ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการจัดระบบการไหลเวียนของอากาศในห้องคลีนรูมมีอะไรบ้าง?

ผลผลิตชิปในอุตสาหกรรมการผลิตชิปมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับขนาดและจำนวนอนุภาคอากาศที่สะสมบนชิป ระบบการไหลเวียนอากาศที่ดีสามารถดึงอนุภาคที่เกิดจากแหล่งกำเนิดฝุ่นออกจากห้องสะอาดและรักษาความสะอาดของห้องสะอาดได้ กล่าวคือ ระบบการไหลเวียนอากาศในห้องสะอาดมีบทบาทสำคัญในผลผลิตชิป เป้าหมายในการออกแบบระบบการไหลเวียนอากาศในห้องสะอาดคือ การลดหรือกำจัดกระแสวนในสนามไหลเพื่อหลีกเลี่ยงการกักเก็บอนุภาคที่เป็นอันตราย และการรักษาระดับความต่างของความดันบวกที่เหมาะสมเพื่อป้องกันการปนเปื้อนข้าม

ตามหลักการห้องสะอาด แรงที่กระทำต่ออนุภาค ได้แก่ แรงมวล แรงโมเลกุล แรงดึงดูดระหว่างอนุภาค แรงการไหลของอากาศ เป็นต้น

แรงลม: หมายถึงแรงลมที่เกิดจากการไหลของอากาศเข้าและไหลกลับ การไหลของอากาศแบบพาความร้อน การกวนแบบเทียม และการไหลของอากาศอื่นๆ ที่มีอัตราการไหลที่กำหนดเพื่อนำพาอนุภาค สำหรับการควบคุมเทคโนโลยีสภาพแวดล้อมห้องคลีนรูม แรงลมเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุด

การทดลองแสดงให้เห็นว่าในการเคลื่อนที่ของกระแสลม อนุภาคจะเคลื่อนที่ตามกระแสลมด้วยความเร็วที่เกือบจะเท่ากัน สภาวะของอนุภาคในอากาศถูกกำหนดโดยการกระจายตัวของกระแสลม ผลกระทบหลักของกระแสลมต่ออนุภาคภายในอาคาร ได้แก่ กระแสลมที่จ่าย (รวมถึงกระแสลมหลักและกระแสลมรอง) กระแสลมและการพาความร้อนที่เกิดจากการเดินของคน และผลกระทบของกระแสลมต่ออนุภาคที่เกิดจากการปฏิบัติงานในกระบวนการและอุปกรณ์อุตสาหกรรม วิธีการจ่ายลมที่แตกต่างกัน อินเทอร์เฟซความเร็ว ผู้ปฏิบัติงานและอุปกรณ์อุตสาหกรรม ปรากฏการณ์เหนี่ยวนำ ฯลฯ ในห้องคลีนรูม ล้วนเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อระดับความสะอาด

1. อิทธิพลของวิธีการจ่ายอากาศ

(1) ความเร็วในการจ่ายอากาศ

เพื่อให้แน่ใจว่ามีการไหลเวียนของอากาศสม่ำเสมอ ความเร็วในการจ่ายอากาศในห้องคลีนรูมแบบไหลทิศทางเดียวจะต้องสม่ำเสมอ โซนตายบนพื้นผิวการจ่ายอากาศจะต้องมีขนาดเล็ก และแรงดันลดลงภายในตัวกรอง HEPA จะต้องสม่ำเสมอเช่นกัน

ความเร็วในการจ่ายลมสม่ำเสมอ นั่นคือ ความไม่สม่ำเสมอของการไหลของอากาศจะถูกควบคุมให้อยู่ภายใน ±20%

มีพื้นที่ว่างบนพื้นผิวแหล่งจ่ายอากาศน้อยลง: ไม่เพียงแต่ควรลดพื้นที่ระนาบของโครง HEPA เท่านั้น แต่ที่สำคัญกว่านั้นคือควรใช้ FFU แบบแยกส่วนเพื่อลดความซับซ้อนของโครงที่ซ้ำซ้อน

เพื่อให้แน่ใจว่าการไหลของอากาศเป็นแนวตั้งและทิศทางเดียว การเลือกการลดแรงดันของตัวกรองก็มีความสำคัญมากเช่นกัน และต้องไม่ให้เกิดการสูญเสียแรงดันภายในตัวกรองโดยลำเอียง

