1. Élimination des particules de poussière dans une salle blanche exempte de poussière
La fonction principale d'une salle blanche est de contrôler la propreté, la température et l'humidité de l'atmosphère à laquelle sont exposés des produits (tels que des puces de silicium, etc.), afin de garantir un environnement de production optimal. Cet espace est appelé salle blanche. Selon les normes internationales, le niveau de propreté est principalement déterminé par le nombre de particules par mètre cube d'air dont le diamètre est supérieur à la norme de classification. Autrement dit, un environnement dit « sans poussière » n'est pas exempt de poussière à 100 %, mais contrôlé à un niveau très faible. Bien sûr, les particules répondant à la norme de poussière sont déjà très petites comparées à la poussière courante, mais pour les structures optiques, même une infime quantité de poussière peut avoir un impact négatif considérable. L'absence de poussière est donc une exigence incontournable pour la production de structures optiques.
Le contrôle du nombre de particules de poussière d'une taille supérieure ou égale à 0,5 micron par mètre cube à moins de 3 520/mètre cube permet d'atteindre la classe A de la norme internationale relative aux environnements sans poussière. La norme relative aux environnements sans poussière utilisée dans la production et le traitement des puces électroniques impose des exigences plus strictes que la classe A et est principalement appliquée à la production de puces de haute technologie. Le nombre de particules de poussière y est rigoureusement contrôlé à 35 200 par mètre cube, ce qui correspond généralement à la classe B dans l'industrie des salles blanches.
2. Trois types d'états de salle blanche
Salle blanche vide : une salle blanche construite et opérationnelle. Elle dispose de tous les services et fonctions nécessaires. Cependant, aucun opérateur n’y exploite d’équipement.
Salle blanche statique : une salle blanche dotée de toutes les fonctions, des réglages et de l’installation appropriés, qui peut être utilisée conformément aux paramètres ou qui est déjà en service, mais sans opérateurs présents dans l’installation.
Salle blanche dynamique : une salle blanche en usage normal, avec toutes les fonctions de service, les équipements et le personnel nécessaires ; si besoin, le travail normal peut y être effectué.
3. Éléments de contrôle
(1). Peut éliminer les particules de poussière flottant dans l'air.
(2). Peut empêcher la génération de particules de poussière.
(3). Contrôle de la température et de l'humidité.
(4). Régulation de la pression.
(5). Élimination des gaz nocifs.
(6). Étanchéité à l'air des structures et des compartiments.
(7). Prévention de l'électricité statique.
(8). Prévention des interférences électromagnétiques.
(9). Prise en compte des facteurs de sécurité.
(10). Prise en compte des économies d'énergie.
4. Classification
Type d'écoulement turbulent
L'air pénètre dans la salle blanche par le caisson de climatisation, via la gaine de ventilation et le filtre HEPA. Il est ensuite acheminé par les panneaux de séparation ou les planchers surélevés situés de part et d'autre de la salle blanche. Le flux d'air n'est pas linéaire, mais présente un régime turbulent irrégulier. Ce type de ventilation convient aux salles blanches de classe 1 000 à 100 000.
Définition : Une salle blanche où le flux d'air est irrégulier et non parallèle, accompagné de reflux ou de courants de Foucault.
Principe : Les salles blanches turbulentes utilisent le flux d'air d'alimentation pour diluer en continu l'air intérieur et diluer progressivement l'air pollué afin d'atteindre la propreté (les salles blanches turbulentes sont généralement conçues à des niveaux de propreté supérieurs à 1 000 à 300 000).
Caractéristiques : Les salles blanches à turbulence utilisent une ventilation multiple pour atteindre différents niveaux de propreté. Le nombre de renouvellements d’air détermine le niveau de purification (plus il y a de renouvellements, plus le niveau de propreté est élevé).
(1) Temps d'auto-épuration : désigne le temps nécessaire pour que la salle blanche commence à être ventilée conformément au taux de ventilation prévu et que la concentration de poussière dans la salle atteigne le niveau de propreté prévu. Pour la classe 1 000, ce temps ne devrait pas excéder 20 minutes (15 minutes peuvent être utilisées pour le calcul). Pour la classe 10 000, ce temps ne devrait pas excéder 30 minutes (25 minutes peuvent être utilisées pour le calcul). Pour la classe 100 000, ce temps ne devrait pas excéder 40 minutes (30 minutes peuvent être utilisées pour le calcul).
(2) Fréquence de ventilation (conçue selon les exigences de temps d'autonettoyage ci-dessus) classe 1 000 : 43,5 à 55,3 fois/heure (standard : 50 fois/heure) classe 10 000 : 23,8 à 28,6 fois/heure (standard : 25 fois/heure) classe 100 000 : 14,4 à 19,2 fois/heure (standard : 15 fois/heure)
Avantages : structure simple, faible coût de construction du système, salle blanche facile à agrandir, dans certains lieux à usage spécifique, une table de préparation sans poussière peut être utilisée pour améliorer le niveau de propreté de la salle blanche.
