The core objective is to ensure the directional flow of air within the cleanroom without dead corners or vortices, while efficiently filtering particles and controlling the diffusion of pollutants. The implementation logic should revolve around “where the airflow comes from, how it flows, and where it goes”, which can be specifically broken down into the following five key links:First, clarify: The core objective of air flow control in a cleanroom
قبل تنفيذ الحل التقني، من الضروري أولاً ترسيخ الأهداف الأساسية الثلاثة للتحكم في تدفق الهواء، ويجب أن تدور جميع التصميمات حول هذه الأهداف:
الاتجاهية: يتدفق الهواء على طول المسار المحدد مسبقًا (مثل عموديًا إلى الأسفل أو أفقيًا إلى الأمام)، مع تجنب تكوين "دوامات" فوق الرقاقة/المعدات (يمكن أن تحتفظ الدوامات بالجسيمات وتسبب تلوثًا ثانويًا).
التوحيد: لا يوجد تذبذب كبير في سرعة تدفق الهواء واتجاهه داخل المنطقة النظيفة (مثل انحراف سرعة التدفق الرأسي بمقدار ≤10%)، مما يمنع تراكم الجسيمات في المناطق المحلية.
كفاءة عالية: يمكن لتدفق الهواء أن يحمل بسرعة الجسيمات المتولدة في المنطقة النظيفة (مثل تلك المنبعثة من الأفراد والمعدات) وتفريغها من خلال نظام الهواء المرتجع، وتجنب فترة بقاء الجسيمات التي تتجاوز النطاق المسموح به للعملية (عادة، يجب أن تكون فترة بقاء الجسيمات في المنطقة النظيفة أقل من ثانية واحدة).
II. الخطوة الأساسية 1: اختيار وضع تنظيم تدفق الهواء (المطابقة وفقًا لمتطلبات النظافة)
مناطق النظافة المختلفة (مثل مناطق الإنتاج الأساسية والمناطق المساعدة) لها متطلبات مختلفة لتدفق الهواء. من الضروري أولاً تحديد وضع تنظيم تدفق الهواء المقابل - وهذا هو "تصميم المستوى الأعلى" للتحكم في تدفق الهواء ويحدد مباشرةً اختيار المعدات والتخطيط اللاحق. تتبنى نماذج غرف تنظيف أشباه الموصلات السائدة الأنواع الثلاثة التالية، مع "التدفق الرأسي أحادي الاتجاه" باعتباره الأساس:
قبل تنفيذ الحل التقني، من الضروري أولاً ترسيخ الأهداف الأساسية الثلاثة للتحكم في تدفق الهواء، ويجب أن تدور جميع التصميمات حول هذه الأهداف:
الاتجاهية: يتدفق الهواء على طول المسار المحدد مسبقًا (مثل عموديًا إلى الأسفل أو أفقيًا إلى الأمام)، مع تجنب تكوين "دوامات" فوق الرقاقة/المعدات (يمكن أن تحتفظ الدوامات بالجسيمات وتسبب تلوثًا ثانويًا).
التوحيد: لا يوجد تذبذب كبير في سرعة تدفق الهواء واتجاهه داخل المنطقة النظيفة (مثل انحراف سرعة التدفق الرأسي بمقدار ≤10%)، مما يمنع تراكم الجسيمات في المناطق المحلية.
كفاءة عالية: يمكن لتدفق الهواء أن يحمل بسرعة الجسيمات المتولدة في المنطقة النظيفة (مثل تلك المنبعثة من الأفراد والمعدات) وتفريغها من خلال نظام الهواء المرتجع، وتجنب فترة بقاء الجسيمات التي تتجاوز النطاق المسموح به للعملية (عادة، يجب أن تكون فترة بقاء الجسيمات في المنطقة النظيفة أقل من ثانية واحدة).