(2) การเปรียบเทียบระหว่างระบบ FFU และระบบพัดลมไหลตามแนวแกน

FFU คือชุดจ่ายอากาศที่มีพัดลมและแผ่นกรอง HEPA อากาศจะถูกดูดเข้าโดยพัดลมแบบแรงเหวี่ยงของ FFU และแปลงแรงดันไดนามิกเป็นแรงดันสถิตในท่ออากาศ จากนั้นจะถูกเป่าออกอย่างสม่ำเสมอโดยแผ่นกรอง HEPA แรงดันอากาศที่จ่ายบนเพดานเป็นแรงดันลบ วิธีนี้จึงทำให้ฝุ่นไม่รั่วไหลเข้าไปในห้องคลีนรูมเมื่อเปลี่ยนแผ่นกรอง การทดลองแสดงให้เห็นว่าระบบ FFU เหนือกว่าระบบพัดลมแบบไหลตามแนวแกนในแง่ของความสม่ำเสมอของช่องลมออก ความขนานของอัตราการไหลของอากาศ และดัชนีประสิทธิภาพการระบายอากาศ เนื่องจากความขนานของอัตราการไหลของอากาศของระบบ FFU นั้นดีกว่า การใช้ระบบ FFU สามารถปรับปรุงการจัดระเบียบอัตราการไหลของอากาศในห้องคลีนรูมได้

(3) อิทธิพลของโครงสร้าง FFU เอง

FFU ประกอบด้วยพัดลม ตัวกรอง ท่อนำลม และส่วนประกอบอื่นๆ เป็นหลัก ตัวกรอง HEPA ถือเป็นเครื่องมือสำคัญที่สุดที่รับประกันความสะอาดของห้องคลีนรูมตามการออกแบบ วัสดุของตัวกรองยังส่งผลต่อความสม่ำเสมอของสนามการไหล เมื่อเพิ่มวัสดุกรองหยาบหรือแผ่นกรองไหลเข้าที่ทางออกของตัวกรอง จะทำให้สนามการไหลออกมีความสม่ำเสมอได้อย่างง่ายดาย

2. ผลกระทบของอินเทอร์เฟซความเร็วกับความสะอาดที่แตกต่างกัน

ในห้องสะอาดเดียวกัน ระหว่างพื้นที่ทำงานและพื้นที่ที่ไม่ได้ทำงานซึ่งมีการไหลแบบทิศทางเดียวในแนวตั้ง เนื่องจากความแตกต่างของความเร็วลมที่กล่อง HEPA จะทำให้เกิดกระแสลมวนแบบผสมที่ส่วนต่อประสาน และส่วนต่อประสานนี้จะกลายเป็นโซนการไหลของอากาศแบบปั่นป่วน ความรุนแรงของการปั่นป่วนในอากาศมีความรุนแรงเป็นพิเศษ และอนุภาคอาจถูกส่งไปยังพื้นผิวของเครื่องจักรและปนเปื้อนอุปกรณ์และแผ่นเวเฟอร์

3. ผลกระทบต่อบุคลากรและอุปกรณ์

เมื่อห้องสะอาดว่างเปล่า ลักษณะการไหลของอากาศภายในห้องโดยทั่วไปจะตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ เมื่ออุปกรณ์เข้าสู่ห้องสะอาด ผู้คนเคลื่อนย้าย และเคลื่อนย้ายผลิตภัณฑ์ ย่อมมีสิ่งกีดขวางต่อระบบการไหลของอากาศ เช่น ปลายแหลมที่ยื่นออกมาจากเครื่องจักรของอุปกรณ์ บริเวณมุมหรือขอบ ก๊าซจะเบี่ยงทิศทางไปทำให้เกิดพื้นที่การไหลแบบปั่นป่วน และของเหลวในบริเวณดังกล่าวจะไม่ถูกก๊าซที่เข้ามาพัดพาไปได้ง่าย จึงก่อให้เกิดมลพิษ

