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
Antes de aplicar la solución técnica, es necesario fijar primero los tres objetivos principales del control del flujo de aire, y todos los diseños deben girar en torno a ellos:
Direccionalidad: El aire fluye a lo largo de la trayectoria preestablecida (como verticalmente hacia abajo u horizontalmente hacia delante), evitando la formación de "vórtices" por encima de la oblea/equipo (los vórtices pueden retener partículas y causar contaminación secundaria).
Uniformidad: No hay fluctuaciones significativas en la velocidad y dirección del flujo de aire dentro del área limpia (como una desviación de la velocidad del flujo vertical de ≤10%), lo que evita la acumulación de partículas en áreas locales.
Alta eficacia: El flujo de aire puede arrastrar rápidamente las partículas generadas en la zona limpia (como las emitidas por el personal y los equipos) y descargarlas a través del sistema de aire de retorno, evitando que el tiempo de residencia de las partículas exceda el rango permitido del proceso (normalmente, se requiere que el tiempo de residencia de las partículas en la zona limpia sea inferior a 1 segundo).
Ii. Paso básico 1: Selección del modo de organización del flujo de aire (adaptación en función de los requisitos de limpieza)
Las distintas zonas de limpieza (como las zonas de producción principales y las zonas auxiliares) tienen requisitos diferentes en cuanto al flujo de aire. Es necesario determinar primero el modo de organización del flujo de aire correspondiente: se trata del "diseño de nivel superior" del control del flujo de aire y determina directamente la posterior selección y disposición de los equipos. Los principales modelos de salas blancas de semiconductores adoptan los tres tipos siguientes, con el "flujo unidireccional vertical" como núcleo:
Antes de aplicar la solución técnica, es necesario fijar primero los tres objetivos principales del control del flujo de aire, y todos los diseños deben girar en torno a ellos:
Direccionalidad: El aire fluye a lo largo de la trayectoria preestablecida (como verticalmente hacia abajo u horizontalmente hacia delante), evitando la formación de "vórtices" por encima de la oblea/equipo (los vórtices pueden retener partículas y causar contaminación secundaria).
Uniformidad: No hay fluctuaciones significativas en la velocidad y dirección del flujo de aire dentro del área limpia (como una desviación de la velocidad del flujo vertical de ≤10%), lo que evita la acumulación de partículas en áreas locales.
Alta eficacia: El flujo de aire puede arrastrar rápidamente las partículas generadas en la zona limpia (como las emitidas por el personal y los equipos) y descargarlas a través del sistema de aire de retorno, evitando que el tiempo de residencia de las partículas exceda el rango permitido del proceso (normalmente, se requiere que el tiempo de residencia de las partículas en la zona limpia sea inferior a 1 segundo).
Ii. Paso básico 1: Selección del modo de organización del flujo de aire (adaptación en función de los requisitos de limpieza)
Las distintas zonas de limpieza (como las zonas de producción principales y las zonas auxiliares) tienen requisitos diferentes en cuanto al flujo de aire. Es necesario determinar primero el modo de organización del flujo de aire correspondiente: se trata del "diseño de nivel superior" del control del flujo de aire y determina directamente la posterior selección y disposición de los equipos. Los principales modelos de salas blancas de semiconductores adoptan los tres tipos siguientes, con el "flujo unidireccional vertical" como núcleo:
| Patrón de organización del flujo de aire | Principio básico | Zona aplicable | Requisitos de los parámetros clave |
| Flujo unidireccional vertical (flujo laminar) | El aire fluye verticalmente hacia abajo desde la parte superior de la sala blanca (llena de filtros), cubriendo toda la zona como una "cascada de aire", y luego se descarga a través de los orificios de aire de retorno del suelo, formando un "canal unidireccional de arriba abajo". | Zonas de alta limpieza (ISO Clase 1 a 5): como zonas de litografía EUV, zonas de unión de obleas y zonas de grabado. |
