عوامل مؤثر بر سازماندهی جریان هوا در اتاق تمیز چیست؟

بازده تراشه در صنعت تولید تراشه ارتباط نزدیکی با اندازه و تعداد ذرات هوای رسوب‌شده روی تراشه دارد. سازماندهی خوب جریان هوا می‌تواند ذرات تولید شده از منابع گرد و غبار را از اتاق تمیز دور کرده و تمیزی اتاق تمیز را تضمین کند. به عبارت دیگر، سازماندهی جریان هوا در اتاق تمیز نقش حیاتی در بازده تولید تراشه ایفا می‌کند. اهدافی که باید در طراحی سازماندهی جریان هوای اتاق تمیز به آنها دست یافت عبارتند از: کاهش یا حذف جریان‌های گردابی در میدان جریان برای جلوگیری از احتباس ذرات مضر؛ حفظ گرادیان فشار مثبت مناسب برای جلوگیری از آلودگی متقاطع.

طبق اصل اتاق تمیز، نیروهایی که بر ذرات عمل می‌کنند شامل نیروی جرمی، نیروی مولکولی، جاذبه بین ذرات، نیروی جریان هوا و غیره هستند.

نیروی جریان هوا: به نیروی جریان هوا ناشی از جریان هوای رفت و برگشت، جریان هوای همرفت حرارتی، همزن مصنوعی و سایر جریان‌های هوا با سرعت جریان مشخص برای حمل ذرات اشاره دارد. برای کنترل فناوری محیطی اتاق تمیز، نیروی جریان هوا مهمترین عامل است.

آزمایش‌ها نشان داده‌اند که در حرکت جریان هوا، ذرات تقریباً با سرعت یکسانی جریان هوا را دنبال می‌کنند. وضعیت ذرات موجود در هوا توسط توزیع جریان هوا تعیین می‌شود. اثرات اصلی جریان هوا بر ذرات داخلی شامل موارد زیر است: جریان هوای تأمین‌کننده هوا (شامل جریان هوای اولیه و جریان هوای ثانویه)، جریان هوا و جریان هوای همرفت حرارتی ناشی از راه رفتن افراد، و تأثیر جریان هوا بر ذرات ناشی از عملیات فرآیند و تجهیزات صنعتی. روش‌های مختلف تأمین هوا، رابط‌های سرعت، اپراتورها و تجهیزات صنعتی، پدیده‌های القایی و غیره در اتاق‌های تمیز، همگی عواملی هستند که بر سطح تمیزی تأثیر می‌گذارند.

۱. تأثیر روش تأمین هوا

(1) سرعت تأمین هوا

برای اطمینان از جریان هوای یکنواخت، سرعت تأمین هوا در اتاق تمیز با جریان یک‌طرفه باید یکنواخت باشد؛ منطقه مرده روی سطح تأمین هوا باید کوچک باشد؛ و افت فشار در فیلتر هپا نیز باید یکنواخت باشد.

سرعت تأمین هوا یکنواخت است: یعنی ناهمواری جریان هوا در محدوده ±20٪ کنترل می‌شود.

فضای مرده کمتری روی سطح تأمین هوا وجود دارد: نه تنها باید سطح صفحه قاب هپا کاهش یابد، بلکه مهمتر از آن، باید از واحدهای هوای فشرده مدولار برای ساده‌سازی قاب اضافی استفاده شود.

برای اطمینان از عمودی و یک‌طرفه بودن جریان هوا، انتخاب افت فشار فیلتر نیز بسیار مهم است و لازم است که افت فشار درون فیلتر نتواند بایاس شود.

(2) مقایسه بین سیستم FFU و سیستم فن جریان محوری

FFU یک واحد تأمین هوا با فن و فیلتر هپا است. هوا توسط فن گریز از مرکز FFU مکیده می‌شود و فشار دینامیکی را در کانال هوا به فشار استاتیک تبدیل می‌کند. توسط فیلتر هپا به طور یکنواخت به بیرون دمیده می‌شود. فشار تأمین هوا روی سقف فشار منفی است. به این ترتیب هنگام تعویض فیلتر، هیچ گرد و غباری به داخل اتاق تمیز نشت نمی‌کند. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که سیستم FFU از نظر یکنواختی خروجی هوا، موازی بودن جریان هوا و شاخص راندمان تهویه، نسبت به سیستم فن جریان محوری برتری دارد. این به این دلیل است که موازی بودن جریان هوای سیستم FFU بهتر است. استفاده از سیستم FFU می‌تواند سازماندهی جریان هوا را در اتاق تمیز بهبود بخشد.

(3) تأثیر ساختار خود FFU

FFU عمدتاً از فن‌ها، فیلترها، هادی‌های جریان هوا و سایر اجزا تشکیل شده است. فیلتر هپا مهمترین تضمین برای اتاق تمیز جهت دستیابی به تمیزی مورد نیاز طراحی است. جنس فیلتر نیز بر یکنواختی میدان جریان تأثیر می‌گذارد. هنگامی که یک ماده فیلتر خشن یا یک صفحه جریان به خروجی فیلتر اضافه می‌شود، می‌توان به راحتی میدان جریان خروجی را یکنواخت کرد.