Inconvénients : les particules de poussière soulevées par les turbulences restent en suspension dans l’espace intérieur et sont difficiles à éliminer, ce qui peut facilement contaminer les produits. De plus, si le système est arrêté puis redémarré, le niveau de propreté requis est souvent long à atteindre.
Flux laminaire
L'air circule en flux laminaire, de manière uniforme et rectiligne. Il pénètre dans la pièce à travers un filtre à couverture de 100 % et est rejeté par le plancher surélevé ou les cloisons latérales. Ce type de ventilation convient aux environnements de salles blanches de classe élevée, généralement de classe 1 à 100. Il en existe deux types :
(1) Flux laminaire horizontal : l’air est expulsé du filtre horizontalement dans une seule direction et repris par le système de retour d’air situé sur la paroi opposée. Les poussières sont évacuées à l’extérieur dans le sens de l’air. Généralement, la pollution est plus importante en aval.
Avantages : Structure simple, stabilisation rapide après mise en service.
Inconvénients : Le coût de construction est plus élevé que pour un flux turbulent, et l'espace intérieur n'est pas facile à agrandir.
(2) Flux laminaire vertical : Le plafond de la pièce est entièrement recouvert de filtres ULPA et l’air est soufflé de haut en bas, ce qui permet d’obtenir une propreté accrue. La poussière générée pendant le processus ou par le personnel peut être rapidement évacuée à l’extérieur sans affecter les autres zones de travail.
Avantages : Facile à gérer, un état stable peut être atteint peu de temps après le démarrage de l'opération, et n'est pas facilement affecté par l'état de fonctionnement ou les opérateurs.
Inconvénients : Coût de construction élevé, difficulté à utiliser l’espace de manière flexible, les supports de plafond occupent beaucoup d’espace et la réparation et le remplacement des filtres sont fastidieux.
Type composite
Le type composite consiste à combiner ou à utiliser simultanément un flux turbulent et un flux laminaire, ce qui permet de fournir localement de l'air ultra-pur.
(1) Tunnel propre : Utilisez des filtres HEPA ou ULPA pour couvrir 100 % de la zone de traitement ou de la zone de travail afin d'augmenter le niveau de propreté au-dessus de la classe 10, ce qui peut permettre de réduire les coûts d'installation et d'exploitation.
Ce type de machine exige que la zone de travail de l'opérateur soit isolée du produit et de la maintenance de la machine afin d'éviter d'affecter le travail et la qualité pendant la maintenance de la machine.
Les tunnels propres présentent deux autres avantages : A. Ils sont faciles à agrandir de manière flexible ; B. La maintenance des équipements peut être facilement effectuée dans la zone de maintenance.
(2) Système de nettoyage des tubes : Ce système entoure et purifie le flux de produit de la ligne de production automatisée, et porte le niveau de propreté à une classe supérieure à 100. Grâce à l'isolation du produit, de l'opérateur et de l'environnement générateur de poussière, un faible apport d'air suffit pour obtenir une propreté optimale, ce qui permet des économies d'énergie. Ce système est particulièrement adapté aux lignes de production automatisées ne nécessitant pas d'intervention manuelle. Il est notamment utilisé dans les industries pharmaceutique, agroalimentaire et des semi-conducteurs.
(3) Zone propre : Le niveau de propreté de la zone de traitement du produit dans la salle blanche turbulente avec un niveau de salle blanche de 10 000 à 100 000 est augmenté à 10 à 1 000 ou plus à des fins de production ; les établis propres, les hangars propres, les salles blanches préfabriquées et les armoires propres appartiennent à cette catégorie.
Banc propre : classe 1~100.
Cabine à flux laminaire : Petit espace entouré d’une bâche plastique transparente antistatique, situé dans une salle blanche à environnement contrôlé. Équipée de filtres HEPA ou ULPA indépendants et d’un système de climatisation, elle offre un niveau de propreté élevé (de 10 à 1 000), une hauteur sous plafond d’environ 2,5 mètres et une surface au sol d’environ 10 m² ou moins. Montée sur quatre piliers et équipée de roulettes, elle est facile à déplacer.
5. Flux d'air
Importance du flux d'air
La propreté d'une salle blanche dépend souvent de la circulation de l'air. Autrement dit, le mouvement et la dispersion des poussières générées par le personnel, les compartiments des machines, les structures du bâtiment, etc., sont contrôlés par la circulation de l'air.