Velocidad del flujo de aire: 0,25-0,5 m/s (para procesos avanzados, debe ser ≥0,3 m/s); Uniformidad del flujo de aire: ≥90% (diferencia de velocidad entre dos puntos cualesquiera ≤10%). Índice de cobertura del filtro: ≥90% (se requiere una cobertura total de 100% para la zona de clase 1) |
| Flujo unidireccional horizontal (laminar) | El aire fluye horizontalmente desde un lado de la sala blanca (como un conjunto de filtros de pared) hasta la zona de aire de retorno del otro lado, formando un "flujo de aire unidireccional de izquierda a derecha/de delante hacia atrás" | Áreas locales de alta limpieza: como mesas de limpieza de obleas, áreas de recubrimiento fotorresistente (es necesario proteger los puntos de proceso locales). |
Velocidad del flujo de aire: 0,3-0,6 m/s; Anchura de cobertura del flujo de aire: ≤3m (Una anchura excesiva provocará la atenuación del flujo de aire y una velocidad irregular). |
| Flujo no unidireccional (turbulencia) |
El aire se envía a la sala blanca a través de filtros montados en el techo o en la pared sin una dirección de flujo fija y se descarga aleatoriamente a través del sistema de aire de retorno. La concentración de partículas se reduce mediante la "dilución del aire" |
Zonas auxiliares de baja limpieza: como vestuarios, zonas de almacenamiento temporal de material, pasillos de salas blancas (ISO Clase 6~8) |
Tasa de cambio de aire: ≥20 a 60 veces por hora (≥60 veces para la clase 6 y ≥20 veces para la clase 8). Evite los ángulos muertos locales (como las esquinas de las paredes y reserve los canales de aire de retorno bajo los equipos). |
Iii. Eslabón central 2: Composición del equipo del sistema de control del flujo de aire (soporte de hardware)
Una vez determinado el modo de organización del flujo de aire, se requiere un conjunto completo de equipos de "suministro de aire - filtración - retorno de aire" para implementar el objetivo de control del flujo de aire. Este sistema es el "núcleo de hardware" del control del flujo de aire e incluye principalmente cinco tipos de equipos clave:
1. Sistema de suministro de aire: Proporciona una fuente de aire estable y limpio
Unidad de tratamiento de aire (AHU/MAU)
Función: En primer lugar, realiza un "pretratamiento" del aire fresco exterior (o del aire de retorno interior): filtra las partículas de gran tamaño (filtro primario), regula la temperatura y la humedad (batería de calefacción/refrigeración, módulo de deshumidificación/humidificación) y elimina los contaminantes químicos (adsorción de carbón activo, filtro químico), para garantizar que el aire enviado a la sala limpia esté "limpio, a temperatura y humedad constantes".
Requisitos clave: Utilizar ventiladores de frecuencia variable (que puedan ajustar dinámicamente la velocidad del viento en función de los requisitos de presión y volumen de aire de la sala blanca para evitar el derroche de energía); El ventilador debe ser un "motor sin escobillas" (para evitar que el polvo de carbón se desprenda y genere partículas). La precisión del control de la temperatura y la humedad debe ajustarse a los requisitos del proceso (como ±0,1℃ de temperatura y ± 2%RH de humedad).
Conducto de suministro de aire y caja de presión estática
Función: Transportar uniformemente el aire procesado por la UTA a la parte superior de la sala blanca. La caja de presión estática puede "amortiguar el flujo de aire", evitando que el flujo de aire impacte directamente en el filtro y provoque una velocidad desigual.
Requisitos del material: Pared interior lisa (para evitar la adherencia de partículas), de acero inoxidable o chapa de acero galvanizado (resistente a la corrosión y libre de polvo).
2. Sistema de filtración: Intercepta las partículas para garantizar un flujo de aire limpio
La filtración es la "barrera central" para el control del flujo de aire. Es necesario interceptar gradualmente partículas de distintos tamaños mediante una "filtración en tres etapas" (eficiencia primaria → eficiencia media → alta eficiencia/ultraalta eficiencia) para evitar que el filtro de alta eficiencia se obstruya prematuramente.
