ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อการจัดระเบียบการไหลเวียนของอากาศในห้องปลอดเชื้อ?

อัตราผลผลิตของชิปในอุตสาหกรรมการผลิตไอซีมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับขนาดและจำนวนของอนุภาคในอากาศที่ตกค้างบนชิป การจัดการการไหลเวียนของอากาศที่ดีสามารถพัดพาอนุภาคที่เกิดจากแหล่งกำเนิดฝุ่นออกจากห้องปลอดฝุ่น เพื่อให้แน่ใจว่าห้องปลอดฝุ่นมีความสะอาด กล่าวคือ การจัดการการไหลเวียนของอากาศในห้องปลอดฝุ่นมีบทบาทสำคัญต่ออัตราผลผลิตของการผลิตไอซี การออกแบบการจัดการการไหลเวียนของอากาศในห้องปลอดฝุ่นจำเป็นต้องบรรลุเป้าหมายต่อไปนี้: ลดหรือกำจัดกระแสไหลวนในบริเวณการไหลเพื่อหลีกเลี่ยงการสะสมของอนุภาคที่เป็นอันตราย รักษาความลาดชันของความดันบวกที่เหมาะสมเพื่อป้องกันการปนเปื้อนข้าม

แรงลม

ตามหลักการของห้องปลอดเชื้อ แรงที่กระทำต่ออนุภาค ได้แก่ แรงมวล แรงโมเลกุล แรงดึงดูดระหว่างอนุภาค แรงจากการไหลของอากาศ เป็นต้น

แรงดันลม: หมายถึงแรงดันลมที่เกิดจากการส่งลม การไหลกลับของลม การพาความร้อน การกวนด้วยอากาศ และกระแสลมอื่นๆ ที่มีอัตราการไหลที่แน่นอนเพื่อพัดพาอนุภาค สำหรับการควบคุมทางเทคนิคของสภาพแวดล้อมห้องปลอดเชื้อ แรงดันลมเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุด

จากการทดลองพบว่า ในการเคลื่อนที่ของกระแสลม อนุภาคจะเคลื่อนที่ตามกระแสลมด้วยความเร็วเกือบเท่ากัน สถานะของอนุภาคในอากาศถูกกำหนดโดยการกระจายตัวของกระแสลม กระแสลมที่ส่งผลต่ออนุภาคภายในอาคารส่วนใหญ่ได้แก่ กระแสลมที่จ่ายเข้ามา (รวมถึงกระแสลมหลักและกระแสลมรอง) กระแสลมและกระแสลมจากการพาความร้อนที่เกิดจากการเดินของคน และกระแสลมที่เกิดจากการทำงานของกระบวนการและอุปกรณ์อุตสาหกรรม วิธีการจ่ายอากาศที่แตกต่างกัน ความเร็วของกระแสลม ผู้ปฏิบัติงานและอุปกรณ์อุตสาหกรรม และปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในห้องปลอดเชื้อ ล้วนเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อระดับความสะอาด

ปัจจัยที่มีผลต่อการจัดระเบียบการไหลของอากาศ

1. อิทธิพลของวิธีการจ่ายอากาศ

(1) ความเร็วในการจ่ายอากาศ

เพื่อให้มั่นใจได้ว่าการไหลของอากาศสม่ำเสมอ ความเร็วในการจ่ายอากาศต้องสม่ำเสมอในห้องปลอดเชื้อแบบทิศทางเดียว พื้นที่อับอากาศของพื้นผิวจ่ายอากาศต้องมีขนาดเล็ก และความดันลดลงใน ULPA ก็ต้องสม่ำเสมอเช่นกัน

ความเร็วในการจ่ายอากาศสม่ำเสมอ: กล่าวคือ ความไม่สม่ำเสมอของปริมาณลมถูกควบคุมให้อยู่ภายใน ±20%

ลดพื้นที่อับอากาศบนพื้นผิวจ่ายอากาศ: ไม่เพียงแต่ควรลดพื้นที่ระนาบของโครง ULPA เท่านั้น แต่ที่สำคัญกว่านั้นคือควรใช้ FFU แบบโมดูลาร์เพื่อลดความซ้ำซ้อนของโครง