۲. تأثیر رابط سرعت با تمیزی متفاوت

در همان اتاق تمیز، بین ناحیه کاری و ناحیه غیرکاری با جریان عمودی یک‌طرفه، به دلیل تفاوت سرعت هوا در جعبه هپا، یک اثر گردابی مختلط در سطح مشترک رخ می‌دهد و این سطح مشترک به یک منطقه جریان هوای آشفته تبدیل می‌شود. شدت آشفتگی هوا به ویژه زیاد است و ذرات ممکن است به سطح دستگاه تجهیزات منتقل شوند و تجهیزات و ویفرها را آلوده کنند.

۳. تأثیر بر کارکنان و تجهیزات

وقتی اتاق تمیز خالی است، ویژگی‌های جریان هوا در اتاق عموماً الزامات طراحی را برآورده می‌کند. به محض ورود تجهیزات به اتاق تمیز، حرکت افراد و حمل و نقل محصولات، موانعی مانند نقاط تیز بیرون زده از دستگاه تجهیزات، برای سازماندهی جریان هوا اجتناب‌ناپذیر است. در گوشه‌ها یا لبه‌ها، گاز منحرف شده و یک ناحیه جریان آشفته تشکیل می‌دهد و سیال موجود در این ناحیه به راحتی توسط گاز ورودی حمل نمی‌شود و در نتیجه باعث آلودگی می‌شود.

در عین حال، سطح تجهیزات مکانیکی به دلیل کارکرد مداوم گرم می‌شود و گرادیان دما باعث ایجاد ناحیه‌ای برای جریان برگشتی در نزدیکی دستگاه می‌شود که تجمع ذرات در ناحیه جریان برگشتی را افزایش می‌دهد. در عین حال، دمای بالا به راحتی باعث فرار ذرات می‌شود. اثر دوگانه، لایه عمودی کلی را تشدید می‌کند. دشواری کنترل تمیزی جریان. گرد و غبار ناشی از اپراتورها در اتاق تمیز می‌تواند به راحتی به ویفرهای موجود در این نواحی جریان برگشتی بچسبد.

۴. تأثیر هوای برگشتی از کف

وقتی مقاومت هوای برگشتی که از کف عبور می‌کند متفاوت باشد، اختلاف فشار ایجاد می‌شود و باعث می‌شود هوا در جهت مقاومت کوچک جریان یابد و جریان هوای یکنواختی حاصل نشود. روش طراحی رایج فعلی استفاده از کف مرتفع است. وقتی نسبت باز شدن کف مرتفع 10٪ باشد، سرعت جریان هوا می‌تواند به طور مساوی در ارتفاع کاری داخلی توزیع شود. علاوه بر این، باید به کارهای نظافتی توجه زیادی شود تا منبع آلودگی روی کف کاهش یابد.

۵. پدیده القایی

پدیده القایی به پدیده تولید جریان هوا در جهت مخالف جریان یکنواخت اشاره دارد که گرد و غبار تولید شده در اتاق یا گرد و غبار در مناطق آلوده مجاور را به سمت خلاف جهت باد القا می‌کند و در نتیجه باعث می‌شود گرد و غبار ویفر را آلوده کند. پدیده‌های القایی احتمالی شامل موارد زیر است:

(1) صفحه کور

در یک اتاق تمیز با جریان یک طرفه عمودی، به دلیل درزهای روی دیوار، عموماً پنل‌های کور بزرگی وجود دارد که جریان آشفته و جریان برگشتی موضعی تولید می‌کنند.

(2) لامپ‌ها

وسایل روشنایی در اتاق تمیز تأثیر بیشتری خواهند داشت. از آنجایی که گرمای لامپ فلورسنت باعث بالا رفتن جریان هوا می‌شود، لامپ فلورسنت به یک منطقه آشفته تبدیل نمی‌شود. عموماً لامپ‌ها در اتاق تمیز به شکل قطره اشک طراحی می‌شوند تا تأثیر لامپ‌ها بر سازماندهی جریان هوا کاهش یابد.

(3) شکاف بین دیوارها

وقتی بین دیوارهای جداکننده یا سقف‌ها با الزامات نظافتی متفاوت فاصله وجود داشته باشد، گرد و غبار از مناطقی که الزامات نظافتی پایینی دارند می‌تواند به مناطق مجاور با الزامات نظافتی بالا منتقل شود.

(4) فاصله بین تجهیزات مکانیکی و کف یا دیوار

اگر فاصله بین تجهیزات مکانیکی و کف یا دیوار کم باشد، تلاطم برگشتی رخ خواهد داد. بنابراین، فاصله‌ای بین تجهیزات و دیوار بگذارید و سکوی دستگاه را بالا ببرید تا از تماس مستقیم با زمین جلوگیری شود.