Filtro primario (situado a la entrada de la UTA) : Intercepta partículas ≥5μm (como polvo y pelos), protegiendo el filtro posterior de eficacia media. El material es principalmente tela no tejida y debe sustituirse cada 1 a 3 meses.
Filtro de media eficiencia (situado en el interior de la UTA) : Intercepta partículas ≥1μm para proteger el filtro de alta eficiencia. El material es principalmente fibra de vidrio y debe sustituirse cada 3 a 6 meses.
Filtros de alta eficacia/ultra alta eficacia (situados en la parte superior de la sala blanca, es decir, la "capa filtrante del techo") :
Filtro de alta eficiencia (HEPA) : Intercepta partículas ≥0,3μm, con una eficacia de filtración de ≥99,97%, apto para zonas ISO Clase 5 a 8.
Filtro de eficacia ultra alta (ULPA) : Intercepta partículas ≥0,12μm, con una eficacia de filtración de ≥99,999%, apto para zonas ISO Clase 1 a 4 (como el proceso de 5nm);
Requisitos de instalación: El filtro y el techo deben sellarse con "sellador" o "ranura líquida" (para evitar que el aire se filtre por el hueco y provoque el incumplimiento de las normas de limpieza), y debe realizarse una "prueba de integridad" (como la prueba DOP) cada trimestre para comprobar si hay algún daño.
3. Sistema de aire de retorno: Asegurar la descarga direccional del flujo de aire para formar una circulación
El sistema de aire de retorno es la clave del "circuito cerrado" del flujo de aire y debe coordinarse con el sistema de aire de impulsión para garantizar que el flujo de aire "sólo sale y no vuelve", evitando la retención de partículas.
Diseño de la vía de aire de retorno.
Área de flujo unidireccional vertical: Las "rejillas de aire de retorno" se colocan en el suelo (cubriendo todo el suelo o dispuestas a lo largo de la periferia del equipo). El flujo de aire desciende desde la parte superior, transportando las partículas a través de las rejillas hasta el conducto de aire de retorno subterráneo, y luego vuelve a la UTA para su reprocesamiento.
Zona de flujo unidireccional horizontal: La rejilla de aire de retorno está situada en el lado descendente del flujo de aire (como la parte inferior de la pared opuesta), lo que garantiza que el flujo de aire cubra completamente la zona de proceso en dirección horizontal antes de ser descargado.
Área de flujo no unidireccional: La rejilla de aire de retorno suele estar situada en la esquina de la pared o el techo. Debe evitarse que esté directamente orientada hacia la salida de aire de impulsión (para prevenir cortocircuitos en el flujo de aire y evitar ángulos muertos locales).
Requisitos de los equipos de aire de retorno
El conducto de aire de retorno debe estar equipado con un "filtro de aire de retorno de eficiencia media" (para interceptar las partículas grandes que se levantan del suelo y evitar la contaminación de la UTA).
El ventilador de aire de retorno debe estar "conectado con conversión de frecuencia" para el ventilador de aire de impulsión (garantizando que el volumen de aire de impulsión = volumen de aire de retorno + volumen de aire fresco para mantener una presión positiva estable en la sala blanca).
4. Equipo de rectificación del flujo de aire: Optimizan la uniformidad del flujo de aire y eliminan los vórtices.
Incluso con un sistema de impulsión y retorno de aire, las zonas locales (como debajo de los equipos o en las esquinas) pueden seguir experimentando vórtices de flujo de aire, que deben optimizarse mediante equipos de rectificación.
Placa de difusión del flujo de aire (situada debajo del filtro) : "Dispersa y homogeneiza" el flujo de aire enviado por el filtro para evitar el impacto directo del flujo de aire sobre la oblea o el equipo, formando un flujo de aire vertical uniforme.
