A taxa de rendimento de chips na indústria de fabricação de circuitos integrados está intimamente relacionada ao tamanho e à quantidade de partículas de ar depositadas sobre o chip. Uma boa organização do fluxo de ar pode remover as partículas geradas pela fonte de poeira da sala limpa, garantindo a limpeza do ambiente. Ou seja, a organização do fluxo de ar em salas limpas desempenha um papel vital na taxa de rendimento da produção de circuitos integrados. O projeto da organização do fluxo de ar em salas limpas deve atingir os seguintes objetivos: reduzir ou eliminar as correntes parasitas no campo de fluxo para evitar a retenção de partículas nocivas; manter um gradiente de pressão positiva adequado para prevenir a contaminação cruzada.
Força do fluxo de ar
De acordo com o princípio da sala limpa, as forças que atuam sobre as partículas incluem a força de massa, a força molecular, a atração entre as partículas, a força do fluxo de ar, etc.
Força do fluxo de ar: refere-se à força do fluxo de ar causada pela insuflação, retorno de ar, convecção térmica, agitação artificial e outros fluxos de ar com uma determinada vazão para transportar partículas. Para o controle técnico de ambientes de salas limpas, a força do fluxo de ar é o fator mais importante.
Experimentos demonstraram que, em fluxos de ar, as partículas acompanham o movimento do ar praticamente na mesma velocidade. O estado das partículas no ar é determinado pela distribuição do fluxo de ar. Os fluxos de ar que afetam as partículas em ambientes internos incluem principalmente: o fluxo de ar de suprimento (incluindo o fluxo de ar primário e secundário), o fluxo de ar e a convecção térmica causados pela circulação de pessoas e o fluxo de ar gerado pela operação de processos e equipamentos industriais. Diferentes métodos de suprimento de ar, interfaces de velocidade, operadores e equipamentos industriais, bem como fenômenos induzidos em salas limpas, são fatores que afetam o nível de limpeza.
Fatores que afetam a organização do fluxo de ar
1. A influência do método de fornecimento de ar
(1). Velocidade de fornecimento de ar
Para garantir um fluxo de ar uniforme, a velocidade de fornecimento de ar deve ser uniforme em uma sala limpa unidirecional; a zona morta da superfície de fornecimento de ar deve ser pequena; e a queda de pressão no ULPA também deve ser uniforme.
Velocidade de fornecimento de ar uniforme: ou seja, a irregularidade do fluxo de ar é controlada dentro de uma faixa de ±20%.
Menos zonas mortas na superfície de suprimento de ar: não apenas a área plana da estrutura ULPA deve ser reduzida, mas, mais importante ainda, a FFU modular deve ser adotada para simplificar a estrutura redundante.
Para garantir um fluxo de ar vertical unidirecional, a seleção da queda de pressão do filtro também é muito importante, exigindo que a perda de pressão no filtro não possa variar.
(2) Comparação entre o sistema FFU e o sistema de ventilador de fluxo axial
A FFU (Unidade de Fornecimento de Ar) é uma unidade de fornecimento de ar com um ventilador e um filtro (ULPA). Após o ar ser aspirado pelo ventilador centrífugo da FFU, a pressão dinâmica é convertida em pressão estática no duto de ar e expelida uniformemente pelo ULPA. A pressão de ar fornecida no teto é negativa, impedindo a entrada de poeira na sala limpa durante a troca do filtro. Experimentos demonstraram que o sistema FFU é superior ao sistema de ventilador axial em termos de uniformidade da saída de ar, paralelismo do fluxo de ar e índice de eficiência de ventilação. Isso ocorre devido ao melhor paralelismo do fluxo de ar proporcionado pelo sistema FFU. O uso do sistema FFU permite uma melhor organização do fluxo de ar na sala limpa.
