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Old September 27th, 2009, 12:23 AM   #1
Mbv-POA
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Reportagem da Revista Téchne (abril de 2007), para quem gosta de engenharia. Dá uma idéia da complexidade do CEITEC

CEITEC

Controle total


Limpeza, ausência de vibrações e ambiente totalmente condicionado desde a construção são os desafios da obra que pode colocar o Brasil na rota da microeletrônica

Por Bruno Loturco

RESUMO

Obra: Ceitec (Centro de Excelência em Tecnologia Eletrônica Avançada) Cliente: Ministério da Ciência e Tecnologia Execução: Consórcio Racional - Delta Localização: Porto Alegre (RS) Construção: entre maio de 2005 e o segundo semestre de 2007 Área construída: 14,6 mil m2 Terreno: 56 mil m2 Volume de concreto: 5.350 m3 Quantidade de aço utilizada: concreto armado - 435 t; estruturas metálicas - 100 t Isolamento térmico: 5.100 m2 Painéis de fachada: 5.500 m2 Impermeabilizações: 5.150 m2 Esquadrias de alumínio: 20 t Vidros laminados refletivos: 850 m2 Alimentação elétrica: duas linhas de 13,8 kV Carga instalada normal: 9 mil kva Carga instalada de emergência: 2,35 kva No-breaks: 450 kva Sala limpa classe 100: 800 m2 Sala limpa classe 10.000: 1.100 m2 Prédio administrativo: 5,1 mil m2 Capacidade de operação: 4 mil lâminas mensais, com 300 a 3 mil chips por lâmina Gases: inertes - 9; tóxicos corrosivos e inflamáveis - 27



No final da década de 90, os grandes fabricantes de semicondutores começaram a enxergar além das fronteiras européias e norte-americanas. À época, mesmo com investimentos incipientes, o MCT (Ministério da Ciência e Tecnologia) implantou os preceitos do Ceitec (Centro de Excelência em Tecnologia Eletrônica Avançada) para concentrar todas as etapas necessárias ao desenvolvimento e fabricação de CIs (circuitos integrados).

A expectativa é que a fábrica, que será a primeira desse tipo na América Latina, tire o atraso do País na formação de recursos humanos e na criação de centros de atividade de microeletrônica. A obra foi orçada em R$ 148 milhões e está em estágio avançado de construção no bairro da Lomba do Pinheiro, em Porto Alegre. A previsão de conclusão é para o segundo semestre - isso se não houver surpresas no repasse de verbas, que já foi interrompido quatro vezes.


Com fechamentos de blocos de concreto e painéis de concreto branco, o prédio onde estão as salas limpas se une ao de projeto por uma passarela metálica


Em um terreno de 56 mil m2, as áreas de projeto e produção do Ceitec são separadas, interligadas por passarela metálica. A primeira fica no chamado prédio administrativo, com 5,1 mil m2 divididos entre centro de design, escritórios administrativos, engenharia de processo, incubadora tecnológica, salas de aula, anfiteatros e outros. As fundações são em estacas hélice contínuas, que propiciaram maior velocidade de execução, e os fechamentos em blocos de concreto e pele de vidro.

Já o prédio da manufatura contabiliza 9,6 mil m2, com 1,1 mil m2 de sala limpa ISO 7 (classe 1.000) e 800 m2 de sala limpa ISO 5 (classe 100). Esta, o coração da planta, onde serão processadas até 4 mil lâminas de silício, a matéria-prima dos CIs, por mês. Irão gerar, mensalmente, de 300 a 3 mil chips por lâmina. Inicialmente, o dimensionamento mínimo dos circuitos será de 0,65 µ, "mas o projeto está dimensionado para produzir chips com 0,185 µ", salienta Marcos Santoro, diretor executivo da Racional Engenharia.

Complexidade tecnológica

As dimensões microscópicas, incompreensíveis à escala humana (ver quadro), determinaram projeto, execução e operação da fábrica. "Tudo em função do processo de manufatura, sendo determinante a espessura de linha", conta o gestor do contrato, o engenheiro Robinson Sezar, referindo-se à miniaturização dos componentes.