II. الخطوة الأساسية 1: اختيار وضع تنظيم تدفق الهواء (المطابقة وفقًا لمتطلبات النظافة)
مناطق النظافة المختلفة (مثل مناطق الإنتاج الأساسية والمناطق المساعدة) لها متطلبات مختلفة لتدفق الهواء. من الضروري أولاً تحديد وضع تنظيم تدفق الهواء المقابل - وهذا هو "تصميم المستوى الأعلى" للتحكم في تدفق الهواء ويحدد مباشرةً اختيار المعدات والتخطيط اللاحق. تتبنى نماذج غرف تنظيف أشباه الموصلات السائدة الأنواع الثلاثة التالية، مع "التدفق الرأسي أحادي الاتجاه" باعتباره الأساس:
| نمط تنظيم تدفق الهواء | المبدأ الأساسي | المنطقة المطبقة | متطلبات المعلمات الرئيسية |
| تدفق عمودي أحادي الاتجاه (تدفق صفحي) | يتدفق الهواء عموديًا إلى الأسفل من أعلى الغرفة النظيفة (المملوءة بالمرشحات)، ويغطي المنطقة بأكملها مثل "شلال هواء"، ثم يتم تفريغه من خلال فتحات الهواء المرتد الأرضية، مما يشكل "قناة أحادية الاتجاه من الأعلى إلى الأسفل". | مناطق عالية النظافة (فئة ISO من 1 إلى 5): مثل مناطق الطباعة الحجرية بالليثوغرافيا فوق البنفسجية الأورو-ضوئية ومناطق ربط الرقاقات ومناطق الحفر |
سرعة تدفق الهواء: 0.25 - 0.5 م/ثانية (بالنسبة للعمليات المتقدمة، يجب أن تكون ≥0.3 م/ثانية); اتساق تدفق الهواء: ≥90% (فرق السرعة بين أي نقطتين ≤10%) معدل تغطية المرشح: ≥90% (مطلوب تغطية كاملة 100% لمنطقة الفئة 1) |
| تدفق أفقي أحادي الاتجاه (صفحي) | يتدفق الهواء أفقيًا من جانب واحد من الغرفة النظيفة (مثل مصفوفة الترشيح الجدارية) إلى منطقة الهواء المرتد على الجانب الآخر، مما يشكل "تدفق هواء أحادي الاتجاه من اليسار إلى اليمين/من الأمام إلى الخلف" | المناطق ذات النظافة العالية المحلية: مثل طاولات تنظيف الرقاقات ومناطق الطلاء بمقاومة الضوء (يجب حماية نقاط المعالجة المحلية) |
سرعة تدفق الهواء: 0.3-0.6 م/ثانية; عرض تغطية تدفق الهواء: ≤3 م (سيؤدي العرض الزائد إلى توهين تدفق الهواء وسرعة غير متساوية) |
| التدفق غير أحادي الاتجاه (الاضطراب) |
يتم إرسال الهواء إلى الغرفة النظيفة من خلال مرشحات مثبتة في السقف أو الحائط دون اتجاه تدفق ثابت ويتم تفريغه بشكل عشوائي من خلال نظام الهواء المرتجع. يتم تقليل تركيز الجسيمات عن طريق "تخفيف الهواء" |
المناطق الإضافية منخفضة النظافة: مثل مناطق تغيير الملابس، ومناطق التخزين المؤقت للمواد، وممرات غرف التنظيف (فئة ISO 6 ~ 8) |
معدل تغيير الهواء: ≥20 إلى 60 مرة في الساعة (≥60 مرة للفئة 6 و≥20 مرة للفئة 8). تجنب الزوايا الميتة المحلية (مثل زوايا الجدران، وقنوات الهواء المرتد الاحتياطية تحت المعدات) |
ثالثًا الرابط الأساسي 2: تكوين معدات نظام التحكم في تدفق الهواء (دعم الأجهزة)
بعد تحديد وضع تنظيم تدفق الهواء، يلزم وجود مجموعة كاملة من نظام معدات "هواء الإمداد - الترشيح - هواء العودة" لتنفيذ هدف التحكم في تدفق الهواء. هذا النظام هو "جوهر الأجهزة" للتحكم في تدفق الهواء ويتضمن بشكل أساسي خمسة أنواع من المعدات الرئيسية:
1. نظام إمداد الهواء: يوفر مصدر هواء مستقر ونظيف
وحدة مناولة الهواء (AHU/MAU)
الوظيفة: أولاً، تجري "المعالجة المسبقة" على الهواء النقي الخارجي (أو الهواء المرتجع الداخلي) - تصفية الجسيمات الكبيرة (مرشح أولي)، وتنظيم درجة الحرارة والرطوبة (ملف التدفئة/التبريد، ووحدة إزالة الرطوبة/الترطيب)، وإزالة الملوثات الكيميائية (امتزاز الكربون المنشط، مرشح كيميائي)، لضمان أن الهواء المرسل إلى الغرفة النظيفة "نظيف وثابت الحرارة وثابت الرطوبة".
المتطلبات الرئيسية: استخدام المراوح متغيرة التردد (التي يمكنها ضبط سرعة الرياح ديناميكيًا وفقًا لمتطلبات الضغط وحجم الهواء في الغرفة النظيفة لتجنب إهدار الطاقة)؛ يجب أن تكون المروحة "محركًا بدون فرش" (لمنع سقوط مسحوق الكربون وتوليد الجسيمات). يجب أن تتطابق دقة التحكم في درجة الحرارة والرطوبة مع متطلبات العملية (مثل ± 0.1 ℃ درجة الحرارة و± 2%RH الرطوبة).
مجرى إمداد الهواء وصندوق الضغط الساكن
الوظيفة: ينقل الهواء المعالج بواسطة وحدة الضغط الهوائي بالتساوي إلى أعلى الغرفة النظيفة. يمكن لصندوق الضغط الساكن أن "يخفف من تدفق الهواء"، مما يمنع تدفق الهواء من التأثير المباشر على المرشح والتسبب في سرعة غير متساوية.
المتطلبات المادية: جدار داخلي أملس (لمنع التصاق الجسيمات)، مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ أو صفيحة فولاذية مجلفنة (مقاومة للتآكل وخالية من الغبار).