Placas deflectoras (situadas alrededor de los equipos) : Cuando hay equipos grandes (como máquinas de fotolitografía) en la zona limpia, los equipos bloquearán el flujo de aire. Es necesario instalar placas deflectoras en el lateral del equipo para guiar el flujo de aire alrededor del equipo y evitar la formación de vórtices debajo del equipo.
Máquina de cortina de aire (situada en la entrada o ventana de transferencia de la sala blanca) : Forma una "barrera horizontal de flujo de aire" en la entrada para impedir la infiltración de aire de baja limpieza procedente del exterior, sin afectar a la entrada y salida de personal/materiales.
Iv. Eslabón central 3: Supervisión y regulación dinámica de los parámetros del flujo de aire (garantía de software)
El control del caudal de aire no es una "solución única". Requiere un seguimiento en tiempo real y un ajuste dinámico para hacer frente a las fluctuaciones del caudal de aire provocadas por los movimientos del personal, el funcionamiento de los equipos, la obstrucción de filtros, etc. Esta etapa se basa en la interacción de "sensores + sistemas de control" :
1. Supervisión de parámetros clave
Instale los siguientes sensores en distintas zonas de la sala blanca (como salidas de aire de suministro, encima de los equipos de proceso y salidas de aire de retorno) para recopilar datos en tiempo real:
Sensor de velocidad del flujo de aire: Controla la velocidad del flujo de aire vertical/horizontal (precisión ±0,02m/s) para garantizar el cumplimiento del valor de diseño (por ejemplo, 0,3m/s±0,03m/s);
Sensor de dirección del flujo de aire: Mediante la tecnología de "anemómetro de hilo caliente" o "velocimetría de imagen de partículas (PIV)", controla si hay vórtices o flujos inversos en el flujo de aire (por ejemplo, si hay flujo inverso ascendente del flujo de aire por debajo del equipo).
Contador de partículas: Controla en tiempo real la concentración de partículas ≥0,1μm y ≥0,5μm en el aire, y determina indirectamente la eficiencia del flujo de aire en el transporte de partículas (si la concentración de partículas aumenta repentinamente, puede deberse a una disminución de la velocidad del flujo de aire o a un filtro dañado).
2. Lógica de regulación dinámica
Los datos de los sensores se transmiten en tiempo real al "Sistema Central de Control (BMS)". El sistema ajusta automáticamente el equipo en función del umbral preestablecido. La lógica central de regulación incluye:
Regulación de la velocidad del flujo de aire: Si la velocidad del flujo de aire en un área determinada es inferior al valor establecido (por ejemplo, debido a la obstrucción del filtro), el BMS aumenta automáticamente la frecuencia del ventilador de aire de suministro, aumenta el volumen de aire de suministro y restablece la velocidad del flujo de aire.
Regulación del equilibrio de presión: Si la presión positiva entre la sala blanca y el exterior es insuficiente (por ejemplo, debido a la apertura frecuente de la puerta), el BMS reduce automáticamente el volumen de aire de retorno o aumenta el volumen de aire fresco para mantener una presión positiva estable (evitando que se filtre aire exterior).
Optimización del flujo de aire local: Si se producen vórtices (aumento de la concentración de partículas) alrededor del equipo, el BMS puede activar la "unidad de limpieza local" (como un pequeño ventilador HEPA) integrada en el equipo para complementar el flujo de aire direccional y eliminar los vórtices.
V. Eslabón central 4: diseño auxiliar (evitar interferencias en el flujo de aire)
Además de los sistemas mencionados, los diseños auxiliares, como la disposición, los materiales y las operaciones del personal dentro de la sala blanca, también afectarán directamente al efecto de control del flujo de aire y deben optimizarse simultáneamente.
Disposición de los equipos: Los equipos grandes y altos (como las máquinas de fotolitografía y las máquinas de grabado) deben disponerse a lo largo de la dirección del flujo de aire (las áreas de flujo vertical deben "llegar al cielo y pararse en el suelo" para evitar bloquear el flujo de aire; las áreas de flujo horizontal deben ser paralelas a la dirección del flujo de aire). Debe reservarse un "canal de flujo de aire" de ≥1,2 m entre los equipos para evitar que se bloquee el flujo de aire.
