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

يرتبط معدل إنتاج الرقاقة في صناعة الدوائر المتكاملة (IC) ارتباطًا وثيقًا بحجم وعدد جزيئات الهواء المترسبة عليها. ويمكن لتنظيم تدفق الهواء الجيد أن يبعد الجزيئات الناتجة عن مصدر الغبار عن الغرفة النظيفة لضمان نظافتها، أي أن تنظيم تدفق الهواء في الغرفة النظيفة يلعب دورًا حيويًا في معدل إنتاج الدوائر المتكاملة. يجب أن يحقق تصميم تنظيم تدفق الهواء في الغرفة النظيفة الأهداف التالية: تقليل أو إزالة التيار الدوامي في مجال التدفق لتجنب احتباس الجزيئات الضارة؛ والحفاظ على تدرج ضغط إيجابي مناسب لمنع التلوث المتبادل.

قوة تدفق الهواء

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

قوة تدفق الهواء: تشير إلى قوة تدفق الهواء الناتجة عن تدفقات الهواء الداخلة والخارجة، وتدفق الهواء بالحمل الحراري، والتحريك الاصطناعي، وغيرها من تدفقات الهواء ذات معدل تدفق معين لحمل الجسيمات. وتُعدّ قوة تدفق الهواء العامل الأهم في التحكم الفني لبيئة الغرفة النظيفة.

أظهرت التجارب أن حركة تدفق الهواء تتبع حركة تدفق الهواء بنفس السرعة تقريبًا. ويتحدد توزيع تدفق الهواء بحالته. وتشمل تدفقات الهواء التي تؤثر على الجسيمات الداخلية بشكل رئيسي: تدفق هواء التزويد (بما في ذلك تدفق الهواء الأولي والثانوي)، وتدفق الهواء وتدفق الحمل الحراري الناتج عن مشي الأشخاص، وتدفق الهواء الناتج عن عمليات التشغيل والمعدات الصناعية. وتُعد طرق إمداد الهواء المختلفة، وواجهات السرعة، والمشغلون والمعدات الصناعية، والظواهر المُستحثة في الغرف النظيفة، عوامل تؤثر على مستوى النظافة.

العوامل المؤثرة على تنظيم تدفق الهواء

1. تأثير طريقة إمداد الهواء

(1). سرعة إمداد الهواء

لضمان تدفق الهواء بشكل موحد، يجب أن تكون سرعة إمداد الهواء موحدة في غرفة نظيفة أحادية الاتجاه؛ ويجب أن تكون المنطقة الميتة لسطح إمداد الهواء صغيرة؛ ويجب أيضًا أن يكون انخفاض الضغط في ULPA موحدًا.

سرعة إمداد الهواء موحدة: أي يتم التحكم في عدم انتظام تدفق الهواء بنسبة ±20%.

منطقة ميتة أقل على سطح إمداد الهواء: لا ينبغي فقط تقليل مساحة الطائرة لإطار ULPA، ولكن الأهم من ذلك، يجب اعتماد FFU المعياري لتبسيط الإطار الزائد.

ولضمان تدفق الهواء أحادي الاتجاه الرأسي، فإن اختيار انخفاض الضغط في الفلتر مهم جدًا أيضًا، مما يتطلب عدم انحراف فقدان الضغط في الفلتر.

(2). مقارنة بين نظام FFU ونظام مروحة التدفق المحوري

وحدة FFU هي وحدة إمداد هواء مزودة بمروحة وفلتر (ULPA). بعد سحب الهواء بواسطة مروحة الطرد المركزي، يتحول الضغط الديناميكي إلى ضغط ثابت في مجرى الهواء، ويُنفث بالتساوي بواسطة ULPA. ضغط إمداد الهواء في السقف سالب، مما يمنع تسرب الغبار إلى الغرفة النظيفة عند استبدال الفلتر. أظهرت التجارب تفوق نظام FFU على نظام مروحة التدفق المحوري من حيث اتساق مخرج الهواء، وتوازي تدفق الهواء، ومؤشر كفاءة التهوية. ويعود ذلك إلى توازي تدفق الهواء في نظام FFU بشكل أفضل. يُحسّن استخدام نظام FFU من تنظيم تدفق الهواء في الغرفة النظيفة.