2. نظام الترشيح: يعترض الجسيمات لضمان تدفق الهواء النظيف
الترشيح هو "الحاجز الأساسي" للتحكم في تدفق الهواء. من الضروري اعتراض الجسيمات ذات الأحجام المختلفة تدريجيًا من خلال "الترشيح ثلاثي المراحل" (الكفاءة الأولية ← الكفاءة المتوسطة ← الكفاءة العالية/الكفاءة العالية جدًا) لمنع انسداد المرشح عالي الكفاءة قبل الأوان.
الفلتر الأساسي (الموجود في مدخل وحدة التكييف الهوائي): يعترض الجسيمات ≥5 ميكرومتر (مثل الغبار والشعر)، ويحمي المرشح المتوسط الكفاءة اللاحق. وتتكون المادة في الغالب من قماش غير منسوج ويجب استبدالها كل شهر إلى 3 أشهر.
فلتر متوسط الكفاءة (موجود داخل وحدة التكييف الهوائي): يعترض الجسيمات ≥1 ميكرومتر لحماية المرشح عالي الكفاءة. وتتكون المادة في معظمها من الألياف الزجاجية ويجب استبدالها كل 3 إلى 6 أشهر.
المرشحات عالية الكفاءة/فائقة الكفاءة (الموجودة في الجزء العلوي من غرفة التنظيف، أي "طبقة مرشح السقف") :
مرشح عالي الكفاءة (HEPA) : يعترض الجسيمات ≥0.3 ميكرومتر، بكفاءة ترشيح ≥99.97%، وهو مناسب للمناطق من الفئة 5 إلى 8 من ISO.
مرشح فائق الكفاءة (ULPA) : يعترض الجسيمات ≥0.12 ميكرومتر، بكفاءة ترشيح ≥99.999%، مناسب لمناطق الفئة 1 إلى 4 من ISO (مثل عملية 5 نانومتر);
متطلبات التركيب: يجب إغلاق الفلتر والسقف بـ "مانع التسرب" أو "الأخدود السائل" (لمنع تسرب الهواء من خلال الفجوة والتسبب في عدم الامتثال لمعايير النظافة)، ويجب إجراء "اختبار سلامة" (مثل اختبار DOP) كل ثلاثة أشهر للتحقق من عدم وجود أي تلف.
3. نظام الهواء الراجع: التأكد من التفريغ الاتجاهي لتدفق الهواء لتشكيل دوران
إن نظام الهواء المرتجع هو مفتاح "الحلقة المغلقة" لتدفق الهواء ويحتاج إلى التنسيق مع نظام هواء الإمداد لضمان أن تدفق الهواء "يخرج فقط ولا يعود"، مما يؤدي إلى تجنب احتباس الجسيمات.
تصميم مسار الهواء المرتد.
منطقة تدفق عمودي أحادي الاتجاه: يتم وضع "شبكات الهواء الراجع" على الأرض (تغطي الأرض بأكملها أو مرتبة على طول محيط المعدات). ينحدر تدفق الهواء من الأعلى، حاملاً الجسيمات عبر الشبكات إلى مجرى الهواء المرتجع تحت الأرض، ثم يعود إلى وحدة التحكم بالهواء المرتجع لإعادة المعالجة.
منطقة تدفق أفقي أحادي الاتجاه: تقع شبكة الهواء المرتد على الجانب السفلي من تدفق الهواء (مثل الجزء السفلي من الجدار المقابل)، مما يضمن أن يغطي تدفق الهواء منطقة المعالجة بالكامل في الاتجاه الأفقي قبل تفريغه.
منطقة تدفق غير أحادية الاتجاه: تقع شبكة الهواء الراجع في الغالب في زاوية الجدار أو السقف. وينبغي تجنب أن تكون مواجهة مباشرة لمخرج هواء الإمداد (لمنع حدوث ماس كهربائي لتدفق الهواء وتجنب الزوايا الميتة المحلية).
متطلبات معدات الهواء الراجع
يجب أن تكون قناة الهواء الراجع مزودة بـ "مرشح هواء راجع متوسط الكفاءة" (لاعتراض الجسيمات الكبيرة المرتفعة من الأرض ومنع تلوث وحدة التحكم في الهواء (AHU).
يجب أن تكون مروحة الهواء الراجع "مرتبطة بتحويل التردد" لمروحة هواء الإمداد (التأكد من أن حجم هواء الإمداد = حجم الهواء الراجع + حجم الهواء النقي للحفاظ على ضغط إيجابي مستقر في الغرفة النظيفة).
4. معدات تصحيح تدفق الهواء: تحسين انتظام تدفق الهواء وإزالة الدوامات الهوائية
حتى مع نظام الإمداد والهواء المرتجع، قد تظل المناطق المحلية (مثل أسفل المعدات أو في الزوايا) تعاني من دوامات تدفق الهواء، والتي تحتاج إلى تحسينها من خلال معدات التصحيح.
لوحة نشر تدفق الهواء (تقع أسفل المرشح) : تعمل على "تشتيت وتجانس" تدفق الهواء الذي يرسله المرشح لمنع التأثير المباشر لتدفق الهواء على الرقاقة أو المعدات، مما يشكل تدفق هواء عمودي موحد.