เพื่อให้มั่นใจได้ว่าการไหลของอากาศเป็นไปในแนวตั้งและทิศทางเดียว การเลือกค่าความดันตกคร่อมของตัวกรองจึงมีความสำคัญมาก โดยต้องแน่ใจว่าค่าความดันตกคร่อมในตัวกรองนั้นไม่เบี่ยงเบนไปจากค่าที่กำหนด

(2) การเปรียบเทียบระหว่างระบบ FFU และระบบพัดลมแบบไหลตามแนวแกน

FFU คือชุดจ่ายอากาศที่มีพัดลมและตัวกรอง (ULPA) หลังจากที่อากาศถูกดูดเข้าไปโดยพัดลมแบบแรงเหวี่ยงของ FFU แล้ว ความดันไดนามิกจะถูกแปลงเป็นความดันสถิตในท่ออากาศและถูกเป่าออกมาอย่างสม่ำเสมอโดย ULPA ความดันอากาศที่จ่ายบนเพดานเป็นความดันลบ ดังนั้นจึงไม่มีฝุ่นเล็ดลอดเข้าไปในห้องปลอดเชื้อเมื่อเปลี่ยนตัวกรอง การทดลองแสดงให้เห็นว่าระบบ FFU มีประสิทธิภาพเหนือกว่าระบบพัดลมแบบไหลตามแนวแกนในแง่ของความสม่ำเสมอของอากาศที่ส่งออก ความขนานของการไหลของอากาศ และดัชนีประสิทธิภาพการระบายอากาศ เนื่องจากระบบ FFU มีความขนานของการไหลของอากาศที่ดีกว่า การใช้ระบบ FFU ช่วยให้การไหลของอากาศในห้องปลอดเชื้อเป็นระเบียบมากขึ้น

(3) อิทธิพลของโครงสร้าง FFU เอง

FFU ประกอบด้วยพัดลม ตัวกรอง อุปกรณ์นำทางอากาศ และส่วนประกอบอื่นๆ เป็นหลัก ตัวกรองประสิทธิภาพสูงพิเศษ ULPA เป็นสิ่งสำคัญที่สุดที่จะรับประกันว่าห้องปลอดเชื้อจะสามารถบรรลุความสะอาดตามที่ออกแบบไว้ได้ วัสดุของตัวกรองก็มีผลต่อความสม่ำเสมอของสนามการไหลเช่นกัน เมื่อเพิ่มวัสดุกรองหยาบหรือแผ่นการไหลแบบลามินาร์ที่ทางออกของตัวกรอง สนามการไหลที่ทางออกจะมีความสม่ำเสมอได้ง่ายขึ้น

2. ผลกระทบของอินเทอร์เฟซความเร็วที่แตกต่างกันต่อความสะอาด

ในห้องปลอดเชื้อเดียวกัน ระหว่างพื้นที่ทำงานและพื้นที่ไม่ทำงานที่มีการไหลเวียนของอากาศแบบทิศทางเดียวในแนวตั้ง เนื่องจากความแตกต่างของความเร็วลมที่ทางออกของ ULPA จะทำให้เกิดปรากฏการณ์กระแสน้ำวนผสมขึ้นที่บริเวณรอยต่อ และรอยต่อนี้จะกลายเป็นโซนการไหลของอากาศปั่นป่วนที่มีความรุนแรงสูงเป็นพิเศษ อนุภาคอาจถูกส่งไปยังพื้นผิวของอุปกรณ์และปนเปื้อนอุปกรณ์และเวเฟอร์ได้

3. ผลกระทบของบุคลากรและอุปกรณ์

เมื่อห้องปลอดเชื้อว่างเปล่า ลักษณะการไหลของอากาศในห้องโดยทั่วไปจะเป็นไปตามข้อกำหนดที่ออกแบบไว้ เมื่อมีอุปกรณ์เข้าไปในห้องปลอดเชื้อ มีบุคลากรเคลื่อนไหว และมีการเคลื่อนย้ายผลิตภัณฑ์ ย่อมหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะมีสิ่งกีดขวางการจัดระเบียบการไหลของอากาศ ตัวอย่างเช่น บริเวณมุมหรือขอบที่ยื่นออกมาของอุปกรณ์ ก๊าซจะถูกเบี่ยงเบนไปก่อให้เกิดโซนปั่นป่วน และของเหลวในโซนนั้นจะไม่ถูกพัดพาไปได้ง่ายโดยก๊าซ ทำให้เกิดมลพิษ ในขณะเดียวกัน พื้นผิวของอุปกรณ์จะร้อนขึ้นเนื่องจากการทำงานอย่างต่อเนื่อง และความแตกต่างของอุณหภูมิจะทำให้เกิดโซนการไหลย้อนกลับใกล้กับเครื่องจักร ซึ่งจะเพิ่มการสะสมของอนุภาคในโซนการไหลย้อนกลับ ในขณะเดียวกัน อุณหภูมิสูงจะทำให้อนุภาคหลุดรอดได้ง่าย ผลกระทบสองประการนี้ทำให้การควบคุมความสะอาดแบบลามินาร์ในแนวตั้งโดยรวมทำได้ยากขึ้น ฝุ่นจากผู้ปฏิบัติงานในห้องปลอดเชื้อจะเกาะติดกับแผ่นเวเฟอร์ในโซนการไหลย้อนกลับเหล่านี้ได้ง่ายมาก

