Wydajność produkcji układów scalonych w przemyśle układów scalonych jest ściśle związana z rozmiarem i liczbą cząstek powietrza osadzających się na chipie. Dobra organizacja przepływu powietrza pozwala na odprowadzenie cząstek generowanych przez źródło pyłu z pomieszczenia czystego, zapewniając jego czystość. Oznacza to, że organizacja przepływu powietrza w pomieszczeniu czystym odgrywa kluczową rolę w wydajności produkcji układów scalonych. Projekt organizacji przepływu powietrza w pomieszczeniu czystym musi spełniać następujące cele: redukcja lub eliminacja prądów wirowych w polu przepływu, aby zapobiec zatrzymywaniu się szkodliwych cząstek; utrzymanie odpowiedniego dodatniego gradientu ciśnienia, aby zapobiec zanieczyszczeniu krzyżowemu.
Siła przepływu powietrza
Zgodnie z zasadą czystego pomieszczenia, siły działające na cząsteczki obejmują siłę masy, siłę cząsteczkową, przyciąganie między cząsteczkami, siłę przepływu powietrza itp.
Siła przepływu powietrza: odnosi się do siły przepływu powietrza wywołanej przez dopływ, przepływ powietrza powrotnego, przepływ powietrza konwekcyjnego, sztuczne mieszanie i inne przepływy powietrza o określonej prędkości przepływu, które przenoszą cząstki. Dla technicznej kontroli środowiska pomieszczeń czystych, siła przepływu powietrza jest najważniejszym czynnikiem.
Eksperymenty wykazały, że w ruchu powietrza cząstki podążają za nim z niemal taką samą prędkością. Stan cząstek w powietrzu zależy od rozkładu przepływu powietrza. Przepływy powietrza wpływające na cząstki w pomieszczeniach obejmują głównie: przepływ powietrza nawiewanego (w tym pierwotny i wtórny), przepływ powietrza i przepływ powietrza konwekcyjnego spowodowany chodzeniem ludzi oraz przepływ powietrza spowodowany procesami technologicznymi i urządzeniami przemysłowymi. Różne metody dostarczania powietrza, interfejsy prędkości, operatorzy i urządzenia przemysłowe oraz zjawiska indukowane w pomieszczeniach czystych to czynniki wpływające na poziom czystości.
Czynniki wpływające na organizację przepływu powietrza
1. Wpływ sposobu dopływu powietrza
(1). Prędkość dopływu powietrza
Aby zapewnić równomierny przepływ powietrza, prędkość nawiewanego powietrza w jednokierunkowym pomieszczeniu czystym musi być równomierna; martwa strefa powierzchni nawiewanego powietrza musi być mała; spadek ciśnienia w ULPA również musi być równomierny.
Jednolita prędkość dostarczanego powietrza: oznacza to, że nierównomierność przepływu powietrza jest kontrolowana w zakresie ±20%.
Mniejsza martwa strefa na powierzchni doprowadzającej powietrze: nie tylko należy zmniejszyć powierzchnię ramy ULPA, ale co ważniejsze, należy zastosować modułowy FFU w celu uproszczenia redundantnej ramy.
Aby zapewnić jednokierunkowy, pionowy przepływ powietrza, bardzo ważny jest także dobór spadku ciśnienia na filtrze, który musi zapewniać, aby spadek ciśnienia na filtrze nie mógł się różnić.
(2). Porównanie systemu FFU i systemu wentylatorów osiowych
FFU to jednostka nawiewna z wentylatorem i filtrem (ULPA). Po zassaniu powietrza przez wentylator odśrodkowy FFU, ciśnienie dynamiczne jest przekształcane w ciśnienie statyczne w kanale wentylacyjnym i równomiernie wydmuchiwane przez ULPA. Ciśnienie powietrza nawiewanego na suficie jest podciśnieniem, dzięki czemu po wymianie filtra do pomieszczenia czystego nie przedostaje się kurz. Doświadczenia wykazały, że system FFU przewyższa system wentylatorów osiowych pod względem równomierności wylotu powietrza, równoległości przepływu powietrza i wskaźnika efektywności wentylacji. Wynika to z lepszej równoległości przepływu powietrza w systemie FFU. Zastosowanie systemu FFU może poprawić organizację przepływu powietrza w pomieszczeniu czystym.