Caso algum líquido seja derramado, valas duplo-contidas evitam contaminação do solo e do lençol freático


Primeiro, alterou-se a implantação no terreno, que dispunha a sala limpa próxima demais à estrada. Com a rotação da planta em 180°, ficou a 40 m da via, distância suficiente para minimizar os efeitos da vibração. Com estrutura totalmente isolada do prédio que a envolve, a sala limpa ISO 5 conta com fundações também em estaca hélice contínua. No entanto, penetram 14 m no terreno e têm 1,6 m de diâmetro para absorver cargas relativamente baixas, da ordem de 125 t. Para a carga, as 55 estacas poderiam ter dimensões reduzidas, mas o volume auxilia na absorção de vibrações periféricas. A mesma função justifica a espessura de 1,10 m da laje nervurada de concreto e o uso de bases e coxins antivibratórios em equipamentos. O objetivo é limitar a vibração a 6,25 µm por segundo. "Os seres humanos percebem vibrações apenas a partir de 500 µm por segundo", compara Sezar.


Na periferia da sala limpa ISO 5 ficam todas as utilidades que a atendem, como centrais de água gelada, caldeiras e rede de gases. Por reunir equipamentos diversos, a execução foi minuciosa


A estrutura do prédio externo à sala limpa é pré-moldada. A sala limpa em si foi moldada in loco. Isso porque, apesar de o primeiro ter execução mais limpa, também está mais suscetível a vibrações.

A quantidade de sistemas envolvidos na produção tornou a obra ainda mais complexa do ponto de vista executivo (veja tabela). "Tem praticamente todas as exigências que uma indústria pode ter", afirma Santoro. A afirmação é motivada pela quantidade de gases ministrados - 36, sendo nove inertes e 27 corrosivos e/ou inflamáveis -, e que depois de usados têm de ser lavados para descarte. Para efeitos de comparação, um hospital trabalha com cerca de dez gases. Além disso, são dois sistemas de vácuo - um de limpeza e outro do processo -, sistema de água ultrapura para manufatura das lâminas de silício, água gelada para ar condicionado e para produção, água quente, ar comprimido, tratamento de efluentes e sistema elétrico redundante e protegido por no-breaks e geradores.

No lado externo, valas duplo-contidas circundam a área de carga e descarga de químicos para a produção. Em caso de derramamentos, os líquidos não entram em contato com o meio ambiente.

Acesso Controlado

Tão logo os equipamentos estejam instalados, o que não havia ocorrido até o fechamento desta edição, a montagem das salas limpas será iniciada. Nessa etapa, o prédio tem de estar pressurizado e os equipamentos devem ser devidamente higienizados antes de adentrarem o ambiente da fábrica.

"A obra tem que ter condições rigorosas de assepsia para a instalação dos equipamentos", salienta Santoro. Os conceitos das salas limpas são baseados em não introdução, não geração e não retenção de partículas.


No topo da fábrica, torres de resfriamento natural de água minimizam a carga sobre os quatro chillers que abastecem a planta

Para tanto, três contêineres equipados para realizar a limpeza serão passagem obrigatória para a entrada tanto de pessoas quanto de maquinário, que já é recebido em embalagens adequadas à higienização.


Espessura de 1,10 m da laje nervurada auxilia na absorção de vibrações; formato de grelha permite fluxo de ar


O acesso dos funcionários é protocolado e exigiu treinamento para que os procedimentos fossem implantados desde as primeiras etapas de construção. Os locais limpos só podem ser acessados por pessoas treinadas para o nível de limpeza ali exigido e portando ordens de serviço pertinentes ao ambiente. Os treinamentos são graduais e escalonados. A primeira fase garante uma identificação de cor verde que atesta treinamento para ambientes com limpeza normal. A segunda, amarela, para a fase limpa. A vermelha, terceira e última, é ultralimpa.

