele cleanroom is, net als een vaste installatie, geschikt voor diverse fabricage-, meet- en testtaken, maar biedt in de volgende voorbeeldscenario’s onverslaanbare voordelen:

- Flexibiliteit
Stel dat u een productie plant voor slechts enkele weken of maanden. In zulke korte tijdframes spreekt de economische component duidelijk tegen het aanschaffen van een eigen, vaste cleanroom. Belangrijk is dat gedurende deze periode een continue productiestroom met constante hoge kwaliteit wordt gewaarborgd.

- Mobiliteit
In sommige toepassingen kan het nodig zijn dat de cleanroom flexibel op locatie kan worden ingezet en dat de locatie naar wens kan worden gewijzigd. In het uiterste geval zelfs op de parkeerplaats van het bedrijf, indien dat de enige beschikbare ruimte is.

- Beschikbaarheid
De noodzaak om snel en flexibel te kunnen reageren op nieuwe marktomstandigheden of klantvereisten dwingt bedrijven om kortetermijnoplossingen te kunnen presenteren. Wat als binnen enkele dagen moet worden gereageerd of als er een oplossing nodig is om de voltooiing van een eigen cleanroom te overbruggen?

Alternatieven voor de cleanroom

Voor een R&D-gebied moeten meerdere, onderling verbonden optische tafels worden uitgerust met een behuizing (Minienvironment) (Afbeelding 2). Daarbij moeten de volgende parameters worden gerealiseerd:

- Reinigingsklasse van de lucht: ISO 6
- Geen verbinding met de optische tafel (trillingsontkoppeling)
- Opvouwbare luchtafschermingen van geleidend veiligheidsglas voor onbelemmerde toegang tot alle tafelgebieden (ESD), geen folies
- Ventilatietechniek in de ventilator-filtermodules in gelijkspanningsuitvoering (EMV)
- Verlichting zonder EMV-beïnvloeding

Allereerst ging het om de selectie van het benodigde aantal ventilator-filtermodules, rekening houdend met de aanwezige contaminatiebronnen binnenin de behuizing. Daarbij werd het plafondrooster zo gekozen dat een bepaald aantal modules later kan worden aangebracht zonder extra aanpassingen.

Geen verbinding met de optische tafel

De volledige Minienvironment werd op steunen gebouwd (Afbeelding 3). De behuizing heeft een rondom lopende spleet, zodat er geen mechanische aanraking met de optische tafel kan ontstaan. Hiermee is voldoende voldaan aan de vereiste trillingsontkoppeling. Deze spleet is bovendien nodig om de inkomende lucht op een gedefinieerde manier af te voeren. Omdat het voor onderzoeksprojecten belangrijk is om snel wijzigingen aan de proefopstelling door te voeren, kon de spleet worden gebruikt om snel kabels of slangen naar binnen te trekken.

Opvouwbare luchtafschermingen

Voor de zijafscheiding werd bewust afgezien van folies, zodat een onbelemmerd zicht op de binnenkant van de behuizing mogelijk is. Daarnaast werden uitgasvorming en geurhinder door de folies vermeden. Het omhoog klapbare afschermingssysteem stelt de medewerker in staat om de zijvlakken half of volledig te openen, zonder dat de folies in de weg zitten. Door de elektrostatisch afleidbare coating van het glas, die bovendien ook na lange tijd niet te reinigen is (wat bij folies of kunststofoplossingen wel het geval is), wordt voldaan aan alle eisen op het gebied van elektrostatica. Achteraf bleek dat deze coating ook de elektromagnetische beïnvloeding in de omringende ruimte tot een minimum heeft beperkt binnenin de behuizing.

EMV- en lasershielding

Om elke invloed door elektromagnetische straling te verminderen, werd bij de ventilatortechniek consequent gekozen voor gelijkstroommotoren. De benodigde voedings-elektronica werd daarom in de aangrenzende ruimte geïnstalleerd. De verlichting gebeurde via lichtstrips op gloeilampbasis, wat tegenwoordig met LED-verlichting zou worden gedaan.

Volgens de classificatie in een lage lasershieldklasse werden de oppervlakken die mogelijk blootgesteld konden worden aan de primaire straling, gemaakt van
zwart geanodiseerd aluminium. Voor de oppervlakken die aan secundaire straling worden blootgesteld, was het veiligheidsglas uit één stuk voldoende (Afbeelding 3).

Laserapplicaties met hogere laservermogen

Voor zuiverhedenoplossingen voor laserapplicaties met een hoger laservermogen of een hogere lasershieldklasse zijn er twee aspecten om rekening mee te houden: De lasershielding moet volledig en naadloos worden gewaarborgd. Als inzicht in de procesruimte noodzakelijk is, moeten daarvoor geschikte lasershieldramen worden gebruikt. Bij alle bekledingsdelen moeten zogenaamde (laser-)lichtschermvallen worden toegepast. In het BMBF-project “Profam” werd het lasersysteem van de productielijn “microtecfab” ontwikkeld (Afbeeldingen 5a en b).

Dit systeem kan naadloos worden geïntegreerd in een passende productielijn, zonder de lasershielding te verwaarlozen. Als luchtzuiverheidsklasse werd binnen het systeem klasse ISO 4 aangetoond in volledige werking. Lasers worden meestal in combinatie met optische systemen gebruikt. De oppervlakken van de optieken worden daardoor blootgesteld aan hoge energie door de laserstraal. Koolwaterstoffen en andere moleculaire verbindingen in de lucht worden in combinatie met laservermogen “gecrackt” en branden zich vervolgens als koolstof in de optische oppervlakken in. Dit leidt tot een verhoogde regelmatige reinigingsinspanning. Met een geschikte luchtfilteroplossing kan het reinigingsinterval echter worden verlengd (Afbeelding 6).

Een woord over optiekproductie

Er zijn nauwelijks fabricageprocessen waarin per proces zoveel deeltjes ontstaan als bij het polijsten van optieken. Waarom dan de vraag naar schone, gedefinieerde omgevingsomstandigheden tijdens het polijstproces? Het gaat minder om het aantal deeltjes op zich, maar om de hoeveelheid en grootte van vreemde deeltjes die niet uit het polijstmiddel komen. Deze vreemde deeltjes kunnen microscopische krassen op de optische oppervlakken veroorzaken, wat de optische kwaliteit negatief beïnvloedt. Maar daarmee ontstaat ook een andere vraag: Een hoge zuiverheid wordt bereikt door een zuivere luchtvoorziening met een filtersysteem en een daarmee verbonden hoge luchtverversing, die schone lucht naar het proces brengt en besmette lucht afvoert. Dit veroorzaakt echter schommelingen in de luchttemperatuur, wat een precisiere verwerking van optische oppervlakken bemoeilijkt. Een bewerking binnen het λ/4-bereik is daardoor bijna niet meer haalbaar. De uitdaging is om deze tegenstelling op te lossen met een afgestemde technische oplossing.