La tasa de rendimiento de los chips en la industria de fabricación de circuitos integrados está estrechamente relacionada con el tamaño y la cantidad de partículas de aire depositadas en el chip. Una buena organización del flujo de aire permite alejar las partículas generadas por la fuente de polvo de la sala blanca, garantizando así su limpieza. En otras palabras, la organización del flujo de aire en la sala blanca desempeña un papel fundamental en la tasa de rendimiento de la producción de circuitos integrados. El diseño de la organización del flujo de aire en la sala blanca debe lograr los siguientes objetivos: reducir o eliminar las corrientes parásitas en el campo de flujo para evitar la retención de partículas dañinas; y mantener un gradiente de presión positivo adecuado para prevenir la contaminación cruzada.
Fuerza del flujo de aire
Según el principio de sala limpia, las fuerzas que actúan sobre las partículas incluyen la fuerza de masa, la fuerza molecular, la atracción entre partículas, la fuerza del flujo de aire, etc.
Fuerza del flujo de aire: se refiere a la fuerza ejercida por el flujo de aire generado durante la impulsión, el retorno, la convección térmica, la agitación artificial y otros flujos con un caudal determinado para transportar las partículas. Para el control técnico del ambiente de salas blancas, la fuerza del flujo de aire es el factor más importante.
Los experimentos han demostrado que, en el movimiento del flujo de aire, las partículas lo siguen a una velocidad prácticamente uniforme. El estado de las partículas en el aire está determinado por la distribución del flujo. Los flujos de aire que afectan a las partículas en interiores incluyen principalmente: el flujo de aire de suministro (tanto primario como secundario), el flujo de aire y la convección térmica generados por el tránsito de personas, y el flujo de aire producido por procesos operativos y equipos industriales. Los diferentes métodos de suministro de aire, las distintas velocidades de las interfaces, los operarios y los equipos industriales, así como los fenómenos inducidos en las salas blancas, son factores que influyen en el nivel de limpieza.
Factores que afectan la organización del flujo de aire
1. La influencia del método de suministro de aire
(1). Velocidad de suministro de aire
Para garantizar un flujo de aire uniforme, la velocidad de suministro de aire debe ser uniforme en una sala limpia unidireccional; la zona muerta de la superficie de suministro de aire debe ser pequeña; y la caída de presión en el ULPA también debe ser uniforme.
Velocidad de suministro de aire uniforme: es decir, la irregularidad del flujo de aire se controla dentro de un margen de ±20%.
Menor zona muerta en la superficie de suministro de aire: no solo se debe reducir el área plana del marco ULPA, sino que, lo que es más importante, se debe adoptar una unidad de flujo de aire modular para simplificar el marco redundante.
Para garantizar un flujo de aire vertical unidireccional, la selección de la caída de presión del filtro también es muy importante, requiriendo que la pérdida de presión en el filtro no pueda desviarse.
(2). Comparación entre el sistema FFU y el sistema de ventilador de flujo axial
La FFU es una unidad de suministro de aire con un ventilador y un filtro (ULPA). Tras ser aspirado por el ventilador centrífugo de la FFU, el aire se convierte en presión estática en el conducto y se expulsa uniformemente mediante el ULPA. La presión de suministro de aire en el techo es negativa, lo que evita la entrada de polvo a la sala blanca al cambiar el filtro. Los experimentos han demostrado que el sistema FFU supera al sistema de ventilador axial en cuanto a uniformidad de la salida de aire, paralelismo del flujo y eficiencia de ventilación. Esto se debe a que el sistema FFU ofrece un mejor paralelismo del flujo. El uso del sistema FFU permite una mejor organización del flujo de aire en la sala blanca.
(3). La influencia de la propia estructura de FFU
La unidad de flujo de aire (FFU) se compone principalmente de ventiladores, filtros, dispositivos de guía de aire y otros componentes. El filtro de ultra alta eficiencia (ULPA) es fundamental para garantizar que la sala blanca alcance el nivel de limpieza requerido. El material del filtro también influye en la uniformidad del flujo. Al incorporar un material filtrante grueso o una placa de flujo laminar a la salida del filtro, se facilita la uniformidad del flujo de salida.
2. Impacto de las diferentes velocidades de las interfaces en la limpieza
En la misma sala blanca, entre la zona de trabajo y la zona de no trabajo del flujo unidireccional vertical, debido a la diferencia de velocidad del aire en la salida del ULPA, se genera un efecto de vórtice mixto en la interfaz, convirtiéndose esta en una zona de flujo de aire turbulento con una intensidad de turbulencia particularmente alta. Las partículas pueden transmitirse a la superficie del equipo y contaminarlo, así como a las obleas.
3. Impacto del personal y el equipo
Cuando la sala blanca está vacía, las características del flujo de aire generalmente cumplen con los requisitos de diseño. Una vez que el equipo ingresa a la sala blanca, el personal se desplaza y se transportan los productos, inevitablemente surgen obstáculos en la organización del flujo de aire. Por ejemplo, en las esquinas o bordes salientes del equipo, el gas se desvía formando una zona turbulenta, y el fluido en esta zona no se dispersa fácilmente con el gas, lo que provoca contaminación. Al mismo tiempo, la superficie del equipo se calienta debido al funcionamiento continuo, y el gradiente de temperatura crea una zona de reflujo cerca de la máquina, lo que aumenta la acumulación de partículas en dicha zona. Además, la alta temperatura facilita la dispersión de las partículas. Este doble efecto dificulta el control de la limpieza laminar vertical general. El polvo generado por los operarios en la sala blanca se adhiere con facilidad a las obleas en estas zonas de reflujo.
4. Influencia del suelo de retorno de aire
Cuando la resistencia del aire de retorno al pasar por el suelo es variable, se genera una diferencia de presión que provoca que el aire fluya en la dirección de menor resistencia, impidiendo así un flujo de aire uniforme. El método de diseño más utilizado actualmente consiste en emplear suelos técnicos elevados. Con una apertura del 10% en estos suelos, la velocidad del flujo de aire en la altura de trabajo de la sala se distribuye uniformemente. Además, es fundamental prestar especial atención a la limpieza para minimizar la contaminación del suelo.
5. Fenómeno de inducción
El denominado fenómeno de inducción se refiere a la generación de un flujo de aire en dirección opuesta al flujo uniforme, lo que induce la entrada de polvo en la sala o en la zona contaminada adyacente hacia el lado de barlovento, contaminando así el chip. A continuación se describen los posibles fenómenos de inducción:
(1). Placa ciega
En una sala limpia con flujo unidireccional vertical, debido a las juntas en la pared, generalmente hay grandes placas ciegas que generan turbulencia en el flujo de retorno local.
(2). Lámparas
Las luminarias de la sala blanca tendrán un mayor impacto. Dado que el calor de las lámparas fluorescentes provoca que el flujo de aire ascienda, no habrá zonas de turbulencia bajo ellas. Generalmente, las lámparas de la sala blanca tienen forma de lágrima para minimizar su impacto en la organización del flujo de aire.
(3.) Huecos entre las paredes
Cuando existen huecos entre tabiques con diferentes niveles de limpieza o entre tabiques y techos, el polvo de la zona con bajos requisitos de limpieza puede transferirse a la zona adyacente con altos requisitos de limpieza.
(4). Distancia entre la máquina y el suelo o la pared
Si la distancia entre la máquina y el suelo o la pared es muy pequeña, se producirán turbulencias por rebote. Por lo tanto, deje una separación entre el equipo y la pared y eleve la máquina para evitar que toque directamente el suelo.
Fecha de publicación: 5 de febrero de 2025