Material del suelo/pared: El suelo debe ser de "suelo autonivelante de resina epoxi" (liso, sin juntas, evita la acumulación de partículas; resistente al desgaste y antiestático), y la pared debe ser de "chapa de acero inoxidable" o "chapa de acero de color" (pared interior lisa, sin generación de polvo, fácil de limpiar), reduciendo las partículas levantadas por el flujo de aire.
Operaciones con personal y material: El personal debe desplazarse en la "dirección descendente del flujo de aire" (por ejemplo, en zonas de flujo vertical, debe desplazarse desde el borde de la zona limpia hasta la zona de proceso central para evitar perturbar el flujo de aire y formar vórtices). Los carros de transporte de material deben estar equipados con ruedas "libres de marcas y poco ruidosas", y sus trayectorias de conducción deben evitar las zonas sensibles al flujo de aire (como por encima de la zona de fotolitografía).
Resumen: La esencia del control del flujo de aire es la "gestión de bucle cerrado de cadena completa".
El control del flujo de aire en una sala blanca no es el resultado de un único dispositivo, sino de un bucle cerrado de cadena completa de "objetivo (direccional, uniforme, eficiente) → patrón (flujo unidireccional/flujo no unidireccional) → equipo (aire de suministro y retorno + filtración) → supervisión (sensores) → regulación (BMS) → diseño auxiliar (disposición/material)". Tomando como ejemplo la zona ISO Clase 1 de semiconductores (proceso de 5 nm), su lógica de control del flujo de aire puede simplificarse como:
La UTA transforma el aire fresco en aire limpio con una temperatura de "23℃±0,1℃ y RH45%±2%".
El aire se distribuye uniformemente a través de la caja de presión estática hasta el filtro ULPA superior y fluye verticalmente hacia abajo a una velocidad de 0,35 m/s.
El flujo de aire cubre la superficie de la oblea, arrastrando las partículas generadas por el personal/equipo, y entra en el conducto de aire de retorno a través de la rejilla de aire de retorno al suelo.
El aire de retorno, tras pasar por el filtro de eficacia media, vuelve a la UTA, se mezcla con el aire fresco y se vuelve a procesar para formar una circulación.
El sensor controla la velocidad del flujo de aire y la concentración de partículas en tiempo real, y el BMS ajusta automáticamente la frecuencia del ventilador para garantizar la estabilidad de los parámetros.
Es precisamente a través de esta solución colaborativa de "hardware + software + gestión" como se pueden cumplir los estrictos requisitos de flujo de aire en los procesos avanzados de fabricación de semiconductores, evitando fundamentalmente los defectos en los chips causados por la contaminación por partículas.
Una vez determinado el modo de organización del flujo de aire, se requiere un conjunto completo de equipos de "suministro de aire - filtración - retorno de aire" para implementar el objetivo de control del flujo de aire. Este sistema es el "núcleo de hardware" del control del flujo de aire e incluye principalmente cinco tipos de equipos clave:
1. Sistema de suministro de aire: Proporciona una fuente de aire estable y limpio
Unidad de tratamiento de aire (AHU/MAU)
Función: En primer lugar, realiza un "pretratamiento" del aire fresco exterior (o del aire de retorno interior): filtra las partículas de gran tamaño (filtro primario), regula la temperatura y la humedad (batería de calefacción/refrigeración, módulo de deshumidificación/humidificación) y elimina los contaminantes químicos (adsorción de carbón activo, filtro químico), para garantizar que el aire enviado a la sala limpia esté "limpio, a temperatura y humedad constantes".