الألواح العاكسة (الموجودة حول المعدات) : عندما تكون هناك معدات كبيرة (مثل ماكينات الطباعة الليثوغرافية الضوئية) في المنطقة النظيفة، فإن المعدات سوف تعيق تدفق الهواء. يجب تركيب ألواح عاكسة على جانب المعدات لتوجيه تدفق الهواء حول المعدات ومنع تكوين دوامات تحت المعدات.
آلة ستارة الهواء (الموجودة عند مدخل أو نافذة نقل الغرفة النظيفة): تشكل "حاجزًا أفقيًا لتدفق الهواء" عند المدخل لمنع تسلل الهواء منخفض النظافة من الخارج، مع عدم التأثير على دخول وخروج الأفراد/المواد.
Iv. الرابط الأساسي 3: المراقبة والتنظيم الديناميكي لبارامترات تدفق الهواء (ضمان البرمجيات)
التحكم في تدفق الهواء ليس "حلاً لمرة واحدة". فهو يتطلب مراقبة في الوقت الحقيقي وتعديل ديناميكي للتعامل مع تقلبات تدفق الهواء الناجمة عن حركة الأفراد، وتشغيل المعدات، وانسداد المرشحات، وما إلى ذلك. تعتمد هذه المرحلة على تفاعل "أجهزة الاستشعار + أنظمة التحكم" :
1. مراقبة البارامترات الرئيسية
قم بتركيب أجهزة الاستشعار التالية في مناطق مختلفة من الغرفة النظيفة (مثل منافذ هواء الإمداد، وفوق معدات المعالجة، ومنافذ هواء العودة) لجمع البيانات في الوقت الفعلي:
مستشعر سرعة تدفق الهواء: يراقب سرعة تدفق الهواء الرأسي/الأفقي (الدقة ± 0.02 م/ثانية) لضمان الامتثال للقيمة التصميمية (على سبيل المثال، 0.3 م/ثانية ± 0.03 م/ثانية);
مستشعر اتجاه تدفق الهواء: عن طريق تقنية "مقياس شدة الريح بالسلك الساخن" أو تقنية "قياس سرعة صورة الجسيمات (PIV)، يرصد ما إذا كانت هناك دوامات أو تدفقات عكسية في تدفق الهواء (مثل ما إذا كان هناك تدفق عكسي صاعد لتدفق الهواء أسفل المعدات).
عداد الجسيمات: وهو يراقب تركيز الجسيمات ≥0.1 ميكرومتر و≥0.5 ميكرومتر في الهواء في الوقت الحقيقي، ويحدد بشكل غير مباشر كفاءة تدفق الهواء في حمل الجسيمات (إذا زاد تركيز الجسيمات فجأة، فقد يكون ذلك بسبب انخفاض سرعة تدفق الهواء أو تلف المرشح).
2. منطق التنظيم الديناميكي
يتم إرسال بيانات المستشعر في الوقت الحقيقي إلى "نظام التحكم المركزي (BMS)". يقوم النظام بضبط المعدات تلقائيًا وفقًا للعتبة المحددة مسبقًا. يتضمن منطق التنظيم الأساسي ما يلي:
تنظيم سرعة تدفق الهواء: إذا كانت سرعة تدفق الهواء في منطقة معينة أقل من القيمة المحددة (مثلًا بسبب انسداد الفلتر)، يقوم نظام إدارة تدفق الهواء تلقائيًا بزيادة تردد مروحة هواء الإمداد وزيادة حجم هواء الإمداد واستعادة سرعة تدفق الهواء.
تنظيم توازن الضغط: إذا كان الضغط الموجب بين غرفة التنظيف والخارج غير كافٍ (مثلًا بسبب فتح الباب بشكل متكرر)، يقلل نظام إدارة المباني تلقائيًا من حجم الهواء المرتجع أو يزيد من حجم الهواء النقي للحفاظ على ضغط إيجابي مستقر (منع الهواء الخارجي من التسرب إلى الداخل).
تحسين تدفق الهواء المحلي: في حالة حدوث دوامات (زيادة تركيز الجسيمات) حول المعدات، يمكن لنظام إدارة المباني تنشيط "وحدة التنظيف المحلية" (مثل مروحة HEPA صغيرة) المدمجة في المعدات لتكملة تدفق الهواء الاتجاهي والقضاء على الدوامات.
V. الرابط الأساسي 4: التصميم الإضافي (تجنب تداخل تدفق الهواء)
بالإضافة إلى الأنظمة المذكورة أعلاه، فإن التصميمات الإضافية، مثل التخطيط والمواد وعمليات الموظفين داخل غرفة التنظيف، ستؤثر أيضًا بشكل مباشر على تأثير التحكم في تدفق الهواء وتحتاج إلى تحسينها في وقت واحد
تخطيط المعدات: يجب ترتيب المعدات الكبيرة والطويلة (مثل ماكينات الطباعة الليثوغرافية الضوئية وماكينات الحفر) على طول اتجاه تدفق الهواء (يجب أن تكون مناطق التدفق الرأسي "تصل إلى السماء وتقف على الأرض" لتجنب إعاقة تدفق الهواء؛ ويجب أن تكون مناطق التدفق الأفقي موازية لاتجاه تدفق الهواء). يجب حجز "قناة تدفق هواء" بطول ≥1.2 متر بين المعدات لمنع انسداد تدفق الهواء.
