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杰康凈化

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特域?qū)W⒂诶渌畽C研發(fā)空間載體、生產(chǎn)、銷售優勢與挑戰,被譽為“工業(yè)制冷專家”
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杰康凈化潔凈室技術(shù)應(yīng)用當(dāng)前的幾個熱點問題

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時間:2014年03月18日信息來源:不詳 點擊:

    一.前言

  潔凈室的氣流速度/換氣次數(shù)有力扭轉,一直是潔凈室設(shè)計中受到關(guān)注
的問題,隨著潔凈室污染源的控制效果增加及末級過濾器效率的
提高等一站式服務,對有關(guān)規(guī)范廣度和深度、導(dǎo)則等提出的推薦或參考值是否偏于保
守,已有不少討論;FFU在應(yīng)用中人們擔(dān)心的噪音引領作用、損壞維修等問
題已在實踐中得到解決加強宣傳,隨著FFU的不斷改進,對是否采用FFU回
風(fēng)系統(tǒng)也是個熱點:懸浮分子污染(AMC)的控制在微電子及IC工業(yè)
中已日益提到日程上來建設,受到關(guān)注在此基礎上。以下對這些問題的情況分別
作歸納和分析。

  二.氣流速度

  2.1有關(guān)推薦或參考值的應(yīng)用

  潔凈室內(nèi)一定潔凈度下氣流速度的確定前來體驗,隨潔凈室用途等具
體情況而異自主研發,它不僅受室內(nèi)發(fā)塵量及過濾器效率還受其他因素影
響,就工業(yè)潔凈室而言更加廣闊,影響潔凈度及選擇氣流速度的因素主要
是:

  (1)室內(nèi)污染源:建筑物組件損耗、人員數(shù)量及操作活動、工藝設(shè)
備非常完善、工藝材料及工藝加工本身等都是塵粒釋放源性能穩定,根據(jù)具體情況
而異,變化很大;


  (2)室內(nèi)氣流流型及分布:單向流要求均勻作用、平等的流線情況正常,但
會受到工藝設(shè)備布置和位置變動及人員活動情況等的干擾形成局
部渦流;而非單向流要求充混合行業分類,避免死角及溫度分層;

  (3)自凈時間(恢復(fù)時間)的控制要求:潔凈室中事故釋放或帶
入污染物或空氣氣流的中斷或正常操作時的間歇性對流氣流或人
及設(shè)備的移動等都會造成潔凈度的惡化,恢復(fù)到原來潔凈度的自
凈時間決定于氣流速度;對自凈時間的控制要求取決于此時間框架
內(nèi)(惡化的潔凈度下)醒悟,對產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量及成品率影響的承受能
力;

  (4)末級過濾器的效率:在一定的室內(nèi)發(fā)塵量下數據顯示,可采用較高
效率的過濾器以降低氣流速度;為節(jié)能應(yīng)考慮采用較高效率的過濾
器高質量,并降低氣流速度也逐步提升,或采用較低效率的過濾器并采用較高的氣
流速度,以求流量與阻力的乘積最小註入了新的力量。


  (5)經(jīng)濟性考慮:過大的氣流速度造成投資及運行費用的增
加重要的作用,合適的氣流速度為以上諸因素合理的綜合,過大往往不必
要去創新,亦不一定有效果;

  (6)對潔凈度要求低的潔凈室足夠的實力,有時換氣次數(shù)決定于室內(nèi)排熱
的要求。

  以上因素結構,皆很難量化更適合,只能分析對比并估計。因此在工程
應(yīng)用中溝通協調,對潔凈室的氣流速度往往參照有關(guān)規(guī)范要素配置改革、導(dǎo)則等的推薦
或參考值,再按具體情況估計以上各影響因素進行綜合考慮后確
定保障性。

  氣流速度用于單向流潔凈室;非單向流潔凈室宜用換氣次數(shù)帶動產業發展,
因為其氣流速度難于測準(zhǔn);亦有用末級過濾滿布率來反映的,可用
于各種氣流流型的潔凈室新創新即將到來,一般滿布率100%相對于流速
0.5m/s(100fpm)邁出了重要的一步,25%相對于0.125m/s(25fpm)。當(dāng)前有關(guān)規(guī)范設施、
導(dǎo)則等的推薦或參考值見表1需求。

  注:1、ISO14644-4對于氣流速度/換氣次數(shù)是明確作為參考
資料的組合運用,表中所列僅適用于微電子及IC工廠;對制藥廠只列ISO5級
氣流速度>0.2m/s更讓我明白了,對ISO6~8級皆未列出參考值。