(3). تأثير هيكل FFU نفسه

تتكون وحدة FFU بشكل أساسي من مراوح ومرشحات وأجهزة توجيه تدفق الهواء ومكونات أخرى. يُعدّ مرشح ULPA فائق الكفاءة الضمان الأهم لتحقيق غرفة التنظيف النظافة المطلوبة في التصميم. كما تؤثر مادة المرشح على انتظام مجال التدفق. عند إضافة مادة ترشيح خشنة أو صفيحة تدفق صفائحية إلى مخرج المرشح، يُمكن بسهولة توحيد مجال التدفق في المخرج.

2. تأثير واجهات السرعة المختلفة للنظافة

في نفس الغرفة النظيفة، بين منطقة العمل ومنطقة العمل ذات التدفق الرأسي أحادي الاتجاه، وبسبب اختلاف سرعة الهواء عند مخرج ULPA، سينشأ تأثير دوامة مختلطة عند نقطة التقاء الهواء، مما يُصبح منطقة تدفق هواء مضطرب ذات شدة اضطراب هواء عالية. قد تنتقل الجسيمات إلى سطح الجهاز وتُلوثه ورقائقه.

3. تأثير الموظفين والمعدات

عندما تكون الغرفة النظيفة فارغة، تتوافق خصائص تدفق الهواء فيها عمومًا مع متطلبات التصميم. بمجرد دخول المعدات إلى الغرفة النظيفة، وتحرك الموظفين ونقل المنتجات، ستواجه حتمًا عوائق أمام تنظيم تدفق الهواء. على سبيل المثال، عند الزوايا أو الحواف البارزة للمعدات، سيتم تحويل الغاز لتشكيل منطقة مضطربة، ولا يسهل حمل السائل الموجود في المنطقة بواسطة الغاز، مما يتسبب في التلوث. في الوقت نفسه، ستسخن سطح المعدات بسبب التشغيل المستمر، وسيؤدي تدرج درجة الحرارة إلى منطقة إعادة تدفق بالقرب من الجهاز، مما سيزيد من تراكم الجسيمات في منطقة إعادة التدفق. في الوقت نفسه، ستؤدي درجة الحرارة المرتفعة بسهولة إلى هروب الجسيمات. يزيد التأثير المزدوج من صعوبة التحكم في النظافة الرأسية الشاملة للصفائح. من السهل جدًا التصاق غبار المشغلين في الغرفة النظيفة بالرقائق في مناطق إعادة التدفق هذه.

4. تأثير عودة الهواء الأرضي

عندما تختلف مقاومة الهواء العائد عبر الأرضية، ينشأ فرق ضغط، مما يؤدي إلى تدفق الهواء باتجاه أقل مقاومة، وبالتالي عدم انتظام تدفق الهواء. الطريقة الشائعة حاليًا لتصميم الأرضيات المرتفعة هي استخدام أرضيات مرتفعة. عندما يكون معدل فتح الأرضيات المرتفعة 10%، يمكن توزيع سرعة تدفق الهواء بالتساوي على ارتفاع العمل في الغرفة. بالإضافة إلى ذلك، يجب إيلاء اهتمام خاص لأعمال التنظيف للحد من تلوث الأرضية.

5. ظاهرة الاستقراء

تشير ظاهرة الحث إلى تدفق هواء معاكس للتدفق المنتظم، مما يؤدي إلى تحريض الغبار المتولد في الغرفة أو في المنطقة الملوثة المجاورة إلى اتجاه الريح، مما قد يؤدي إلى تلويث الشريحة. فيما يلي ظواهر الحث المحتملة:

(1). لوحة عمياء

في غرفة نظيفة ذات تدفق أحادي الاتجاه عمودي، بسبب المفاصل على الحائط، توجد عادةً ألواح عمياء كبيرة من شأنها أن تولد اضطرابات في تدفق العودة المحلي.

(2). المصابيح

سيكون لتركيبات الإضاءة في الغرفة النظيفة تأثير أكبر. بما أن حرارة مصابيح الفلورسنت تُسبب ارتفاع تدفق الهواء، فلن تكون هناك منطقة مضطربة أسفلها. عادةً ما تُصمم مصابيح الغرفة النظيفة على شكل دمعة لتقليل تأثيرها على تنظيم تدفق الهواء.

(3.) الفجوات بين الجدران

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

(4). المسافة بين الماكينة والأرضية أو الحائط

إذا كانت الفجوة بين الجهاز والأرضية أو الجدار صغيرة جدًا، فسيؤدي ذلك إلى اضطراب ارتداد. لذلك، اترك مسافة بين الجهاز والجدار وارفع الجهاز لتجنب ملامسته للأرض مباشرةً.