مادة الأرضية/الحائط: يجب أن تكون الأرضية مصنوعة من "أرضية ذاتية التسوية من راتنجات الإيبوكسي" (ناعمة، غير ملحومة، تتجنب تراكم الجسيمات؛ مقاومة للتآكل ومضادة للكهرباء الساكنة)، ويجب أن يكون الجدار مصنوعًا من "صفيحة فولاذية غير قابلة للصدأ" أو "صفيحة فولاذية ملونة" (جدار داخلي أملس، لا يولد غبارًا، سهل التنظيف)، مما يقلل من الجسيمات التي يثيرها تدفق الهواء.
عمليات الأفراد والمواد: يجب أن يتحرك الموظفون على طول "الاتجاه السفلي لتدفق الهواء" (على سبيل المثال، في مناطق التدفق الرأسي، يجب أن يتحركوا من حافة منطقة التنظيف إلى منطقة المعالجة الأساسية لتجنب إزعاج تدفق الهواء وتشكيل دوامات). يجب أن تكون عربات نقل المواد مجهزة بعجلات "خالية من علامات العجلات ومنخفضة الضوضاء"، ويجب أن تتجنب مسارات قيادتها المناطق الحساسة لتدفق الهواء (مثل فوق منطقة الطباعة الليثوغرافية الضوئية).
ملخص: إن جوهر التحكم في تدفق الهواء هو "إدارة الحلقة المغلقة كاملة السلسلة".
إن التحكم في تدفق الهواء في غرفة التنظيف ليس نتيجة لجهاز واحد، بل هو عبارة عن حلقة مغلقة كاملة السلسلة من "الهدف (الاتجاه، المنتظم، الفعال) ← النمط (التدفق أحادي الاتجاه/التدفق غير أحادي الاتجاه) ← المعدات (هواء الإمداد والعودة + الترشيح) ← المراقبة (أجهزة الاستشعار) ← التنظيم (نظام إدارة المباني) ← التصميم الإضافي (التخطيط/المواد)". بأخذ منطقة أشباه الموصلات من الفئة 1 لأشباه الموصلات ISO (عملية 5 نانومتر) كمثال، يمكن تبسيط منطق التحكم في تدفق الهواء على النحو التالي:
تعالج وحدة AHU الهواء النقي إلى هواء نقي بدرجة حرارة "23 ℃ ± 0.1 ℃ وRH45% ± 2%".
يتم توزيع الهواء بالتساوي من خلال صندوق الضغط الساكن إلى مرشح ULPA العلوي ويتدفق عموديًا إلى أسفل بسرعة 0.35 م/ثانية.
يغطي تدفق الهواء سطح الرقاقة، حاملاً الجسيمات الناتجة عن الأفراد/المعدات، ويدخل إلى مجرى الهواء المرتد من خلال شبكة الهواء المرتد الأرضية.
يعود الهواء المرتجع، بعد مروره عبر المرشح متوسط الكفاءة، إلى وحدة التكييف الهوائي AHU، ويختلط مع الهواء النقي، ويعاد معالجته ليشكل دورة.
يقوم المستشعر بمراقبة سرعة تدفق الهواء وتركيز الجسيمات في الوقت الفعلي، ويقوم نظام إدارة المباني تلقائيًا بضبط تردد المروحة لضمان ثبات المعلمة.
ومن خلال هذا الحل التعاوني "الأجهزة + البرمجيات + الإدارة" يمكن تلبية المتطلبات الصارمة لتدفق الهواء في عمليات تصنيع أشباه الموصلات المتقدمة، مما يؤدي بشكل أساسي إلى تجنب عيوب الرقائق الناتجة عن تلوث الجسيمات.
بعد تحديد وضع تنظيم تدفق الهواء، يلزم وجود مجموعة كاملة من نظام معدات "هواء الإمداد - الترشيح - هواء العودة" لتنفيذ هدف التحكم في تدفق الهواء. هذا النظام هو "جوهر الأجهزة" للتحكم في تدفق الهواء ويتضمن بشكل أساسي خمسة أنواع من المعدات الرئيسية:
1. نظام إمداد الهواء: يوفر مصدر هواء مستقر ونظيف
وحدة مناولة الهواء (AHU/MAU)
الوظيفة: أولاً، تجري "المعالجة المسبقة" على الهواء النقي الخارجي (أو الهواء المرتجع الداخلي) - تصفية الجسيمات الكبيرة (مرشح أولي)، وتنظيم درجة الحرارة والرطوبة (ملف التدفئة/التبريد، ووحدة إزالة الرطوبة/الترطيب)، وإزالة الملوثات الكيميائية (امتزاز الكربون المنشط، مرشح كيميائي)، لضمان أن الهواء المرسل إلى الغرفة النظيفة "نظيف وثابت الحرارة وثابت الرطوبة".