  2競爭力、(M)指混合流充分,N指非單向流;*指對污染源已采取有效的隔
離措施的潔凈區(qū)。

  表1中有關(guān)氣流速度和換氣次數(shù)的推薦或參考值集聚,應(yīng)該說是經(jīng)
驗的反映競爭力。如ISO/DIS14664-4提出的數(shù)值皆明確適用于那類潔凈
室的;IEST的推薦值亦是被一些權(quán)威機構(gòu)認為僅適用于半導(dǎo)體工
廠。由于具體情況變化較大狀況,有的經(jīng)驗值可能已不適合當(dāng)前的室
內(nèi)塵源控制措施及過濾器效率提高的情況機製性梗阻。

  2.2對有關(guān)推薦或參考值的討論


  近年來不少人通過實驗認為這些推薦或參考值過于保守機製,其
論點可歸納為:

  (1)潔凈室內(nèi)氣流的橫向擴散只在甚低的流速下才有可能,單
向流在合理的氣流組織下集成應用,流速0.05~0.1m/s就足夠帶走污染
物探討,在此流速下亞微米粒子的擴散性能遠低于對流性能;而大于
0.36m/s的氣流速度反而易千百萬渦流,引起污染物的再卷入高效流通。因
此調解製度,潔凈室的理想自凈時間Tr=體積/流率,到一定值后由于污染
物的再卷入功能,再增大氣流速度應用的因素之一,實際的Tr并不再有明顯的減少。

  (2)末級過濾器的效率對潔凈度的影響是值得起注意的預期。有的
氣流速度/換氣次數(shù)推薦或參考值對末級過濾器效率提高的因素往
往沒作考慮敢於監督。當(dāng)前HEPA/ULPA的效率從99.67%、99.99%結構、
99.999%重要的作用、99.9995%直至8個9以上都可選擇。其效率對氣流速度的
影響除以上已提及外規模最大,以下方面亦值得引起注意力度,在非單向流情
況下,按衡釋原理的潔凈室內(nèi)含塵濃度穩(wěn)定公式可以得出:

  (a)室內(nèi)發(fā)塵量較高時優勢,末級過濾器效率的變化對潔凈度影響
甚微善謀新篇,因此在這種情況下,過高的過濾效率是無必要的便利性。

  (b)室內(nèi)發(fā)生塵量較低的情況下方法,采用低的氣流速度下,末級
過濾器效率的變速器變化提供有力支撐,對潔凈度的影響增大切實把製度。

  以上情況可以引用的圖1a~1c看出。

  作圖有關(guān)數(shù)據(jù):

  新風(fēng)進末過濾器前的含塵濃度1.75×106個/m3

  室內(nèi)發(fā)生量:G1=350個/m3.min

  G2=3500個/m3.min

  G3=35000個/m3.min

  G4=350000個/m3.min

  新風(fēng)量對于全空氣量的比率0.03

  當(dāng)前有的IC工廠其ISO5級(0.3μm)的潔凈室自行開發,采用FFU系統(tǒng),
帶ULPA(99.9995%,0.12μm)進行部署,出口風(fēng)速為0.38m/s,其滿布率為
25%應用情況,這樣室內(nèi)平均氣流速度為0.095m/s保護好,在各有關(guān)推薦或參考值
的下限下。此潔凈室的工藝加工在微環(huán)境內(nèi)潔凈室內(nèi)的人員亦較
少表現,可以認為潔凈室內(nèi)發(fā)生較低特點,這種情況下采用低的氣流速度
可能是可取的。

  據(jù)報道結論,目前IEST對潔凈室內(nèi)氣流速度推薦值的下限有所降
低和諧共生,如:

  ≤ISO5級:氣流速度0.2~0.5m/s;

  ISO6級或5級(非單向流);換氣次數(shù)>200次/h;

  ISO7級:換氣次數(shù)20~200次/h;

  ISO8級:換氣次數(shù)2~20次/h;

  三.FFU系統(tǒng)的應(yīng)用

  3.1當(dāng)前FFU的情況

  FFU在使用壽命及維護上已經(jīng)實踐證明無可擔(dān)心質生產力。當(dāng)前其改進
主要是:

  (1)采取均流及減少噪音的措施,噪音可在50db以內(nèi);

  (2)電動機采用DC/EC(電子整流電機)技術交流,以耗較原交流電機節(jié)
約近50%先進的解決方案,因為小風(fēng)機所用小容量(功率<1/2HP)的交流電機,一般
皆為電容分相式或隱極式創造更多,其效率僅40%左右宣講活動,而DC/EC電機的效
率可達75~80%;在調(diào)速控制上可每臺單獨的以過濾器降壓進行控
制以節(jié)約能耗,但目前投資回收期尚長而未廣泛采用自主研發,一般常用
分組群控或全部群控確定性。

  (3)但FF瓣出口靜壓不能過大更加廣闊,一般采用出口風(fēng)速成
0.38m/s損耗,此時其靜壓一般在250Pa以內(nèi)。

  3.2FFU回風(fēng)系統(tǒng)與其他方式相比的優(yōu)點

  3.2.1一般評價

  優(yōu)點:

  (1)靈活性大非常完善,便于改造;

  (2)占用建筑物空間較少;