A laje de concreto que receberá o piso elevado de alumínio perfurado também é vazada para garantir o fluxo de ar contínuo e as 300 trocas de ar por hora. Assim como as paredes, a laje foi pintada com epóxi para facilitar a limpeza que é feita constantemente. Sobre a sala, laje de steel deck, recoberta com um sanduíche de manta de EPDM, placas de isolamento térmico e, novamente, EPDM.

Condicionamento do ar


Entre o forro da sala de manufatura e o steel deck estão as passarelas metálicas e todas as instalações e tubulações. Desse ponto é possível fazer manutenções sem adentrar os ambientes limpos

Considerando que uma UTI (Unidade de Terapia Intensiva) troca de ar cerca de 40 vezes por hora, é possível compreender a importância do perfeito funcionamento das utilidades e equipamentos em operação do Ceitec. "Tem que se atentar para controle de temperatura, de umidade relativa, limpeza, pressão e nível de ruído", resume a dupla de projetistas da MW Zander, responsável pelo maquinário das salas limpas, Carlos Aguiar e Hendrik Pantlen.

O sistema HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning, ou aquecimento, ventilação e ar condicionado) conta com dois condicionadores de ar insuflando 100% do ar exterior. Cada um, com 18 t, tem vazão de 66 mil m3/h, capacidade de resfriamento de 1.300 kW e de aquecimento de 700 kW.

Para que permaneça o ano todo com a mesma temperatura, umidade e limpeza, o ar oriundo do exterior é condicionado por dois ventiladores, duas serpentinas de água quente e duas de água gelada, um lavador de ar, um atenuador de ruído e três baterias de filtro. Cada uma responde por um estágio de filtragem: grosso, fino e absoluto.

Tratado, o ar é insuflado no plenum, localizado sobre o forro, com 99,999% de pureza. Ali, FFUs (Filter Fan Units, ou unidades constituídas por ventilador e filtro), em conjunto com as serpentinas geladas, fazem a recirculação do ar e o tornam 99,99999% limpo. A exaustão, após tratamento, é feita por ventiladores.


Apoio à sala limpa ISO 5, que abrigará a montagem, a sala limpa ISO 7 tem, no máximo, 1.000 partículas por pé cúbico e será sede de treinamentos


As serpentinas são alimentadas por uma central de água gelada com capacidade para 2.300 TR (Toneladas de Refrigeração) e por uma central de água quente com capacidade de 2.800 kW. Todas as tubulações de água e dutos de ar se apóiam em amortecedores para evitar qualquer transmissão de vibração aos ambientes de produção.

Dentro da sala, sensores mantêm a temperatura a 21°C, com variação de 1°C para mais ou para menos, a umidade relativa a 45%, com variação de 5%, e a pressão sempre positiva. Elementos como divisórias, pisos, forros e luminárias têm superfície lisa para evitar introduzir, gerar e acumular partículas e facilitar a limpeza.

Limpeza microscópica

No ambiente da sala limpa classe 100 - ou ISO 5 - não são toleradas mais do que 100 partículas por pé cúbico de ar, as quais não são maiores que 0,5 µm (mícron) - 1 µm é igual a um milionésimo de metro. O acesso é restrito e, para evitar queda de cabelo ou mesmo de partículas de pele, a vestimenta é especial. Temperatura e umidade do ar também são rigidamente controladas.

Para entender a necessidade de uma sala tão limpa - mais até que salas cirúrgicas e para transplantes - e tão isenta de vibrações, é necessário adentrar no universo das dimensões envolvidas na manufatura desses circuitos integrados. Para efeito de ilustração, uma das maiores fabricantes de processadores do mundo diz, em seu site, que um grão de sal em um circuito integrado é como uma rocha grande o suficiente para bloquear centenas de vias em uma grande cidade. Assim, apenas uma partícula microscópica é capaz de obstruir diversos circuitos e torná-los imprestáveis.