المتطلبات الرئيسية: استخدام المراوح متغيرة التردد (التي يمكنها ضبط سرعة الرياح ديناميكيًا وفقًا لمتطلبات الضغط وحجم الهواء في الغرفة النظيفة لتجنب إهدار الطاقة)؛ يجب أن تكون المروحة "محركًا بدون فرش" (لمنع سقوط مسحوق الكربون وتوليد الجسيمات). يجب أن تتطابق دقة التحكم في درجة الحرارة والرطوبة مع متطلبات العملية (مثل ± 0.1 ℃ درجة الحرارة و± 2%RH الرطوبة).
مجرى إمداد الهواء وصندوق الضغط الساكن
الوظيفة: ينقل الهواء المعالج بواسطة وحدة الضغط الهوائي بالتساوي إلى أعلى الغرفة النظيفة. يمكن لصندوق الضغط الساكن أن "يخفف من تدفق الهواء"، مما يمنع تدفق الهواء من التأثير المباشر على المرشح والتسبب في سرعة غير متساوية.
المتطلبات المادية: جدار داخلي أملس (لمنع التصاق الجسيمات)، مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ أو صفيحة فولاذية مجلفنة (مقاومة للتآكل وخالية من الغبار).
2. نظام الترشيح: يعترض الجسيمات لضمان تدفق الهواء النظيف
الترشيح هو "الحاجز الأساسي" للتحكم في تدفق الهواء. من الضروري اعتراض الجسيمات ذات الأحجام المختلفة تدريجيًا من خلال "الترشيح ثلاثي المراحل" (الكفاءة الأولية ← الكفاءة المتوسطة ← الكفاءة العالية/الكفاءة العالية جدًا) لمنع انسداد المرشح عالي الكفاءة قبل الأوان.
الفلتر الأساسي (الموجود في مدخل وحدة التكييف الهوائي): يعترض الجسيمات ≥5 ميكرومتر (مثل الغبار والشعر)، ويحمي المرشح المتوسط الكفاءة اللاحق. وتتكون المادة في الغالب من قماش غير منسوج ويجب استبدالها كل شهر إلى 3 أشهر.
فلتر متوسط الكفاءة (موجود داخل وحدة التكييف الهوائي): يعترض الجسيمات ≥1 ميكرومتر لحماية المرشح عالي الكفاءة. وتتكون المادة في معظمها من الألياف الزجاجية ويجب استبدالها كل 3 إلى 6 أشهر.
المرشحات عالية الكفاءة/فائقة الكفاءة (الموجودة في الجزء العلوي من غرفة التنظيف، أي "طبقة مرشح السقف") :
مرشح عالي الكفاءة (HEPA) : يعترض الجسيمات ≥0.3 ميكرومتر، بكفاءة ترشيح ≥99.97%، وهو مناسب للمناطق من الفئة 5 إلى 8 من ISO.
مرشح فائق الكفاءة (ULPA) : يعترض الجسيمات ≥0.12 ميكرومتر، بكفاءة ترشيح ≥99.999%، مناسب لمناطق الفئة 1 إلى 4 من ISO (مثل عملية 5 نانومتر);
متطلبات التركيب: يجب إغلاق الفلتر والسقف بـ "مانع التسرب" أو "الأخدود السائل" (لمنع تسرب الهواء من خلال الفجوة والتسبب في عدم الامتثال لمعايير النظافة)، ويجب إجراء "اختبار سلامة" (مثل اختبار DOP) كل ثلاثة أشهر للتحقق من عدم وجود أي تلف.
3. نظام الهواء الراجع: التأكد من التفريغ الاتجاهي لتدفق الهواء لتشكيل دوران
إن نظام الهواء المرتجع هو مفتاح "الحلقة المغلقة" لتدفق الهواء ويحتاج إلى التنسيق مع نظام هواء الإمداد لضمان أن تدفق الهواء "يخرج فقط ولا يعود"، مما يؤدي إلى تجنب احتباس الجسيمات.
تصميم مسار الهواء المرتد.
منطقة تدفق عمودي أحادي الاتجاه: يتم وضع "شبكات الهواء الراجع" على الأرض (تغطي الأرض بأكملها أو مرتبة على طول محيط المعدات). ينحدر تدفق الهواء من الأعلى، حاملاً الجسيمات عبر الشبكات إلى مجرى الهواء المرتجع تحت الأرض، ثم يعود إلى وحدة التحكم بالهواء المرتجع لإعادة المعالجة.
منطقة تدفق أفقي أحادي الاتجاه: تقع شبكة الهواء المرتد على الجانب السفلي من تدفق الهواء (مثل الجزء السفلي من الجدار المقابل)، مما يضمن أن يغطي تدفق الهواء منطقة المعالجة بالكامل في الاتجاه الأفقي قبل تفريغه.
منطقة تدفق غير أحادية الاتجاه: تقع شبكة الهواء الراجع في الغالب في زاوية الجدار أو السقف. وينبغي تجنب أن تكون مواجهة مباشرة لمخرج هواء الإمداد (لمنع حدوث ماس كهربائي لتدفق الهواء وتجنب الزوايا الميتة المحلية).
