El rendimiento de los chips en la industria de fabricación de chips está estrechamente relacionado con el tamaño y la cantidad de partículas de aire depositadas en ellos. Una buena organización del flujo de aire permite alejar las partículas generadas por fuentes de polvo de la sala blanca y garantizar su limpieza. Es decir, la organización del flujo de aire en la sala blanca desempeña un papel fundamental en el rendimiento de la producción de chips. Los objetivos que se deben alcanzar en el diseño de la organización del flujo de aire en la sala blanca son: reducir o eliminar las corrientes parásitas en el campo de flujo para evitar la retención de partículas nocivas; y mantener un gradiente de presión positivo adecuado para prevenir la contaminación cruzada.
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 de suministro y retorno, la convección térmica, la agitación artificial y otros flujos de aire con un caudal determinado para transportar partículas. En el control de la tecnología ambiental 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 idéntica. La distribución del flujo de aire determina el estado de las partículas en el aire. Los principales efectos del flujo de aire sobre las partículas en interiores incluyen: 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 impacto del flujo de aire sobre las partículas causado por las operaciones de proceso y los equipos industriales. Los diferentes métodos de suministro de aire, las interfaces de velocidad, los operarios y los equipos industriales, así como los fenómenos inducidos, son factores que afectan al nivel de limpieza en las salas blancas.
1. 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 en la sala limpia de flujo unidireccional debe ser uniforme; la zona muerta en la superficie de suministro de aire debe ser pequeña; y la caída de presión dentro del filtro HEPA también debe ser uniforme.
La velocidad de suministro de aire es uniforme: es decir, la irregularidad del flujo de aire se controla dentro de un margen de ±20%.
Hay menos espacio muerto en la superficie de suministro de aire: no solo se debe reducir el área plana del marco HEPA, sino que, lo que es más importante, se debe utilizar una unidad de filtración de aire modular para simplificar el marco redundante.
Para garantizar que el flujo de aire sea vertical y unidireccional, la selección de la caída de presión del filtro también es muy importante, y es necesario que la pérdida de presión dentro del filtro no pueda estar sesgada.
(2) Comparación entre el sistema FFU y el sistema de ventilador de flujo axial
La FFU es una unidad de suministro de aire con ventilador y filtro HEPA. El ventilador centrífugo de la FFU aspira el aire y convierte la presión dinámica en presión estática en el conducto. El filtro HEPA lo expulsa uniformemente. La presión de suministro de aire en el techo es negativa, lo que evita que el polvo se filtre a la sala blanca al cambiar el filtro. Los experimentos han demostrado que el sistema FFU es superior al sistema de ventilador axial en cuanto a uniformidad de la salida de aire, paralelismo del flujo de aire e índice de eficiencia de ventilación. Esto se debe a que el sistema FFU ofrece un mejor paralelismo del flujo de aire. El uso del sistema FFU mejora la organización del flujo de aire en la sala blanca.
(3) Influencia de la propia estructura de FFU
La unidad de filtración de aire (FFU) se compone principalmente de ventiladores, filtros, guías de flujo de aire y otros componentes. El filtro HEPA es fundamental para garantizar que la sala blanca alcance el nivel de limpieza requerido por el diseño. El material del filtro también influye en la uniformidad del flujo. Al añadir un material filtrante rugoso o una placa de flujo a la salida del filtro, se puede lograr fácilmente una uniformidad en el flujo de salida.
2. Impacto de la velocidad de la interfaz con diferentes niveles de limpieza
En la misma sala blanca, entre la zona de trabajo y la zona de no trabajo con flujo unidireccional vertical, debido a la diferencia de velocidad del aire en la caja HEPA, se produce un efecto de vórtice mixto en la interfaz, convirtiéndola en una zona de flujo de aire turbulento. La intensidad de la turbulencia es particularmente alta, y las partículas pueden depositarse en la superficie del equipo y contaminarlo, así como a las obleas.
3. Impacto en el 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 los equipos entran, las personas se mueven y se transportan productos, inevitablemente surgen obstáculos para la organización del flujo de aire, como protuberancias en los equipos. En las esquinas o bordes, el gas se desvía, formando una zona de flujo turbulento, y el fluido en esa área no puede ser arrastrado fácilmente por el aire entrante, lo que provoca contaminación.
Al mismo tiempo, la superficie del equipo mecánico 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 intensifica la formación de la capa vertical, dificultando el control de la limpieza del flujo. El polvo generado por los operarios en la sala blanca se adhiere fácilmente 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 produce 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 instalar un suelo técnico elevado. Con una apertura del 10% en dicho suelo, la velocidad del flujo de aire se distribuye uniformemente a la altura de trabajo interior. 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 dispersión del polvo generado en la sala o en áreas contaminadas adyacentes hacia el lado de barlovento, provocando así la contaminación de la oblea. Entre los posibles fenómenos inducidos se incluyen los siguientes:
(1) Placa ciega
En una sala limpia con flujo vertical unidireccional, debido a las juntas en la pared, generalmente hay grandes paneles ciegos que producen flujo turbulento y reflujo local.
(2) Lámparas
Las luminarias en salas blancas tienen un mayor impacto. Dado que el calor de las lámparas fluorescentes provoca que el flujo de aire ascienda, estas no generan turbulencias. Generalmente, las lámparas en salas blancas tienen forma de lágrima para minimizar su impacto en la organización del flujo de aire.
(3) Huecos entre paredes
Cuando existen huecos entre tabiques o techos con diferentes requisitos de limpieza, el polvo de las zonas con bajos requisitos de limpieza puede transferirse a las zonas adyacentes con altos requisitos de limpieza.
(4) La distancia entre el equipo mecánico y el suelo o la pared
Si la distancia entre el equipo mecánico y el suelo o la pared es pequeña, se producirán turbulencias por rebote. Por lo tanto, deje una separación entre el equipo y la pared y eleve la plataforma de la máquina para evitar el contacto directo con el suelo.
Fecha de publicación: 2 de noviembre de 2023