"O Ceitec está preparado para receber tecnologias de até 0,18 µ", conta Robinson Sezar, gestor do contrato da obra. Com 0,3 mm de espessura e 6" de diâmetro, os wafers de silício - como são chamados as lâminas em que são confeccionados os circuitos -, trabalham com espessuras até 240 vezes mais finas que um fio de cabelo. Estes circuitos são sobrepostos por entre 16 e 50 camadas, conectadas tridimensionalmente entre si. "Se uma contaminação se misturar ao processo de fabricação, pode causar curto ou interrupção do funcionamento de vários chips", explica Sezar.

Além disso, a impressão dos circuitos é feita por exposição à luz ultravioleta, em um processo semelhante ao da fotografia. A precisão, em decorrência das dimensões, é extrema. Logo, o ambiente deve estar totalmente livre de vibrações, que, como em uma fotografia, causariam imprecisões e inutilizariam os processadores.


FICHA TÉCNICA


projeto básico: Spectra Consulting e Tx-US; projeto executivo: Consórcio Racional-Delta; consultoria em vibrações: Zuckriegel Engineering Gmbh; impermeabilização: Phi Consultoria e Projetos de Impermeabilização e RBL Engenharia; instalações eletromecânicas, hidrossanitárias e de incêndio: Temon Técnicas de Montagens e Construções Ltda.; sistema de água gelada e água quente: Heating & Cooling; sistema de gases a granel: Air Products; sistema de tratamento de efluentes industriais: Kurita do Brasil Ltda.; sistema de tratamento de água ultrapura: GE Water & Process Technologies; sistema de vácuo de processo: Heating & Cooling; sistema de água resfriada de processo: Heating & Cooling; compressores: Atlas Copco; fundações: Serki; concreto: Supermix; aço: Belgo Mineira; estruturas metálicas: Metasa/Metalplan; isolamento térmico e impermeabilização: Firestone/Áries; painéis de fachada: Verticon; pavimentações: Concrepedra; blocos de concreto: Tecmold; epóxi: Fosroc/Laservi; esquadrias: Alcoa - Kadesk; chillers: York; sala limpa: Raumtechnik Fellbach Gmbh - Inovate System; instrumentação: Jenoptik; mecânica seca: VSS - Umwelttchnick Gmbh; sala limpa, instrumentação, mecânica seca e vácuo de limpeza: MW Zander FE; grupos geradores: Stemac; UPS: Caterpillar; instrumentação e automação: Johnson Controls
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Old September 28th, 2009, 08:04 PM   #2
Kaique
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Indústrias de ponta são sempre bem vindas!
Essa em particular deve baratear os custos dos computadores e trazer mais tecnología para o continente.
Kaique no está en línea   Reply With Quote
Old September 28th, 2009, 11:29 PM   #3
Sniper
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Depende, né... Os computadores de uso pessoal não vão ter os preços baixados, nunca, por causa dos produtos produzidos no Ceitec, mas outros produtos vão ficar mais baratos, como microcontroladores em geral, set-top boxes de TV digital, etc.
Sniper no está en línea   Reply With Quote
Old September 29th, 2009, 04:01 AM   #4
***CORVO
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viva a eletrônica!
***CORVO no está en línea   Reply With Quote
Old September 29th, 2009, 04:04 AM   #5
Paripe
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Uhuul! ;D
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Old October 5th, 2009, 02:15 AM   #6
gabjp
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não tinha visto esse tópico, é ótimo (eu estudo EE e estudo bastante Microeletrônica =P)

Uma fábrica como a CEITEC pode baratear sim os computadores comuns indiretamente, diversas empresas como a IBM e a Intel já pensaram em vim para o Brasil e não vieram principalmente por falta de mão-de-obra (e inultilidade do governo também), esse tipo de iniciativa ajuda a melhorar o mercado =D
gabjp no está en línea   Reply With Quote
Old October 5th, 2009, 02:32 AM   #7
gabjp
lolwut
 
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Só não gostei do fato do artigo falar praticamente só sobre a construção do prédio (como se isso fosse a parte mais complexa) e quase não falar sobre como os chips são projetados ou manufaturados =/
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