Requisitos clave: Utilizar ventiladores de frecuencia variable (que puedan ajustar dinámicamente la velocidad del viento en función de los requisitos de presión y volumen de aire de la sala blanca para evitar el derroche de energía); El ventilador debe ser un "motor sin escobillas" (para evitar que el polvo de carbón se desprenda y genere partículas). La precisión del control de la temperatura y la humedad debe ajustarse a los requisitos del proceso (como ±0,1℃ de temperatura y ± 2%RH de humedad).
Conducto de suministro de aire y caja de presión estática
Función: Transportar uniformemente el aire procesado por la UTA a la parte superior de la sala blanca. La caja de presión estática puede "amortiguar el flujo de aire", evitando que el flujo de aire impacte directamente en el filtro y provoque una velocidad desigual.
Requisitos del material: Pared interior lisa (para evitar la adherencia de partículas), de acero inoxidable o chapa de acero galvanizado (resistente a la corrosión y libre de polvo).
2. Sistema de filtración: Intercepta las partículas para garantizar un flujo de aire limpio
La filtración es la "barrera central" para el control del flujo de aire. Es necesario interceptar gradualmente partículas de distintos tamaños mediante una "filtración en tres etapas" (eficiencia primaria → eficiencia media → alta eficiencia/ultraalta eficiencia) para evitar que el filtro de alta eficiencia se obstruya prematuramente.
Filtro primario (situado a la entrada de la UTA) : Intercepta partículas ≥5μm (como polvo y pelos), protegiendo el filtro posterior de eficacia media. El material es principalmente tela no tejida y debe sustituirse cada 1 a 3 meses.
Filtro de media eficiencia (situado en el interior de la UTA) : Intercepta partículas ≥1μm para proteger el filtro de alta eficiencia. El material es principalmente fibra de vidrio y debe sustituirse cada 3 a 6 meses.
Filtros de alta eficacia/ultra alta eficacia (situados en la parte superior de la sala blanca, es decir, la "capa filtrante del techo") :
Filtro de alta eficiencia (HEPA) : Intercepta partículas ≥0,3μm, con una eficacia de filtración de ≥99,97%, apto para zonas ISO Clase 5 a 8.
Filtro de eficacia ultra alta (ULPA) : Intercepta partículas ≥0,12μm, con una eficacia de filtración de ≥99,999%, apto para zonas ISO Clase 1 a 4 (como el proceso de 5nm);
Requisitos de instalación: El filtro y el techo deben sellarse con "sellador" o "ranura líquida" (para evitar que el aire se filtre por el hueco y provoque el incumplimiento de las normas de limpieza), y debe realizarse una "prueba de integridad" (como la prueba DOP) cada trimestre para comprobar si hay algún daño.
3. Sistema de aire de retorno: Asegurar la descarga direccional del flujo de aire para formar una circulación
El sistema de aire de retorno es la clave del "circuito cerrado" del flujo de aire y debe coordinarse con el sistema de aire de impulsión para garantizar que el flujo de aire "sólo sale y no vuelve", evitando la retención de partículas.
Diseño de la vía de aire de retorno.
Área de flujo unidireccional vertical: Las "rejillas de aire de retorno" se colocan en el suelo (cubriendo todo el suelo o dispuestas a lo largo de la periferia del equipo). El flujo de aire desciende desde la parte superior, transportando las partículas a través de las rejillas hasta el conducto de aire de retorno subterráneo, y luego vuelve a la UTA para su reprocesamiento.
Zona de flujo unidireccional horizontal: La rejilla de aire de retorno está situada en el lado descendente del flujo de aire (como la parte inferior de la pared opuesta), lo que garantiza que el flujo de aire cubra completamente la zona de proceso en dirección horizontal antes de ser descargado.
Área de flujo no unidireccional: La rejilla de aire de retorno suele estar situada en la esquina de la pared o el techo. Debe evitarse que esté directamente orientada hacia la salida de aire de impulsión (para prevenir cortocircuitos en el flujo de aire y evitar ángulos muertos locales).