متطلبات معدات الهواء الراجع
يجب أن تكون قناة الهواء الراجع مزودة بـ "مرشح هواء راجع متوسط الكفاءة" (لاعتراض الجسيمات الكبيرة المرتفعة من الأرض ومنع تلوث وحدة التحكم في الهواء (AHU).
يجب أن تكون مروحة الهواء الراجع "مرتبطة بتحويل التردد" لمروحة هواء الإمداد (التأكد من أن حجم هواء الإمداد = حجم الهواء الراجع + حجم الهواء النقي للحفاظ على ضغط إيجابي مستقر في الغرفة النظيفة).
4. معدات تصحيح تدفق الهواء: تحسين انتظام تدفق الهواء وإزالة الدوامات الهوائية
حتى مع نظام الإمداد والهواء المرتجع، قد تظل المناطق المحلية (مثل أسفل المعدات أو في الزوايا) تعاني من دوامات تدفق الهواء، والتي تحتاج إلى تحسينها من خلال معدات التصحيح.
لوحة نشر تدفق الهواء (تقع أسفل المرشح) : تعمل على "تشتيت وتجانس" تدفق الهواء الذي يرسله المرشح لمنع التأثير المباشر لتدفق الهواء على الرقاقة أو المعدات، مما يشكل تدفق هواء عمودي موحد.
الألواح العاكسة (الموجودة حول المعدات) : عندما تكون هناك معدات كبيرة (مثل ماكينات الطباعة الليثوغرافية الضوئية) في المنطقة النظيفة، فإن المعدات سوف تعيق تدفق الهواء. يجب تركيب ألواح عاكسة على جانب المعدات لتوجيه تدفق الهواء حول المعدات ومنع تكوين دوامات تحت المعدات.
آلة ستارة الهواء (الموجودة عند مدخل أو نافذة نقل الغرفة النظيفة): تشكل "حاجزًا أفقيًا لتدفق الهواء" عند المدخل لمنع تسلل الهواء منخفض النظافة من الخارج، مع عدم التأثير على دخول وخروج الأفراد/المواد.
Iv. الرابط الأساسي 3: المراقبة والتنظيم الديناميكي لبارامترات تدفق الهواء (ضمان البرمجيات)
التحكم في تدفق الهواء ليس "حلاً لمرة واحدة". فهو يتطلب مراقبة في الوقت الحقيقي وتعديل ديناميكي للتعامل مع تقلبات تدفق الهواء الناجمة عن حركة الأفراد، وتشغيل المعدات، وانسداد المرشحات، وما إلى ذلك. تعتمد هذه المرحلة على تفاعل "أجهزة الاستشعار + أنظمة التحكم" :
1. مراقبة البارامترات الرئيسية
قم بتركيب أجهزة الاستشعار التالية في مناطق مختلفة من الغرفة النظيفة (مثل منافذ هواء الإمداد، وفوق معدات المعالجة، ومنافذ هواء العودة) لجمع البيانات في الوقت الفعلي:
مستشعر سرعة تدفق الهواء: يراقب سرعة تدفق الهواء الرأسي/الأفقي (الدقة ± 0.02 م/ثانية) لضمان الامتثال للقيمة التصميمية (على سبيل المثال، 0.3 م/ثانية ± 0.03 م/ثانية);
مستشعر اتجاه تدفق الهواء: عن طريق تقنية "مقياس شدة الريح بالسلك الساخن" أو تقنية "قياس سرعة صورة الجسيمات (PIV)، يرصد ما إذا كانت هناك دوامات أو تدفقات عكسية في تدفق الهواء (مثل ما إذا كان هناك تدفق عكسي صاعد لتدفق الهواء أسفل المعدات).
عداد الجسيمات: وهو يراقب تركيز الجسيمات ≥0.1 ميكرومتر و≥0.5 ميكرومتر في الهواء في الوقت الحقيقي، ويحدد بشكل غير مباشر كفاءة تدفق الهواء في حمل الجسيمات (إذا زاد تركيز الجسيمات فجأة، فقد يكون ذلك بسبب انخفاض سرعة تدفق الهواء أو تلف المرشح).
2. منطق التنظيم الديناميكي
يتم إرسال بيانات المستشعر في الوقت الحقيقي إلى "نظام التحكم المركزي (BMS)". يقوم النظام بضبط المعدات تلقائيًا وفقًا للعتبة المحددة مسبقًا. يتضمن منطق التنظيم الأساسي ما يلي:
تنظيم سرعة تدفق الهواء: إذا كانت سرعة تدفق الهواء في منطقة معينة أقل من القيمة المحددة (مثلًا بسبب انسداد الفلتر)، يقوم نظام إدارة تدفق الهواء تلقائيًا بزيادة تردد مروحة هواء الإمداد وزيادة حجم هواء الإمداد واستعادة سرعة تدفق الهواء.
تنظيم توازن الضغط: إذا كان الضغط الموجب بين غرفة التنظيف والخارج غير كافٍ (مثلًا بسبب فتح الباب بشكل متكرر)، يقلل نظام إدارة المباني تلقائيًا من حجم الهواء المرتجع أو يزيد من حجم الهواء النقي للحفاظ على ضغط إيجابي مستقر (منع الهواء الخارجي من التسرب إلى الداخل).
