¿Qué hay detrás de la operación del cuarto limpio del CIDESI?
El funcionamiento de estas increíbles instalaciones, los cuartos limpios, (ver video), requiere de equipos especializados y personal altamente calificado encargado de operarlo y mantenerlo, aunque muchas veces pasan desapercibidos, o no se es consiente de su existencia, son muy importantes y sin ellos no se podrían llevar acabo las tareas que adentro de el se desarrollan . Entre los sistemas considerados más importantes están los siguientes:
- Unidades Manejadoras de Aire (UMAS)
- Humidificadores y deshumidificadores
- Controladores de temperatura
- Planta tratadora de agua
- Suministro de gases
- Extracción y neutralización de vapores tóxicos generados
Si estas interesado en hacer uso de las instalaciones del cuarto limpio de CIDESI Querétaro, no dudes en contactarnos…
Unidades Manejadoras de Aire (UMAS)
Las UMAS del cuarto limpio de CIDESI Querétaro, Fig. 1a, son los equipos que se encargan de inyectar, filtrar y limpiar el aire atmósferico en el cuarto limpio. Para que se puedan tener bahías con condiciones de clase 100, las UMAS realizan un proceso de recirculación de 400 a 480 cambios de aire por hora, donde los filtros HEPA (High Efficiency Particulate Air) cubren del 60 al 80% del techo. Respecto a las bahías clase 1000, las UMAS realizan de 120 a 150 cambios de aire por hora, considerando una cobertura del 40 al 50% con filtros HEPA.
Es importante mencionar que estos filtros HEPA tienen un 99.99% de eficiencia de acuerdo al proveedor y que el eficiente sistema de recirculación del aire en las bahías, contemplan rejillas fijas a las paredes internas del cuarto limpio.
a) En la imagen se pueden observar las cinco UMAS del cuarto limpio de CIDESI Querétaro, las capacidades de filtrado de estos equipos determinan la clasificación 100 y 1000 del cuarto limpio.
b) Chiller, sistema de enfriamiento 
c) Ductos y sistemas de bombeo
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Control de humedad
Para la fabricación de dispositivos, el cuarto limpio en CIDESI Querétaro, debe operar con condiciones de humedad entre 40 y 60%, respectivamente. Para alcanzar estas condiciones de humedad, se cuenta con sistemas humidificadores y deshumidificadores que son controlados por los PLC de las UMAS. En el caso que la humedad sea menor al 40%, el humidificador recibe la señal del PLC y dejará pasar agua de la red pública, para así encender un banco de resistencias y generar vapor, este vapor se mezclará con el aire existente en las manejadoras y así se incrementará el valor de la humedad en las manejadoras, y por ende, regulará la humedad dentro del cuarto limpio. Cuando el valor de humedad es mayor al 60%, el PLC envía señal al deshumidificador, donde los intercambiadores de calor, y de acuerdo a su funcionamiento, toman fracciones del aire inyectado, y de forma gradual ajustan la cantidad de humedad hasta alcanzar valores dentro del 60%. En la Fig. 2, se muestran los esquemas de operación de los sistemas de humidificación y deshumidificación del cuarto limpio.
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Control de temperatura
La temperatura al interior del cuarto limpio esta predefinida para operar a 20 °C. El control de temperatura se realiza a través de un chiller, Fig. 1b. Sí los valores de temperatura fueran menores a 20 °C, los sistemas de válvulas solenoides se cierran y se enciende el banco de resistencias para aumentar la temperatura del cuarto limpio. En caso contrario, que se registren temperaturas mayores a 20 °C, el chiller suministrara agua helada, alrededor de 5 a 6 ºC a las UMAS, las válvulas solenoide se abrirán, y de esta forma se regulará la temperatura a 20 ºC con el aire que es inyectado dentro del cuarto limpio. En la Fig. 3, se muestran los esquemas de operación de los sistemas de control de temperatura del cuarto limpio.