4. อิทธิพลของพื้นระบายอากาศกลับ

เมื่อความต้านทานของอากาศที่ไหลกลับผ่านพื้นแตกต่างกัน จะเกิดความแตกต่างของความดัน ทำให้ลมจะไหลไปในทิศทางที่มีความต้านทานน้อยกว่า และจะไม่ได้การไหลของอากาศที่สม่ำเสมอ วิธีการออกแบบที่นิยมในปัจจุบันคือการใช้พื้นยกสูง เมื่ออัตราส่วนการเปิดของพื้นยกสูงอยู่ที่ 10% ความเร็วการไหลของอากาศในระดับความสูงใช้งานของห้องจะกระจายได้อย่างสม่ำเสมอ นอกจากนี้ ควรให้ความสำคัญกับการทำความสะอาดอย่างเคร่งครัดเพื่อลดแหล่งมลพิษของพื้น

5. ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำ

ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการเหนี่ยวนำ หมายถึงปรากฏการณ์ที่เกิดการไหลของอากาศในทิศทางตรงกันข้ามกับการไหลแบบสม่ำเสมอ ทำให้ฝุ่นที่เกิดขึ้นในห้องหรือฝุ่นในบริเวณที่ปนเปื้อนอยู่ใกล้เคียงถูกเหนี่ยวนำไปยังด้านที่ลมพัดมา ส่งผลให้ฝุ่นเหล่านั้นสามารถปนเปื้อนชิปได้ ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำที่อาจเกิดขึ้นมีดังต่อไปนี้:

(1) แผ่นปิด

ในห้องปลอดเชื้อที่มีการไหลเวียนในแนวตั้งทิศทางเดียว โดยทั่วไปแล้วจะมีแผ่นปิดขนาดใหญ่เนื่องจากรอยต่อบนผนัง ซึ่งจะก่อให้เกิดความปั่นป่วนในการไหลเวียนกลับเฉพาะจุด

(2) โคมไฟ

โคมไฟในห้องปลอดเชื้อจะมีผลกระทบอย่างมาก เนื่องจากความร้อนจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ทำให้กระแสลมพัดขึ้น จึงไม่มีบริเวณที่มีการไหลเวียนของอากาศปั่นป่วนใต้หลอดฟลูออเรสเซนต์ โดยทั่วไปแล้ว หลอดไฟในห้องปลอดเชื้อจะถูกออกแบบให้มีรูปทรงหยดน้ำ เพื่อลดผลกระทบของหลอดไฟต่อการจัดระเบียบการไหลเวียนของอากาศ

(3.) ช่องว่างระหว่างผนัง

เมื่อมีช่องว่างระหว่างผนังกั้นที่มีระดับความสะอาดแตกต่างกัน หรือระหว่างผนังกั้นกับฝ้าเพดาน ฝุ่นจากบริเวณที่มีความต้องการความสะอาดต่ำสามารถถูกถ่ายโอนไปยังบริเวณที่อยู่ติดกันซึ่งมีความต้องการความสะอาดสูงได้

(4) ระยะห่างระหว่างเครื่องจักรกับพื้นหรือผนัง

หากช่องว่างระหว่างเครื่องจักรกับพื้นหรือผนังแคบมาก จะทำให้เกิดการกระดอนปั่นป่วน ดังนั้น ควรเว้นช่องว่างระหว่างเครื่องจักรกับผนัง และยกเครื่องจักรให้สูงขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เครื่องจักรสัมผัสพื้นโดยตรง