La resa produttiva dei chip nell'industria manifatturiera è strettamente correlata alle dimensioni e al numero di particelle presenti nell'aria che si depositano sui chip. Una buona organizzazione del flusso d'aria può allontanare le particelle generate dalle fonti di polvere dalla camera bianca e garantirne la pulizia. In altre parole, l'organizzazione del flusso d'aria in una camera bianca gioca un ruolo fondamentale nella resa produttiva dei chip. Gli obiettivi da raggiungere nella progettazione dell'organizzazione del flusso d'aria in una camera bianca sono: ridurre o eliminare le correnti parassite nel campo di flusso per evitare la ritenzione di particelle nocive; mantenere un gradiente di pressione positivo adeguato per prevenire la contaminazione incrociata.
Secondo il principio della camera bianca, le forze che agiscono sulle particelle includono la forza di massa, la forza molecolare, l'attrazione tra le particelle, la forza del flusso d'aria, ecc.
Forza del flusso d'aria: si riferisce alla forza del flusso d'aria causata dal flusso d'aria di mandata e di ritorno, dal flusso d'aria per convezione termica, dall'agitazione artificiale e da altri flussi d'aria con una determinata portata per trasportare particelle. Per il controllo ambientale delle camere bianche, la forza del flusso d'aria è il fattore più importante.
Gli esperimenti hanno dimostrato che, nel movimento del flusso d'aria, le particelle seguono il flusso d'aria quasi esattamente alla stessa velocità. Le condizioni delle particelle nell'aria sono determinate dalla distribuzione del flusso d'aria. I principali effetti del flusso d'aria sulle particelle negli ambienti interni includono: il flusso d'aria di immissione (incluso il flusso d'aria primario e secondario), il flusso d'aria e il flusso d'aria per convezione termica causati dal passaggio delle persone e l'impatto del flusso d'aria sulle particelle causato dalle operazioni di processo e dalle apparecchiature industriali. Diversi metodi di immissione dell'aria, interfacce di velocità, operatori e apparecchiature industriali, fenomeni indotti, ecc. nelle camere bianche sono tutti fattori che influenzano il livello di pulizia.
1. Influenza del metodo di alimentazione dell'aria
(1) Velocità di alimentazione dell'aria
Per garantire un flusso d'aria uniforme, la velocità di immissione dell'aria nella camera bianca a flusso unidirezionale deve essere uniforme; la zona morta sulla superficie di immissione dell'aria deve essere ridotta; e anche la caduta di pressione all'interno del filtro HEPA deve essere uniforme.
La velocità di alimentazione dell'aria è uniforme: ovvero, la irregolarità del flusso d'aria è controllata entro ±20%.
C'è meno spazio morto sulla superficie di alimentazione dell'aria: non solo si dovrebbe ridurre l'area piana del telaio HEPA, ma soprattutto si dovrebbe utilizzare un'unità FFU modulare per semplificare il telaio ridondante.
Per garantire che il flusso d'aria sia verticale e unidirezionale, è fondamentale anche la scelta della caduta di pressione del filtro, ed è necessario che la perdita di pressione all'interno del filtro non sia sbilanciata.
(2) Confronto tra sistema FFU e sistema di ventilazione a flusso assiale
L'unità FFU è un'unità di immissione aria dotata di ventilatore e filtro HEPA. L'aria viene aspirata dal ventilatore centrifugo dell'unità FFU, che converte la pressione dinamica in pressione statica all'interno del condotto. L'aria viene quindi espulsa uniformemente dal filtro HEPA. La pressione dell'aria immessa sul soffitto è negativa, impedendo così la fuoriuscita di polvere nella camera bianca durante la sostituzione del filtro. Gli esperimenti hanno dimostrato che il sistema FFU è superiore al sistema con ventilatore assiale in termini di uniformità dell'aria in uscita, parallelismo del flusso d'aria e indice di efficienza di ventilazione. Questo grazie al miglior parallelismo del flusso d'aria del sistema FFU. L'utilizzo del sistema FFU consente di migliorare l'organizzazione del flusso d'aria all'interno della camera bianca.
(3) Influenza della struttura stessa della FFU
L'unità FFU è composta principalmente da ventilatori, filtri, guide di flusso d'aria e altri componenti. Il filtro HEPA è la garanzia più importante per il raggiungimento del livello di pulizia richiesto in una camera bianca. Anche il materiale del filtro influisce sull'uniformità del flusso. Aggiungendo un materiale filtrante ruvido o una piastra di flusso all'uscita del filtro, è possibile uniformare facilmente il flusso in uscita.
2. Impatto dell'interfaccia di velocità con diversi livelli di pulizia
Nella stessa camera bianca, tra l'area di lavoro e l'area non di lavoro con flusso verticale unidirezionale, a causa della differenza di velocità dell'aria nella scatola HEPA, si verificherà un effetto vortice misto all'interfaccia, che diventerà una zona di flusso d'aria turbolento. L'intensità della turbolenza dell'aria è particolarmente elevata e le particelle potrebbero essere trasportate sulla superficie delle apparecchiature e contaminare le apparecchiature e i wafer.
3. Impatto sul personale e sulle attrezzature
Quando una camera bianca è vuota, le caratteristiche del flusso d'aria al suo interno generalmente soddisfano i requisiti di progetto. Una volta che le apparecchiature entrano nella camera bianca, il personale si muove e i prodotti vengono trasportati, si creano inevitabilmente degli ostacoli all'organizzazione del flusso d'aria, come ad esempio le punte acuminate che sporgono dalle apparecchiature. In corrispondenza degli angoli o dei bordi, il gas tende a deviare formando una zona di flusso turbolento, e il fluido presente in quest'area non viene facilmente trasportato via dal gas in ingresso, causando così inquinamento.
Allo stesso tempo, la superficie delle apparecchiature meccaniche si riscalda a causa del funzionamento continuo e il gradiente di temperatura crea una zona di rifusione vicino alla macchina, aumentando l'accumulo di particelle in tale zona. L'alta temperatura, inoltre, facilita la fuoriuscita delle particelle. Questo duplice effetto intensifica lo strato verticale complessivo, rendendo difficile il controllo della pulizia del flusso. La polvere proveniente dagli operatori nella camera bianca può facilmente aderire ai wafer in queste zone di rifusione.
4. Influenza del pavimento con aria di ritorno
Quando la resistenza dell'aria di ritorno che attraversa il pavimento è diversa, si crea una differenza di pressione che spinge l'aria a fluire nella direzione di minore resistenza, impedendo così di ottenere un flusso d'aria uniforme. La soluzione progettuale attualmente più diffusa è l'utilizzo di un pavimento sopraelevato. Con un rapporto di apertura del pavimento sopraelevato pari al 10%, la velocità del flusso d'aria può essere distribuita uniformemente all'altezza di lavoro interna. Inoltre, è fondamentale prestare la massima attenzione alla pulizia per ridurre al minimo le fonti di contaminazione sul pavimento.
5. Fenomeno di induzione
Il cosiddetto fenomeno di induzione si riferisce al fenomeno di generazione di un flusso d'aria in direzione opposta al flusso uniforme, che induce la polvere generata nella stanza o la polvere presente nelle aree contaminate adiacenti a convogliarsi a monte, causando così la contaminazione del wafer. I possibili fenomeni di induzione includono i seguenti:
(1) Piastra cieca
In una camera bianca con flusso verticale unidirezionale, a causa delle giunzioni sulle pareti, sono generalmente presenti ampi pannelli ciechi che generano un flusso turbolento e un riflusso locale.
(2) Lampade
Gli apparecchi di illuminazione nelle camere bianche avranno un impatto maggiore. Poiché il calore della lampada fluorescente provoca una risalita del flusso d'aria, la lampada fluorescente non creerà un'area turbolenta. Generalmente, le lampade nelle camere bianche sono progettate a forma di goccia per ridurre il loro impatto sull'organizzazione del flusso d'aria.
(3) Spazi tra le pareti
Quando si creano spazi tra pareti divisorie o soffitti con requisiti di pulizia differenti, la polvere proveniente da aree con bassi requisiti di pulizia può essere trasferita ad aree adiacenti con elevati requisiti di pulizia.
(4) La distanza tra l'apparecchiatura meccanica e il pavimento o la parete
Se lo spazio tra l'apparecchiatura meccanica e il pavimento o la parete è ridotto, si verificheranno turbolenze di rimbalzo. Pertanto, è necessario lasciare uno spazio tra l'apparecchiatura e la parete e sollevare la piattaforma della macchina per evitare il contatto diretto con il terreno.
Data di pubblicazione: 2 novembre 2023