(3). A influência da própria estrutura da FFU
A Unidade de Fluxo de Ar (FFU) é composta principalmente por ventiladores, filtros, dispositivos de direcionamento de fluxo de ar e outros componentes. O filtro de ultra-alta eficiência (ULPA) é a garantia mais importante para que a sala limpa atinja o nível de limpeza exigido pelo projeto. O material do filtro também influencia a uniformidade do fluxo de ar. Ao adicionar um material filtrante de granulometria grossa ou uma placa de fluxo laminar na saída do filtro, o fluxo de ar na saída pode ser facilmente uniformizado.
2. Impacto de diferentes interfaces de velocidade na limpeza
Na mesma sala limpa, entre a área de trabalho e a área de não trabalho com fluxo unidirecional vertical, devido à diferença na velocidade do ar na saída do ULPA, um efeito de vórtice misto será gerado na interface, e esta interface se tornará uma zona de fluxo de ar turbulento com intensidade de turbulência particularmente alta. Partículas podem ser transportadas para a superfície do equipamento e contaminar o equipamento e os wafers.
3. Impacto da equipe e dos equipamentos
Quando a sala limpa está vazia, as características do fluxo de ar geralmente atendem aos requisitos de projeto. Assim que os equipamentos entram na sala limpa, com a movimentação de pessoal e a transferência de produtos, inevitavelmente surgem obstáculos à organização do fluxo de ar. Por exemplo, nos cantos ou bordas salientes dos equipamentos, o gás é desviado, formando uma zona turbulenta, e o fluido nessa zona não é facilmente removido pelo gás, causando contaminação. Ao mesmo tempo, a superfície dos equipamentos aquece devido à operação contínua, e o gradiente de temperatura cria uma zona de refluxo próxima à máquina, o que aumenta o acúmulo de partículas nessa zona. Além disso, a alta temperatura facilita a dispersão dessas partículas. Esse duplo efeito agrava a dificuldade de controlar a limpeza laminar vertical geral. A poeira gerada pelos operadores na sala limpa adere com muita facilidade aos wafers nessas zonas de refluxo.
4. Influência do piso de retorno de ar
Quando a resistência do ar de retorno ao passar pelo piso é diferente, gera-se uma diferença de pressão, fazendo com que o ar flua na direção de menor resistência, o que impede a obtenção de um fluxo de ar uniforme. O método de projeto mais popular atualmente é o uso de pisos elevados. Quando a taxa de abertura dos pisos elevados é de 10%, a velocidade do fluxo de ar na altura de trabalho do ambiente pode ser distribuída uniformemente. Além disso, deve-se atentar rigorosamente para a limpeza, a fim de reduzir as fontes de contaminação do piso.
5. Fenômeno de indução
O chamado fenômeno de indução refere-se ao fenômeno em que um fluxo de ar na direção oposta ao fluxo uniforme é gerado, e a poeira gerada na sala ou na área contaminada adjacente é induzida para o lado oposto ao fluxo de ar, de modo que a poeira possa contaminar o chip. A seguir, são apresentados os possíveis fenômenos de indução:
(1). Placa cega
Em uma sala limpa com fluxo unidirecional vertical, devido às juntas na parede, geralmente existem grandes placas cegas que geram turbulência no fluxo de retorno local.
(2). Lâmpadas
As luminárias em salas limpas têm um impacto significativo. Como o calor das lâmpadas fluorescentes faz o ar subir, não haverá turbulência sob elas. Geralmente, as lâmpadas em salas limpas são projetadas em formato de gota para reduzir seu impacto na organização do fluxo de ar.
(3.) Espaços entre paredes
Quando existem espaços entre divisórias com diferentes níveis de limpeza ou entre divisórias e tetos, a poeira da área com baixos requisitos de limpeza pode ser transferida para a área adjacente com altos requisitos de limpeza.
(4) Distância entre a máquina e o chão ou a parede
Se o espaço entre a máquina e o chão ou a parede for muito pequeno, isso causará turbulência de ricochete. Portanto, deixe um espaço entre o equipamento e a parede e eleve a máquina para evitar que ela toque o chão diretamente.
Data da publicação: 05/02/2025