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

يرتبط إنتاج الرقائق في صناعة تصنيع الرقائق ارتباطًا وثيقًا بحجم وعدد جزيئات الهواء المترسبة عليها. ويساهم تنظيم تدفق الهواء الجيد في إبعاد الجزيئات الناتجة عن مصادر الغبار عن الغرفة النظيفة، مما يضمن نظافتها. أي أن تنظيم تدفق الهواء في الغرفة النظيفة يلعب دورًا حيويًا في إنتاج الرقائق. وتتمثل أهداف تصميم نظام تدفق الهواء في الغرفة النظيفة فيما يلي: تقليل أو إزالة التيارات الدوامية في مجال التدفق لتجنب احتجاز الجزيئات الضارة؛ والحفاظ على تدرج ضغط إيجابي مناسب لمنع التلوث المتبادل.

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 الناتجة عن تدفق الهواء الداخل والخارج، وتدفق الهواء الحراري، والتحريك الاصطناعي، وغيرها من تدفقات الهواء ذات معدل تدفق معين لنقل الجزيئات. تُعد قوة تدفق الهواء العامل الأهم في التحكم بتقنيات بيئة الغرف النظيفة.

أظهرت التجارب أن الجسيمات في حركة تدفق الهواء تتبع تدفق الهواء بنفس السرعة تقريبًا. وتتحدد حالة الجسيمات في الهواء بتوزيع تدفق الهواء. تشمل التأثيرات الرئيسية لتدفق الهواء على الجسيمات داخل المباني ما يلي: تدفق الهواء المُزوَّد (بما في ذلك تدفق الهواء الأساسي والثانوي)، وتدفق الهواء وتدفق الحمل الحراري الناتج عن حركة الأشخاص، وتأثير تدفق الهواء على الجسيمات الناتج عن عمليات التصنيع والمعدات الصناعية. وتُعد طرق تزويد الهواء المختلفة، وواجهات السرعة، والمشغلون والمعدات الصناعية، والظواهر المُستحثة، وغيرها في غرف التنظيف، جميعها عوامل تؤثر على مستوى النظافة.

1. تأثير طريقة تزويد الهواء

(1) سرعة إمداد الهواء

لضمان تدفق هواء منتظم، يجب أن تكون سرعة إمداد الهواء في غرفة التنظيف ذات التدفق أحادي الاتجاه منتظمة؛ ويجب أن تكون المنطقة الميتة على سطح إمداد الهواء صغيرة؛ ويجب أن يكون انخفاض الضغط داخل مرشح هيبا منتظمًا أيضًا.

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

هناك مساحة ميتة أقل على سطح إمداد الهواء: لا ينبغي فقط تقليل مساحة سطح إطار هيبا، ولكن الأهم من ذلك، يجب استخدام وحدة FFU المعيارية لتبسيط الإطار الزائد.

ولضمان أن يكون تدفق الهواء عموديًا وأحادي الاتجاه، فإن اختيار انخفاض الضغط للمرشح مهم للغاية أيضًا، ومن الضروري ألا يكون فقدان الضغط داخل المرشح متحيزًا.

(2) مقارنة بين نظام وحدة التكييف بالتدفق ونظام المروحة المحورية

وحدة تزويد الهواء بالهواء (FFU) هي وحدة مزودة بمروحة وفلتر هيبا. تسحب المروحة الطاردة المركزية في وحدة FFU الهواء، وتحول الضغط الديناميكي إلى ضغط ثابت في قناة الهواء. ثم يُدفع الهواء بالتساوي عبر فلتر هيبا. يكون ضغط الهواء المُزوَّد في 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. يُسهم استخدام نظام FFU في تحسين تنظيم تدفق الهواء في الغرفة النظيفة.

(3) تأثير هيكل الاتحاد الفيدرالي لكرة القدم

تتكون وحدة ترشيح الهواء (FFU) بشكل أساسي من مراوح وفلاتر وموجهات تدفق الهواء ومكونات أخرى. يُعد فلتر HEPA الضمانة الأهم لغرف التنظيف لتحقيق مستوى النظافة المطلوب وفقًا للتصميم. كما تؤثر مادة الفلتر على انتظام مجال التدفق. عند إضافة مادة ترشيح خشنة أو لوحة تدفق إلى مخرج الفلتر، يُمكن بسهولة جعل مجال التدفق الخارج منتظمًا.