(3). Wpływ własnej struktury FFU
FFU składa się głównie z wentylatorów, filtrów, urządzeń kierujących przepływ powietrza i innych komponentów. Filtr o ultrawysokiej wydajności ULPA jest najważniejszą gwarancją, że pomieszczenie czyste osiągnie wymaganą czystość. Materiał filtra wpływa również na równomierność pola przepływu. Po dodaniu do wylotu filtra grubego materiału filtracyjnego lub płyty laminarnej, wylotowe pole przepływu można łatwo ujednolicić.
2. Wpływ różnych prędkości interfejsów czystości
W tym samym pomieszczeniu czystym, pomiędzy obszarem roboczym a obszarem nieroboczym o pionowym, jednokierunkowym przepływie, ze względu na różnicę prędkości powietrza na wylocie ULPA, na styku powstanie efekt wiru mieszanego, który stanie się strefą turbulentnego przepływu powietrza o szczególnie dużej intensywności turbulencji. Cząsteczki mogą przedostać się na powierzchnię urządzenia i zanieczyścić je oraz płytki półprzewodnikowe.
3. Wpływ personelu i sprzętu
Gdy pomieszczenie czyste jest puste, charakterystyka przepływu powietrza w pomieszczeniu zazwyczaj spełnia wymagania projektowe. Po wejściu urządzeń do pomieszczenia czystego, przemieszczaniu się personelu i przenoszeniu produktów, nieuchronnie pojawią się przeszkody w organizacji przepływu powietrza. Na przykład, w wystających narożnikach lub krawędziach urządzenia, gaz zostanie przekierowany, tworząc strefę turbulentną, a płyn w tej strefie nie będzie łatwo odprowadzany przez gaz, co spowoduje zanieczyszczenie. Jednocześnie powierzchnia urządzenia będzie się nagrzewać z powodu ciągłej pracy, a gradient temperatury spowoduje powstanie strefy reflow w pobliżu maszyny, co zwiększy gromadzenie się cząstek w strefie reflow. Jednocześnie wysoka temperatura będzie powodować łatwą ucieczkę cząstek. Ten podwójny efekt utrudnia kontrolę ogólnej czystości laminarnej w pionie. Kurz wzbijany przez operatorów w pomieszczeniu czystym bardzo łatwo osadza się na płytkach w tych strefach reflow.
4. Wpływ podłogi powietrza powrotnego
Gdy opór powietrza powrotnego przepływającego przez podłogę jest różny, powstaje różnica ciśnień, przez co powietrze przepływa w kierunku o mniejszym oporze, a przepływ powietrza nie jest równomierny. Obecnie popularną metodą projektowania jest stosowanie podłóg podniesionych. Przy współczynniku otwarcia podłóg podniesionych wynoszącym 10%, prędkość przepływu powietrza na wysokości roboczej pomieszczenia może być równomiernie rozłożona. Ponadto należy zwrócić szczególną uwagę na prace czyszczące, aby ograniczyć źródło zanieczyszczeń na podłodze.
5. Zjawisko indukcji
Tak zwane zjawisko indukcji odnosi się do zjawiska, w którym generowany jest przepływ powietrza w kierunku przeciwnym do przepływu równomiernego, a kurz powstający w pomieszczeniu lub w sąsiednim zanieczyszczonym obszarze jest indukowany na stronę nawietrzną, co umożliwia zanieczyszczenie układu scalonego. Poniżej przedstawiono możliwe zjawiska indukcji:
(1). Płytka ślepa
W pomieszczeniu czystym z pionowym, jednokierunkowym przepływem powietrza, ze względu na złącza na ścianach, występują zwykle duże, zaślepione płyty, które powodują turbulencje w lokalnym przepływie powrotnym.
(2). Lampy
Oświetlenie w pomieszczeniu czystym będzie miało większy wpływ. Ponieważ ciepło świetlówek powoduje unoszenie się strumienia powietrza, pod świetlówkami nie będzie turbulencji. Zazwyczaj lampy w pomieszczeniu czystym mają kształt łezki, aby zmniejszyć ich wpływ na organizację przepływu powietrza.
(3.) Szczeliny między ścianami
Jeżeli pomiędzy przegrodami o różnym stopniu czystości lub pomiędzy przegrodami i sufitami występują szczeliny, kurz z obszaru o niskich wymaganiach czystości może przedostawać się do sąsiedniego obszaru o wysokich wymaganiach czystości.
(4) Odległość maszyny od podłogi lub ściany
Jeśli odstęp między maszyną a podłogą lub ścianą jest bardzo mały, może to spowodować turbulencje odbicia. Dlatego należy pozostawić odstęp między urządzeniem a ścianą i podnieść maszynę, aby uniknąć bezpośredniego kontaktu z podłożem.
Czas publikacji: 05-02-2025