ما هي العوامل المؤثرة على تنظيم تدفق الهواء في الغرفة النظيفة؟

يرتبط معدل إنتاجية الرقائق في صناعة تصنيع الدوائر المتكاملة ارتباطًا وثيقًا بحجم وعدد جزيئات الهواء المترسبة على الرقاقة. يُمكن لنظام تدفق هواء جيد أن يُبعد الجزيئات الناتجة عن مصدر الغبار عن الغرفة النظيفة، مما يضمن نظافتها. أي أن نظام تدفق الهواء في الغرفة النظيفة يلعب دورًا حيويًا في معدل إنتاجية الدوائر المتكاملة. يجب أن يُحقق تصميم نظام تدفق الهواء في الغرفة النظيفة الأهداف التالية: تقليل أو إزالة التيارات الدوامية في مجال التدفق لتجنب تراكم الجزيئات الضارة؛ والحفاظ على تدرج ضغط موجب مناسب لمنع التلوث المتبادل.

قوة تدفق الهواء

وفقًا لمبدأ الغرفة النظيفة، تشمل القوى المؤثرة على الجسيمات قوة الكتلة، والقوة الجزيئية، والتجاذب بين الجسيمات، وقوة تدفق الهواء، وما إلى ذلك.

قوة تدفق الهواء: تشير إلى قوة تدفق الهواء الناتج عن تدفق الهواء الداخل، وتدفق الهواء العائد، وتدفق الهواء بالحمل الحراري، والتحريك الاصطناعي، وغيرها من تدفقات الهواء ذات معدل تدفق معين، والتي تحمل الجزيئات. وتُعد قوة تدفق الهواء العامل الأهم في التحكم التقني ببيئة الغرفة النظيفة.

أظهرت التجارب أن الجسيمات في حركة تدفق الهواء تتبع حركة تدفق الهواء بنفس السرعة تقريبًا. وتتحدد حالة الجسيمات في الهواء بتوزيع تدفق الهواء. وتشمل تدفقات الهواء التي تؤثر على الجسيمات داخل المباني بشكل رئيسي: تدفق هواء التزويد (بما في ذلك تدفق الهواء الأساسي والثانوي)، وتدفق الهواء وتدفق الحمل الحراري الناتج عن حركة الأشخاص، وتدفق الهواء الناتج عن عمليات التشغيل والمعدات الصناعية. وتُعد طرق تزويد الهواء المختلفة، وواجهات السرعة، والمشغلون والمعدات الصناعية، والظواهر المُستحثة في الغرف النظيفة، جميعها عوامل تؤثر على مستوى النظافة.

العوامل المؤثرة على تنظيم تدفق الهواء

1. تأثير طريقة تزويد الهواء

(1). سرعة إمداد الهواء

لضمان تدفق هواء منتظم، يجب أن تكون سرعة إمداد الهواء منتظمة في غرفة نظيفة أحادية الاتجاه؛ ويجب أن تكون المنطقة الميتة لسطح إمداد الهواء صغيرة؛ ويجب أن يكون انخفاض الضغط في ULPA منتظمًا أيضًا.

سرعة إمداد الهواء المنتظمة: أي أن عدم انتظام تدفق الهواء يتم التحكم فيه في حدود ±20%.

تقليل المنطقة الميتة على سطح إمداد الهواء: لا ينبغي فقط تقليل مساحة سطح إطار ULPA، ولكن الأهم من ذلك، ينبغي اعتماد وحدة FFU المعيارية لتبسيط الإطار الزائد.

لضمان تدفق الهواء أحادي الاتجاه عموديًا، فإن اختيار انخفاض الضغط في المرشح أمر بالغ الأهمية أيضًا، ويتطلب ذلك ألا ينحرف فقدان الضغط في المرشح.

(2) مقارنة بين نظام وحدة التصفية بالرش ونظام المروحة المحورية

وحدة تزويد الهواء بالهواء (FFU) هي وحدة مزودة بمروحة وفلتر (ULPA). بعد سحب الهواء بواسطة المروحة الطاردة المركزية، يتحول الضغط الديناميكي إلى ضغط ثابت في قناة الهواء، ثم يُدفع الهواء بالتساوي بواسطة الفلتر. يكون ضغط الهواء المُزوَّد من السقف سالبًا، مما يمنع تسرب الغبار إلى الغرفة النظيفة عند استبدال الفلتر. أظهرت التجارب أن نظام FFU يتفوق على نظام المروحة المحورية من حيث انتظام تدفق الهواء الخارج، وتوازي تدفق الهواء، وكفاءة التهوية. ويعود ذلك إلى تفوق نظام FFU في توازي تدفق الهواء، مما يُحسِّن تنظيم تدفق الهواء في الغرفة النظيفة.