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Planta tratadora de agua
Para obtener agua desionizada, el cuarto limpio de CIDESI cuenta con una planta tratadora de agua con el objetivo de abastecer el consumo requerido para la fabricación de dispositivos. Ver Fig. 4. El agua que se obtiene, cuenta con una resistividad de al menos 18 Mohm-cm.
El proceso de purificación de agua implementado para obtener agua desionizada consta principalmente de tres etapas que describimos a continuación:
En la primer etapa se inyecta agua cruda con un hidroneumático hacia el tren de filtrado, en donde las columnas de filtrado de carbón activado, lecho profundo y suavización, se encargaran de la remoción de iones de Ca y Mg, sólidos suspendidos y materia orgánica que permiten obtener agua parcialmente desmineralizada. En la segunda etapa, el agua pasa por un dosificador anticrustante que elimina la materia orgánica restante de la primera etapa y posteriormente llega al proceso de ósmosis inversa, donde se realiza la filtración de sólidos suspendidos, y se obtiene agua con calidad de 1 Mohm-cm, posteriormente, esta agua, es almacenada en un tanque de polipropileno de 1100 L. En la tercer etapa, el agua que esta almacenada es presurizada y bombeada por un segundo hidroneumático hacia las columnas de intercambio iónico, donde se van a filtrar y remover partículas de 2 µm, posteriormente, el agua pasara por una fuente UV, que eliminará posibles micro-organismos en el agua, en este punto, el agua es suministrada al cuarto limpio con una resistividad de 18 a 22 Mohm-cm. Gracias a este proceso podemos garantizar una alta calidad en los procesos de microfabricación en el cuarto limpio. En la Fig. 5, se muestran los esquemas de operación de los sistemas de control de temperatura del cuarto limpio.
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Suministro de Gases
Varios de los equipos que utilizamos en la fabricación de dispósitivos dentro del cuarto limpio, como los sistemas e-beam, Sputtering, DRIE, PECVD, alineadoras y hornos tubulares requieren líneas de suministro de gases pasa su operación, todas estas líneas, así como el diseño, accesorios y la instalación fue ejecutada por el personal de infraestructura del cuarto limpio.
Entre los gases con los que operamos estan; argón, nitrógeno, oxígeno y clorofluorocarbonos. Recientemente, se instaló un tanque de 2m3, que abastece varios de los sistemas que requieren de este gas, a corto plazo, tenemos contemplado suministrar nitrógeno líquido para operaciones que se requieran en CIDESI Querétaro. Como mantenimiento preventivo, se realizan monitoreos constantes y ensayos en las instalaciones de gases para detección de fugas.
Fig. 6. En la imagen de la izquierda se observa cilindros de oxígeno y argón, en la imagen de la derecha se observa el tanque de nitrógeno del cuarto limpio.
Extracción y neutralización de vapores tóxicos generados
La generación y disposición de residuos peligrosos como gases, son de especial interés y cuidado, a continuación te decimos como realizamos esta actividad en el cuarto limpio de CIDESI Querétaro. Actualmente, contamos con un sistema de extracción de vapores tóxicos (Scrubber), el cual cuenta con tres columnas para contaminantes de naturaleza orgánica, alcalina y ácida
A través de sistemas con carbono activado se filtran los vapores orgánicos y alcalinos provenientes de las bahías de fotolitografía, revelado y de procesamiento húmedo (Orgánicos), respectivamente. Para neutralizar los vapores ácidos, el sistema enjua los vapores con llovizna alcalina (KOH al 10%) neutralizandolos y los libera al exterior. Esté Scrubber cuenta con un lector de pH. Para neutralizar los filtros de carbono activado utilizados, el sistema los enjuaga con llovizna de HCl y KOH al 10%.
De manera resumida, estos son los sistemas que permiten la operación adecuada de las instalaciones del cuarto limpio y que contribuyen para que el personal que utiliza estas instalaciones realice el desarrollo de dispositivos de una manera optima, si tu grupo de infraestructura requiere asesoría en alguno de estos sistemas, no dudes en contactarnos.
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El equipo de la Dirección de Microtecnologías (DMT)
Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial (CIDESI)