2. تأثير سرعة واجهة المستخدم مع مستويات النظافة المختلفة

في نفس الغرفة النظيفة، بين منطقة العمل ومنطقة عدم العمل ذات التدفق الرأسي أحادي الاتجاه، وبسبب اختلاف سرعة الهواء عند صندوق مرشحات الهواء (HEPA)، يحدث تأثير دوامي مختلط عند السطح الفاصل، مما يجعل هذا السطح منطقة اضطراب في تدفق الهواء. وتكون شدة اضطراب الهواء قوية للغاية، وقد تنتقل الجسيمات إلى سطح الجهاز وتلوثه، بالإضافة إلى تلوث الرقائق.

3. التأثير على الموظفين والمعدات

عندما تكون الغرفة النظيفة فارغة، تتوافق خصائص تدفق الهواء فيها عمومًا مع متطلبات التصميم. ولكن بمجرد دخول المعدات إلى الغرفة النظيفة، وحركة الأشخاص، ونقل المنتجات، تظهر حتمًا عوائق أمام تنظيم تدفق الهواء، مثل الأجزاء الحادة البارزة من المعدات. عند الزوايا أو الحواف، ينحرف الغاز مكونًا منطقة تدفق مضطرب، ولا يسهل على الغاز الداخل تبديد السوائل الموجودة في هذه المنطقة، مما يؤدي إلى التلوث.

في الوقت نفسه، ستسخن أسطح المعدات الميكانيكية نتيجة التشغيل المستمر، وسيؤدي تدرج درجة الحرارة إلى ظهور منطقة إعادة تدفق بالقرب من الآلة، مما يزيد من تراكم الجزيئات فيها. كما أن ارتفاع درجة الحرارة سيسهل هروب هذه الجزيئات. هذا التأثير المزدوج يُكثّف الطبقة الرأسية الكلية، مما يُصعّب التحكم في نظافة التدفق. ويمكن للغبار المتطاير من المشغلين في الغرفة النظيفة أن يلتصق بسهولة بالرقائق في مناطق إعادة التدفق هذه.

4. تأثير أرضية الهواء الراجع

عندما تختلف مقاومة الهواء العائد المار عبر الأرضية، يحدث فرق في الضغط، مما يؤدي إلى تدفق الهواء في اتجاه المقاومة الأقل، وبالتالي لا يتحقق تدفق هواء منتظم. تتمثل الطريقة الشائعة حاليًا في استخدام أرضية مرتفعة. عندما تكون نسبة فتح الأرضية المرتفعة 10%، يمكن توزيع سرعة تدفق الهواء بالتساوي على ارتفاع العمل الداخلي. بالإضافة إلى ذلك، يجب إيلاء اهتمام دقيق لأعمال التنظيف للحد من مصادر التلوث على الأرضية.

5. ظاهرة الحث

تشير ظاهرة الحثّ إلى ظاهرة توليد تدفق هواء في الاتجاه المعاكس للتدفق المنتظم، مما يؤدي إلى دفع الغبار المتولد في الغرفة أو الغبار الموجود في المناطق الملوثة المجاورة إلى الجانب المواجه للرياح، وبالتالي تلوث الرقاقة. تشمل الظواهر المحتملة للحثّ ما يلي:

(1) لوحة عمياء

في غرفة نظيفة ذات تدفق رأسي أحادي الاتجاه، وبسبب الوصلات الموجودة على الجدار، توجد عادةً ألواح كبيرة مغلقة تعمل على إنتاج تدفق مضطرب وتدفق عكسي محلي.

(2) المصابيح

تُحدث تجهيزات الإضاءة في الغرف النظيفة تأثيرًا أكبر. ولأن حرارة مصباح الفلورسنت تُسبب ارتفاع تدفق الهواء، فلن يُصبح المصباح منطقة مضطربة. وعادةً ما تُصمم المصابيح في الغرف النظيفة على شكل قطرة ماء لتقليل تأثيرها على تنظيم تدفق الهواء.

(3) الفجوات بين الجدران

عندما تكون هناك فجوات بين الجدران الفاصلة أو الأسقف ذات متطلبات النظافة المختلفة، يمكن أن ينتقل الغبار من المناطق ذات متطلبات النظافة المنخفضة إلى المناطق المجاورة ذات متطلبات النظافة العالية.

(4) المسافة بين المعدات الميكانيكية والأرضية أو الجدار

إذا كانت المسافة بين المعدات الميكانيكية والأرضية أو الجدار صغيرة، فسيحدث اضطراب ارتدادي. لذا، اترك مسافة بين المعدات والجدار وارفع منصة الآلة لتجنب التلامس المباشر مع الأرض.