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 puede alejar las partículas generadas por fuentes de polvo de la sala limpia y garantizar su limpieza. Es decir, la organización del flujo de aire en la sala limpia desempeña un papel vital en el rendimiento de la producción de chips. Los objetivos que se deben alcanzar en el diseño de la organización del flujo de aire de la sala limpia son: reducir o eliminar las corrientes parásitas en el campo de flujo para evitar la retención de partículas dañinas; 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 del flujo de aire causada por el suministro y retorno de aire, la convección térmica, la agitación artificial y otros flujos de aire con un caudal determinado para transportar partículas. Para el control de la tecnología ambiental de salas limpias, 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 siguen dicho flujo 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 suministro de aire (tanto primario como secundario), el flujo de aire y la convección térmica generados por el tránsito de personas, así como 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, los fenómenos inducidos, etc., en las salas blancas son factores que influyen en el nivel de limpieza.
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 deben utilizar unidades FFU modulares 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 esté 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 de aire. El filtro HEPA lo expulsa de manera uniforme. La presión de suministro de aire en el techo es negativa. De esta forma, se evita la entrada de polvo en la sala limpia al reemplazar el filtro. Los experimentos han demostrado que el sistema FFU es superior al sistema de ventilador de flujo axial en términos de uniformidad de salida de aire, paralelismo del flujo de aire e índice de eficiencia de ventilación. Esto se debe a que el paralelismo del flujo de aire del sistema FFU es mejor. El uso del sistema FFU puede mejorar la organización del flujo de aire en la sala limpia.
(3) Influencia de la propia estructura de la FFU
La unidad de flujo continuo (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 limpia alcance el nivel de limpieza requerido. 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 uniformizar fácilmente el flujo de salida.
2. Impacto de la velocidad de interfaz con diferentes niveles de limpieza
En la misma sala limpia, entre la zona de trabajo y la zona de reposo, con flujo vertical unidireccional, 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 fuerte, y las partículas pueden ser transportadas a la superficie del equipo y contaminarlo, así como las obleas.
3. Impacto en el personal y el equipo
Cuando la sala limpia está vacía, las características del flujo de aire generalmente cumplen con los requisitos de diseño. Sin embargo, una vez que el equipo ingresa a la sala limpia, el personal se desplaza y los productos se transportan, inevitablemente surgen obstáculos para la organización del flujo de aire, como puntas afiladas que sobresalen de la maquinaria. En las esquinas o los bordes, el gas se desvía, formando una zona de flujo turbulento, y el fluido en esa área no se elimina fácilmente con el gas entrante, lo que provoca contaminación.
Al mismo tiempo, la superficie del equipo mecánico se calienta debido al funcionamiento continuo, y el gradiente de temperatura genera una zona de reflujo cerca de la máquina, lo que aumenta la acumulación de partículas en dicha zona. A su vez, la alta temperatura facilita la dispersión de las partículas. Este doble efecto intensifica la acumulación de partículas en la capa vertical general, dificultando el control de la limpieza del flujo. El polvo generado por los operarios en la sala limpia puede adherirse fácilmente a las obleas en estas zonas de reflujo.
4. Influencia del suelo de retorno de aire
Cuando la resistencia del aire de retorno que pasa a través del piso es diferente, se produce una diferencia de presión que provoca que el aire fluya hacia la dirección de menor resistencia, impidiendo así un flujo de aire uniforme. El método de diseño más común actualmente consiste en utilizar un piso elevado. Cuando la apertura del piso elevado es del 10%, la velocidad del flujo de aire se distribuye uniformemente a la altura de trabajo interior. Además, se debe prestar especial atención a la limpieza para reducir la contaminación del piso.
5. Fenómeno de inducción
El denominado fenómeno de inducción se refiere al fenómeno de generar un flujo de aire en dirección opuesta al flujo uniforme, lo que induce el polvo generado en la habitación o en áreas contaminadas adyacentes hacia el lado de barlovento, provocando así que el polvo contamine la oblea. Los posibles fenómenos inducidos 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 un flujo turbulento y un reflujo localizado.
(2) Lámparas
Las luminarias en salas blancas tendrán un mayor impacto. Dado que el calor de la lámpara fluorescente provoca que el flujo de aire ascienda, esta no generará turbulencias. Generalmente, las lámparas en salas blancas tienen forma de lágrima para reducir su impacto en la organización del flujo de aire.
(3) Espacios 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 piso o pared
Si la distancia entre el equipo mecánico y el suelo o la pared es pequeña, se producirán turbulencias de rebote. Por lo tanto, deje un espacio 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