La salle blanche utilise des filtres HEPA et ULPA pour filtrer l'air, avec un taux de captation des poussières de 99,97 % à 99,99995 %, garantissant ainsi un air très pur. Cependant, outre le personnel, la salle blanche contient également des sources de poussières, comme les machines. Une fois ces poussières dispersées, il devient impossible de maintenir un espace propre ; il est donc indispensable d'utiliser une ventilation pour évacuer rapidement les poussières produites vers l'extérieur.
Facteurs d'influence
De nombreux facteurs influent sur le flux d'air dans une salle blanche, tels que les équipements de production, le personnel, les matériaux d'assemblage, les luminaires, etc. Il convient également de prendre en compte le point de dérivation du flux d'air au-dessus des équipements de production.
Le point de dérivation du flux d'air sur la surface d'une table de travail ou d'un équipement de production doit être positionné aux deux tiers de la distance entre la zone de salle blanche et la cloison. Ainsi, pendant l'intervention de l'opérateur, le flux d'air circule de l'intérieur de la zone de production vers la zone de travail, emportant la poussière. Si le point de dérivation est placé devant la zone de production, la dérivation sera inefficace. Dans ce cas, la majeure partie du flux d'air se dirigera vers l'arrière de la zone de production, transportant la poussière générée par l'opérateur vers l'arrière de l'équipement et contaminant la table de travail, ce qui entraînera inévitablement une baisse de rendement.
Dans les salles blanches, les obstacles tels que les tables de travail génèrent des courants de Foucault à leur jonction, et la propreté à proximité est alors relativement médiocre. Percer un orifice de reprise d'air sur la table de travail permet de minimiser ce phénomène. Le choix judicieux des matériaux d'assemblage et l'agencement optimal des équipements sont également des facteurs déterminants pour l'apparition de ces courants de Foucault.
6. Composition de la salle blanche
La composition d'une salle blanche est constituée des systèmes suivants (dont aucun n'est indispensable aux molécules du système), sans quoi il serait impossible de constituer une salle blanche complète et de haute qualité :
(1) Système de plafond : comprenant une tige de plafond, une poutre en I ou en U, une grille de plafond ou un cadre de plafond.
(2) Système de climatisation : comprenant la cabine d'air, le système de filtration, l'éolienne, etc.
(3) Cloison : y compris les fenêtres et les portes.
(4) Sol : y compris le plancher surélevé ou le plancher antistatique.
(5) Luminaires : lampe plate de purification LED.
La structure principale de la salle blanche est généralement constituée de barres d'acier ou de ciment osseux, mais quel que soit le type de structure, elle doit répondre aux conditions suivantes :
A. Aucune fissure n'apparaîtra en raison des variations de température et des vibrations ;
B. Il n'est pas facile de produire des particules de poussière, et il est difficile pour ces particules de s'attacher ;
C. Faible hygroscopicité ;
D. Afin de maintenir les conditions d'humidité dans une salle blanche, l'isolation thermique doit être élevée ;
7. Classification par usage
salle blanche industrielle
Le contrôle des particules inertes est l'objectif principal. Il vise à limiter la pollution de l'air par les poussières et autres particules susceptibles d'affecter l'équipement en fonctionnement, tout en maintenant une pression interne positive. Ce système est adapté aux industries de la mécanique de précision, de l'électronique (semi-conducteurs, circuits intégrés, etc.), de l'aérospatiale, de la chimie de haute pureté, de l'énergie atomique, des produits optiques et magnétiques (production de CD, films, bandes magnétiques), des écrans LCD (verre à cristaux liquides), des disques durs et têtes d'impression d'ordinateurs, et à d'autres secteurs.
salle blanche biologique
Il contrôle principalement la pollution de l'objet en fonctionnement par des particules vivantes (bactéries) et inanimées (poussières). Il peut être divisé en :
A. Salle blanche biologique générale : elle sert principalement à contrôler la contamination microbienne (bactérienne) des objets. Ses matériaux internes doivent résister à la corrosion par divers agents stérilisants, et l’intérieur est généralement maintenu en surpression. Ces matériaux doivent notamment supporter les différents traitements de stérilisation utilisés en salle blanche industrielle. Exemples : industrie pharmaceutique, hôpitaux (blocs opératoires, unités stériles), production agroalimentaire, cosmétique et de boissons, animaleries, laboratoires d’analyses physico-chimiques, centres de transfusion sanguine, etc.
B. Salle blanche de sécurité biologique : elle contrôle principalement la contamination de l’environnement extérieur et des personnes par des particules vivantes issues de l’objet manipulé. La pression interne doit être maintenue négative par rapport à l’atmosphère. Exemples : bactériologie, biologie, laboratoires propres, génie physique (gènes recombinants, préparation de vaccins).
Date de publication : 7 février 2025