ในขณะเดียวกัน พื้นผิวของอุปกรณ์เครื่องกลจะได้รับความร้อนเนื่องจากการทำงานอย่างต่อเนื่อง และความแตกต่างของอุณหภูมิจะทำให้เกิดพื้นที่รีโฟลว์ใกล้กับเครื่องจักร ซึ่งจะเพิ่มการสะสมของอนุภาคในพื้นที่รีโฟลว์ ขณะเดียวกัน อุณหภูมิสูงจะทำให้อนุภาคหลุดออกได้ง่าย ผลกระทบสองประการนี้ทำให้ชั้นแนวตั้งโดยรวมมีความเข้มข้นมากขึ้น การควบคุมความสะอาดของกระแสน้ำทำได้ยาก ฝุ่นจากผู้ปฏิบัติงานในห้องคลีนรูมสามารถเกาะติดกับแผ่นเวเฟอร์ในพื้นที่รีโฟลว์เหล่านี้ได้ง่าย

4. อิทธิพลของพื้นอากาศกลับ

เมื่อความต้านทานของอากาศที่ไหลกลับผ่านพื้นแตกต่างกัน จะเกิดความแตกต่างของแรงดัน ทำให้อากาศไหลไปในทิศทางที่มีความต้านทานต่ำ ทำให้การไหลของอากาศไม่สม่ำเสมอ วิธีการออกแบบที่นิยมในปัจจุบันคือการใช้พื้นที่ยกสูง เมื่ออัตราส่วนการเปิดของพื้นที่ยกสูงอยู่ที่ 10% ความเร็วลมจะกระจายอย่างสม่ำเสมอที่ความสูงในการทำงานภายในอาคาร นอกจากนี้ ควรให้ความสำคัญกับงานทำความสะอาดอย่างเคร่งครัดเพื่อลดแหล่งที่มาของมลพิษบนพื้น

5. ปรากฏการณ์เหนี่ยวนำ

ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าปรากฏการณ์เหนี่ยวนำ หมายถึงปรากฏการณ์ที่ทำให้เกิดกระแสลมในทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสลมที่สม่ำเสมอ ทำให้เกิดฝุ่นที่เกิดขึ้นในห้องหรือฝุ่นในพื้นที่ปนเปื้อนที่อยู่ติดกันไปทางด้านเหนือลม ส่งผลให้ฝุ่นปนเปื้อนแผ่นเวเฟอร์ ปรากฏการณ์เหนี่ยวนำที่อาจเกิดขึ้นได้มีดังนี้:

(1) แผ่นปิดตา

ในห้องสะอาดที่มีการไหลทางเดียวในแนวตั้ง เนื่องจากมีรอยต่อบนผนัง โดยทั่วไปจะมีแผงบังตาขนาดใหญ่ ซึ่งจะทำให้เกิดการไหลปั่นป่วนและการไหลย้อนกลับในพื้นที่

(2) โคมไฟ

โคมไฟในห้องคลีนรูมจะมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า เนื่องจากความร้อนจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ทำให้กระแสลมพัดขึ้นสูง หลอดฟลูออเรสเซนต์จึงไม่กลายเป็นพื้นที่ปั่นป่วน โดยทั่วไปแล้ว โคมไฟในห้องคลีนรูมจะออกแบบเป็นรูปหยดน้ำเพื่อลดผลกระทบของหลอดไฟต่อระบบไหลเวียนของอากาศ

(3) ช่องว่างระหว่างผนัง

เมื่อมีช่องว่างระหว่างผนังกั้นหรือเพดานที่มีข้อกำหนดด้านความสะอาดต่างกัน ฝุ่นจากบริเวณที่มีข้อกำหนดด้านความสะอาดต่ำอาจถ่ายเทไปยังบริเวณที่อยู่ติดกันซึ่งมีข้อกำหนดด้านความสะอาดสูงได้

(4) ระยะห่างระหว่างอุปกรณ์เครื่องกลกับพื้นหรือผนัง

หากช่องว่างระหว่างอุปกรณ์เครื่องกลกับพื้นหรือผนังมีขนาดเล็ก จะเกิดการกระดอนกลับของความปั่นป่วนได้ ดังนั้น ควรเว้นช่องว่างระหว่างอุปกรณ์กับผนัง และยกแท่นเครื่องจักรขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงการสัมผัสโดยตรงกับพื้น