由于半导体工业所制作的集成电路元件尺寸越来越小,在一块小小的芯片上,整合了许许多多的元器件,因此在制造的过程中就必须防止外界杂质污染源(包括尘埃、金属离子、各类有机物等),因为这些污染源可以造成元器件性能的劣化及产品成品率和可靠性的降低。所以制造集成电路必须在洁净的环境中进行,以尽量将污染源和硅片隔离。
洁净室(Cleanroom):空气悬浮粒子浓度受控的房间。它的建造和使用应减少室内诱入、产生滞留粒子。室内其它有关参数如温度、湿度、压力等按要求进行控制。
洁净室的特性指标:
流行平衡度:是指气流在流动过程中流线的平行程度。其作用是保证随气流运动的尘粒不作垂直于流向的传播。
乱流度:把速度场的均匀程度称之为乱流度,对于单向流洁净室,不宜大于0.2,但实践表明这是相当困难的。而从自净能力方面看,可以考虑 (0.25~0.3),如果再大,就说明该单向流洁净室的性能较差。美国联邦标准209B的附录中,关于速度场均匀性的规定是,整个室内不受干扰的部分不均匀性不得大于20%。
下线风速:单向流洁净室中气流速度的作用主要有以下四个方面:
(1)当污染气流多方位散布时,送风气流要能有效控制污染的范围,即不仅要控制上升高度,还要控制横向扩散距离。
(2)当污染空气流与送风气流同向时,送风气流要能有效地控制污染气流达到下游的扩散范围。
(3)当污染气流与送风气流逆向时,送风气流能抑制污染气流能上升或前进的距离。
(4)在全室被污染的情况下,要能从合适的时间风速使室内空气自净。
所谓下限风速,就是满足以上四项要求的最小风速。
下线风速的建议值
四个方面 :(1)过滤;(2) 送风量;(3)压力梯度 ;(4)气流组织
(1)洁净室静压差的作用
洁净室内维持某一个高于邻室或低于邻室的空气压力,是洁净室区别于一般空调房间的显著特点。保证了洁净室在正常工作或空气量平衡暂时受到破坏时,洁净室的洁净度免受邻室的污染或污染邻室。
(2)静压差的控制方式:房间换气次数法和缝隙法
实现洁净室内的压力控制,通常的技术措施是调节送风量与回风量和排风量之间的匹配关系。当送风量大于回风量与排风量之和时,可实现正压洁净室:反之则可实现负压洁净室(生物安全实验室是不设回风的)。维持洁净室一定压差所需的风量,国内较多采用房间换气次数估算,或采用缝隙法计算,二者相比,后者较估算合理准确。
某百级洁净室空气龄(换气次数的倒数)
(3)洁净室的压差控制方式
1)回风口控制
调节回风口上的百页角度维持室内静压值。
在回风支管上安装对开式多叶调节阀调节回风量。
在回风口安装空气阻尼层。
2)余压阀控制
余压阀是一个简单的平衡调节装置。通过调解安装在洁净室内的余压阀上的平衡压块来实现洁净室压差的控制,即当洁净室内正压值大于平衡块置于所标定的值时,余压阀处于开启状态,调节室内压力;反之,则余压阀处于关闭状态。
3)压差变送器控制
对技术条件要求较高情况,可考虑采用自动控制。
4)微机控制
对于正压值各不相同的多个房间的压差控制,利用微机或单片机控制最为合适。
(1)控制污染源,减少污染发生量;
(2)迅速有效地排除室内已经发生的污染
(3)有效地阻止室外的污染侵入。(或有效地防止室内污染逸至室外)
洁净室在设计、运维、改造过程中,你是否会遇到以下“问题”:
1、 洁净室存在横风,极大增加了产品交叉污染的问题?
2、设备发热对生产环境造成了很大的困扰?
3 、环境温度分布不均匀?
4 、供风量不够,导致的气流盲区过多?
5、 FFU布置盲区,形成了大量的乱流,引起扬尘?
6、回风口布置了很多,不但没有解决空气质量问题,还增加了很多乱流?
7乱洁净室风量过大,电费太高?
8 、物料放哪都会产生污染?
9 、设备进场后,横风越来越严重?
10 、有些区域,不管怎么打扫,第二天总是有灰尘、粉尘集聚?
11 、产品莫名其妙的就裂开了,找不到原因,似乎是气流的影响,但是其他地方好像没什么问题?
12、很多洁净间在走廊两侧,互相之间会形成交叉污染?压力分配不知道如何调整?
13、洁净室内存在从高架地板向洁净室内的回流?
14、 FFU的风量和设备的EFU风量总是匹配的不够,洁净室内气流很乱。
计算流体动力学,简称CFD,是预知空气分布系统效能和空间环境气流组织结构的分析方法。基于设计模型/数据,借助CFD计算机虚拟仿真计算,可精确地模拟空间空气流动、传/散热和污染等物理现象,准确地分析通风系统的空气流动、空气质量、传/散热、污染和舒适度等问题,可以在设计前期或生产和安装前进行气流模拟分析来验证设计和改进设计并揭示潜在问题。