تحسين تدفق الهواء المحلي: في حالة حدوث دوامات (زيادة تركيز الجسيمات) حول المعدات، يمكن لنظام إدارة المباني تنشيط "وحدة التنظيف المحلية" (مثل مروحة HEPA صغيرة) المدمجة في المعدات لتكملة تدفق الهواء الاتجاهي والقضاء على الدوامات.
V. الرابط الأساسي 4: التصميم الإضافي (تجنب تداخل تدفق الهواء)
بالإضافة إلى الأنظمة المذكورة أعلاه، فإن التصميمات الإضافية، مثل التخطيط والمواد وعمليات الموظفين داخل غرفة التنظيف، ستؤثر أيضًا بشكل مباشر على تأثير التحكم في تدفق الهواء وتحتاج إلى تحسينها في وقت واحد
تخطيط المعدات: يجب ترتيب المعدات الكبيرة والطويلة (مثل ماكينات الطباعة الليثوغرافية الضوئية وماكينات الحفر) على طول اتجاه تدفق الهواء (يجب أن تكون مناطق التدفق الرأسي "تصل إلى السماء وتقف على الأرض" لتجنب إعاقة تدفق الهواء؛ ويجب أن تكون مناطق التدفق الأفقي موازية لاتجاه تدفق الهواء). يجب حجز "قناة تدفق هواء" بطول ≥1.2 متر بين المعدات لمنع انسداد تدفق الهواء.
مادة الأرضية/الحائط: يجب أن تكون الأرضية مصنوعة من "أرضية ذاتية التسوية من راتنجات الإيبوكسي" (ناعمة، غير ملحومة، تتجنب تراكم الجسيمات؛ مقاومة للتآكل ومضادة للكهرباء الساكنة)، ويجب أن يكون الجدار مصنوعًا من "صفيحة فولاذية غير قابلة للصدأ" أو "صفيحة فولاذية ملونة" (جدار داخلي أملس، لا يولد غبارًا، سهل التنظيف)، مما يقلل من الجسيمات التي يثيرها تدفق الهواء.
عمليات الأفراد والمواد: يجب أن يتحرك الموظفون على طول "الاتجاه السفلي لتدفق الهواء" (على سبيل المثال، في مناطق التدفق الرأسي، يجب أن يتحركوا من حافة منطقة التنظيف إلى منطقة المعالجة الأساسية لتجنب إزعاج تدفق الهواء وتشكيل دوامات). يجب أن تكون عربات نقل المواد مجهزة بعجلات "خالية من علامات العجلات ومنخفضة الضوضاء"، ويجب أن تتجنب مسارات قيادتها المناطق الحساسة لتدفق الهواء (مثل فوق منطقة الطباعة الليثوغرافية الضوئية).
ملخص: إن جوهر التحكم في تدفق الهواء هو "إدارة الحلقة المغلقة كاملة السلسلة".
إن التحكم في تدفق الهواء في غرفة التنظيف ليس نتيجة لجهاز واحد، بل هو عبارة عن حلقة مغلقة كاملة السلسلة من "الهدف (الاتجاه، المنتظم، الفعال) ← النمط (التدفق أحادي الاتجاه/التدفق غير أحادي الاتجاه) ← المعدات (هواء الإمداد والعودة + الترشيح) ← المراقبة (أجهزة الاستشعار) ← التنظيم (نظام إدارة المباني) ← التصميم الإضافي (التخطيط/المواد)". بأخذ منطقة أشباه الموصلات من الفئة 1 لأشباه الموصلات ISO (عملية 5 نانومتر) كمثال، يمكن تبسيط منطق التحكم في تدفق الهواء على النحو التالي:
تعالج وحدة AHU الهواء النقي إلى هواء نقي بدرجة حرارة "23 ℃ ± 0.1 ℃ وRH45% ± 2%".
يتم توزيع الهواء بالتساوي من خلال صندوق الضغط الساكن إلى مرشح ULPA العلوي ويتدفق عموديًا إلى أسفل بسرعة 0.35 م/ثانية.
يغطي تدفق الهواء سطح الرقاقة، حاملاً الجسيمات الناتجة عن الأفراد/المعدات، ويدخل إلى مجرى الهواء المرتد من خلال شبكة الهواء المرتد الأرضية.
يعود الهواء المرتجع، بعد مروره عبر المرشح متوسط الكفاءة، إلى وحدة التكييف الهوائي AHU، ويختلط مع الهواء النقي، ويعاد معالجته ليشكل دورة.
يقوم المستشعر بمراقبة سرعة تدفق الهواء وتركيز الجسيمات في الوقت الفعلي، ويقوم نظام إدارة المباني تلقائيًا بضبط تردد المروحة لضمان ثبات المعلمة.
ومن خلال هذا الحل التعاوني "الأجهزة + البرمجيات + الإدارة" يمكن تلبية المتطلبات الصارمة لتدفق الهواء في عمليات تصنيع أشباه الموصلات المتقدمة، مما يؤدي بشكل أساسي إلى تجنب عيوب الرقائق الناتجة عن تلوث الجسيمات.