Requisitos de los equipos de aire de retorno
El conducto de aire de retorno debe estar equipado con un "filtro de aire de retorno de eficiencia media" (para interceptar las partículas grandes que se levantan del suelo y evitar la contaminación de la UTA).
El ventilador de aire de retorno debe estar "conectado con conversión de frecuencia" para el ventilador de aire de impulsión (garantizando que el volumen de aire de impulsión = volumen de aire de retorno + volumen de aire fresco para mantener una presión positiva estable en la sala blanca).
4. Equipo de rectificación del flujo de aire: Optimizan la uniformidad del flujo de aire y eliminan los vórtices.
Incluso con un sistema de impulsión y retorno de aire, las zonas locales (como debajo de los equipos o en las esquinas) pueden seguir experimentando vórtices de flujo de aire, que deben optimizarse mediante equipos de rectificación.
Placa de difusión del flujo de aire (situada debajo del filtro) : "Dispersa y homogeneiza" el flujo de aire enviado por el filtro para evitar el impacto directo del flujo de aire sobre la oblea o el equipo, formando un flujo de aire vertical uniforme.
Placas deflectoras (situadas alrededor de los equipos) : Cuando hay equipos grandes (como máquinas de fotolitografía) en la zona limpia, los equipos bloquearán el flujo de aire. Es necesario instalar placas deflectoras en el lateral del equipo para guiar el flujo de aire alrededor del equipo y evitar la formación de vórtices debajo del equipo.
Máquina de cortina de aire (situada en la entrada o ventana de transferencia de la sala blanca) : Forma una "barrera horizontal de flujo de aire" en la entrada para impedir la infiltración de aire de baja limpieza procedente del exterior, sin afectar a la entrada y salida de personal/materiales.
Iv. Eslabón central 3: Supervisión y regulación dinámica de los parámetros del flujo de aire (garantía de software)
El control del caudal de aire no es una "solución única". Requiere un seguimiento en tiempo real y un ajuste dinámico para hacer frente a las fluctuaciones del caudal de aire provocadas por los movimientos del personal, el funcionamiento de los equipos, la obstrucción de filtros, etc. Esta etapa se basa en la interacción de "sensores + sistemas de control" :
1. Supervisión de parámetros clave
Instale los siguientes sensores en distintas zonas de la sala blanca (como salidas de aire de suministro, encima de los equipos de proceso y salidas de aire de retorno) para recopilar datos en tiempo real:
Sensor de velocidad del flujo de aire: Controla la velocidad del flujo de aire vertical/horizontal (precisión ±0,02m/s) para garantizar el cumplimiento del valor de diseño (por ejemplo, 0,3m/s±0,03m/s);
Sensor de dirección del flujo de aire: Mediante la tecnología de "anemómetro de hilo caliente" o "velocimetría de imagen de partículas (PIV)", controla si hay vórtices o flujos inversos en el flujo de aire (por ejemplo, si hay flujo inverso ascendente del flujo de aire por debajo del equipo).
Contador de partículas: Controla en tiempo real la concentración de partículas ≥0,1μm y ≥0,5μm en el aire, y determina indirectamente la eficiencia del flujo de aire en el transporte de partículas (si la concentración de partículas aumenta repentinamente, puede deberse a una disminución de la velocidad del flujo de aire o a un filtro dañado).
2. Lógica de regulación dinámica
Los datos de los sensores se transmiten en tiempo real al "Sistema Central de Control (BMS)". El sistema ajusta automáticamente el equipo en función del umbral preestablecido. La lógica central de regulación incluye:
Regulación de la velocidad del flujo de aire: Si la velocidad del flujo de aire en un área determinada es inferior al valor establecido (por ejemplo, debido a la obstrucción del filtro), el BMS aumenta automáticamente la frecuencia del ventilador de aire de suministro, aumenta el volumen de aire de suministro y restablece la velocidad del flujo de aire.