(3). تأثير هيكل الاتحاد الفيدرالي لكرة القدم

تتكون وحدة ترشيح الهواء (FFU) بشكل أساسي من مراوح وفلاتر وأجهزة توجيه تدفق الهواء ومكونات أخرى. يُعد فلتر ULPA فائق الكفاءة الضمانة الأهم لتحقيق مستوى النظافة المطلوب في الغرفة النظيفة. كما تؤثر مادة الفلتر على انتظام مجال التدفق. عند إضافة مادة ترشيح خشنة أو لوحة تدفق صفائحي إلى مخرج الفلتر، يُمكن بسهولة جعل مجال التدفق الخارج منتظمًا.

2. تأثير اختلاف سرعة واجهات النظافة

في نفس الغرفة النظيفة، بين منطقة العمل ومنطقة عدم العمل ذات التدفق الرأسي أحادي الاتجاه، وبسبب اختلاف سرعة الهواء عند مخرج وحدة ULPA، يتولد تأثير دوامي مختلط عند السطح الفاصل، ويصبح هذا السطح منطقة تدفق هواء مضطرب ذات شدة اضطراب عالية للغاية. وقد تنتقل الجسيمات إلى سطح المعدات وتلوثها وتلوث الرقائق.

3. تأثير الموظفين والمعدات

عندما تكون الغرفة النظيفة فارغة، تتوافق خصائص تدفق الهواء فيها عمومًا مع متطلبات التصميم. ولكن بمجرد دخول المعدات إلى الغرفة النظيفة، وتحرك الأفراد، ونقل المنتجات، ستظهر حتمًا عوائق أمام تنظيم تدفق الهواء. فعلى سبيل المثال، عند الزوايا أو الحواف البارزة للمعدات، ينحرف الغاز مكونًا منطقة مضطربة، ولا يسهل على الغاز حمل السائل الموجود في هذه المنطقة، مما يسبب التلوث. في الوقت نفسه، ترتفع درجة حرارة سطح المعدات نتيجة التشغيل المستمر، ويؤدي تدرج درجة الحرارة إلى ظهور منطقة إعادة تدفق بالقرب من الجهاز، مما يزيد من تراكم الجزيئات فيها. كما أن ارتفاع درجة الحرارة يُسهّل هروب الجزيئات. هذا التأثير المزدوج يُفاقم صعوبة التحكم في نظافة التدفق الصفائحي الرأسي الكلي. ويسهل التصاق الغبار الناتج عن المشغلين في الغرفة النظيفة بالرقائق في مناطق إعادة التدفق هذه.

4. تأثير أرضية الهواء الراجع

عندما تختلف مقاومة الهواء العائد المار عبر الأرضية، يتولد فرق في الضغط، مما يؤدي إلى تدفق الهواء في اتجاه المقاومة الأقل، وبالتالي لا يتحقق تدفق هواء منتظم. يُعد استخدام الأرضيات المرتفعة أسلوبًا شائعًا في التصميم حاليًا. فعندما تكون نسبة فتح هذه الأرضيات 10%، يمكن توزيع سرعة تدفق الهواء بالتساوي على ارتفاع العمل في الغرفة. إضافةً إلى ذلك، يجب الحرص الشديد على تنظيف الأرضية للحد من مصادر التلوث.

5. ظاهرة الحث

تُشير ظاهرة الحثّ إلى ظاهرة توليد تدفق هواء معاكس للتدفق المنتظم، مما يؤدي إلى حثّ الغبار المتولد في الغرفة أو في المنطقة الملوثة المجاورة إلى الجانب المواجه للرياح، وبالتالي تلوث الشريحة. وفيما يلي بعض ظواهر الحثّ المحتملة:

(1). لوحة عمياء

في غرفة نظيفة ذات تدفق رأسي أحادي الاتجاه، وبسبب الوصلات الموجودة على الجدار، توجد عادةً ألواح عمياء كبيرة من شأنها أن تولد اضطرابًا في التدفق العائد المحلي.

(2). المصابيح

سيكون لتركيبات الإضاءة في الغرفة النظيفة تأثير أكبر. ولأن حرارة المصابيح الفلورية تتسبب في ارتفاع تدفق الهواء، فلن تتشكل منطقة مضطربة أسفل هذه المصابيح. وعادةً ما تُصمم المصابيح في الغرفة النظيفة على شكل قطرة ماء لتقليل تأثيرها على تنظيم تدفق الهواء.

(3) الفجوات بين الجدران

عندما تكون هناك فجوات بين الحواجز ذات مستويات النظافة المختلفة أو بين الحواجز والأسقف، يمكن أن ينتقل الغبار من المنطقة ذات متطلبات النظافة المنخفضة إلى المنطقة المجاورة ذات متطلبات النظافة العالية.

(4) المسافة بين الآلة والأرضية أو الجدار

إذا كانت المسافة بين الجهاز والأرضية أو الجدار صغيرة جدًا، فسيؤدي ذلك إلى اضطراب ارتدادي. لذا، اترك مسافة بين الجهاز والجدار وارفع الجهاز لتجنب ملامسته للأرض مباشرة.