Regulación del equilibrio de presión: Si la presión positiva entre la sala blanca y el exterior es insuficiente (por ejemplo, debido a la apertura frecuente de la puerta), el BMS reduce automáticamente el volumen de aire de retorno o aumenta el volumen de aire fresco para mantener una presión positiva estable (evitando que se filtre aire exterior).
Optimización del flujo de aire local: Si se producen vórtices (aumento de la concentración de partículas) alrededor del equipo, el BMS puede activar la "unidad de limpieza local" (como un pequeño ventilador HEPA) integrada en el equipo para complementar el flujo de aire direccional y eliminar los vórtices.
V. Eslabón central 4: diseño auxiliar (evitar interferencias en el flujo de aire)
Además de los sistemas mencionados, los diseños auxiliares, como la disposición, los materiales y las operaciones del personal dentro de la sala blanca, también afectarán directamente al efecto de control del flujo de aire y deben optimizarse simultáneamente.
Disposición de los equipos: Los equipos grandes y altos (como las máquinas de fotolitografía y las máquinas de grabado) deben disponerse a lo largo de la dirección del flujo de aire (las áreas de flujo vertical deben "llegar al cielo y pararse en el suelo" para evitar bloquear el flujo de aire; las áreas de flujo horizontal deben ser paralelas a la dirección del flujo de aire). Debe reservarse un "canal de flujo de aire" de ≥1,2 m entre los equipos para evitar que se bloquee el flujo de aire.
Material del suelo/pared: El suelo debe ser de "suelo autonivelante de resina epoxi" (liso, sin juntas, evita la acumulación de partículas; resistente al desgaste y antiestático), y la pared debe ser de "chapa de acero inoxidable" o "chapa de acero de color" (pared interior lisa, sin generación de polvo, fácil de limpiar), reduciendo las partículas levantadas por el flujo de aire.
Operaciones con personal y material: El personal debe desplazarse en la "dirección descendente del flujo de aire" (por ejemplo, en zonas de flujo vertical, debe desplazarse desde el borde de la zona limpia hasta la zona de proceso central para evitar perturbar el flujo de aire y formar vórtices). Los carros de transporte de material deben estar equipados con ruedas "libres de marcas y poco ruidosas", y sus trayectorias de conducción deben evitar las zonas sensibles al flujo de aire (como por encima de la zona de fotolitografía).
Resumen: La esencia del control del flujo de aire es la "gestión de bucle cerrado de cadena completa".
El control del flujo de aire en una sala blanca no es el resultado de un único dispositivo, sino de un bucle cerrado de cadena completa de "objetivo (direccional, uniforme, eficiente) → patrón (flujo unidireccional/flujo no unidireccional) → equipo (aire de suministro y retorno + filtración) → supervisión (sensores) → regulación (BMS) → diseño auxiliar (disposición/material)". Tomando como ejemplo la zona ISO Clase 1 de semiconductores (proceso de 5 nm), su lógica de control del flujo de aire puede simplificarse como:
La UTA transforma el aire fresco en aire limpio con una temperatura de "23℃±0,1℃ y RH45%±2%".
El aire se distribuye uniformemente a través de la caja de presión estática hasta el filtro ULPA superior y fluye verticalmente hacia abajo a una velocidad de 0,35 m/s.
El flujo de aire cubre la superficie de la oblea, arrastrando las partículas generadas por el personal/equipo, y entra en el conducto de aire de retorno a través de la rejilla de aire de retorno al suelo.
El aire de retorno, tras pasar por el filtro de eficacia media, vuelve a la UTA, se mezcla con el aire fresco y se vuelve a procesar para formar una circulación.
El sensor controla la velocidad del flujo de aire y la concentración de partículas en tiempo real, y el BMS ajusta automáticamente la frecuencia del ventilador para garantizar la estabilidad de los parámetros.
Es precisamente a través de esta solución colaborativa de "hardware + software + gestión" como se pueden cumplir los estrictos requisitos de flujo de aire en los procesos avanzados de fabricación de semiconductores, evitando fundamentalmente los defectos en los chips causados por la contaminación por partículas.