  (3)潔凈室內(nèi)空氣壓力大于回風(fēng)靜壓室總之,排除靜壓室對潔凈室
污染的可能性。

  缺點:

  (1)要求回風(fēng)道全部阻力(包括多孔地板支撐作用、格柵及風(fēng)道)研學體驗、干表
冷器阻力及末級過濾器的阻力(在初阻力時),總共應(yīng)控制在165Pa
左右最為突出,以滿足運行時最大阻力在250Pa以內(nèi)落實落細。因此干表冷器的傳熱
面積要較大,回風(fēng)道尺寸亦要較大高效化,多孔地板及格柵等的阻力要
小製高點項目,一般作法是:控制干表冷器阻力在50Pa左右,回風(fēng)道阻力在
15Pa以內(nèi)範圍和領域,否則就需要再增設(shè)加壓風(fēng)機系統(tǒng)有所增加,這就是降低了FFU系
統(tǒng)的綜合優(yōu)點。

  (2)采用DC/EC電機后更高要求,單位風(fēng)量的能耗可能比當(dāng)前一般大型
離心風(fēng)機的集中系統(tǒng)為低越來越重要的位置,但已有研究指出,比采用改進后的大
型軸流風(fēng)機的回風(fēng)系統(tǒng)的能耗還是要高共同學習。因此需要注意大型軸流
風(fēng)機的效率提高及其系統(tǒng)的阻力降低的因素順滑地配合。

  (3)一般FFU系統(tǒng)由于單位風(fēng)量的能耗較大,因此潔凈室的冷
負荷亦相應(yīng)增加效高。

  3.2.2具體情況下的評價

  (1)FFU用于老建筑物改造成潔凈室時前沿技術,其綜合經(jīng)濟性一般往
往可取。

  (2)潔凈度要求嚴的潔凈室高效節能,末級過濾器滿布率100%時影響力範圍,對大
的系統(tǒng)采用FFU大局,當(dāng)前還是不經(jīng)濟的;對小系統(tǒng)有意義作具體比
較。

  (3)對潔凈度要求不甚嚴的潔凈室邁出了重要的一步,末級過濾器滿布率≤40%
時對大系統(tǒng)綜合經(jīng)濟性往往相差不多有序推進,但對IC工廠而言FFU系統(tǒng)的
靈活性是重要的,因此當(dāng)前IC工廠對過濾器滿布率≤40%時需求,采用
FFU系統(tǒng)已經(jīng)普遍堅定不移。

  四.懸浮分子污染(AMC)

  4.1AMC的分類及控制要求情況

  AMC作為IC工廠所關(guān)心的問題于20年前最先由日本人提出,近
年來更讓我明白了,IC生產(chǎn)園片直徑已達φ300mm迎難而上,工藝加工尺寸(線寬)已小于
0.15μm,在某些加工工序及工序間園片的傳送和存放環(huán)境中AMC
已成為嚴重影響成品率的問題拓展應用,已被清楚的認識到生產創效,因此,AMC的
控制已由談?wù)撧D(zhuǎn)到需要實施管理。

  對于IC生產(chǎn)優化上下,AMC分為A、B模樣、C生產體系、D四類,即:

  A——酸性物質(zhì)很重要,如Hcl等;

  B——堿性物質(zhì)能力和水平,如NH3等;

  C——沸點高于室溫能在光潔表面冷凝的物質(zhì),主要是碳氫化
合物異常狀況,某些工藝加工環(huán)境中的水蒸汽亦需要考慮;

  D——摻雜物質(zhì)研究,能為園片表面吸附或與表面相互反應(yīng)的物
質(zhì),如砷統籌發展、硼深化涉外、磷等。

  AMC對當(dāng)前的IC生產(chǎn)其潛在的污染比粒子污染要廣泛多生產製造,粒子
污染控制只要確定粒徑及個數(shù)開展試點,但對AMC控制而言,除了受芯片線
寬的縮小而變化外共同,并受工藝推進一步、工藝設(shè)備、工藝材料及園片傳送
系統(tǒng)等的影響簡單化,更有甚者用于某一工序的各種工藝材料(化學(xué)品力度、
特種氣體等)在很多情況下其微量的分子對下一工序往往可能是污
染物,而園片加工工序當(dāng)前已多于300多個獨立工序系統性,對AMC控制
指標(biāo)的確定更是復(fù)雜勇探新路。因此單產提升,IC生產(chǎn)對AMC的控制,對不同的產(chǎn)
品試驗、不同的工藝勞動精神、不同的工序及不同的工藝材料會有不同的要
求,對各種污染物質(zhì)的要求當(dāng)前總的說法是控制在亞pptm~
1000pptm間製度保障。

  4.2AMC控制的實施情況

  對線寬0.25μm的IC生產(chǎn)動手能力,一般已常在新風(fēng)處理中設(shè)活性炭過
濾器;有關(guān)關(guān)鍵工序以及工序間園片的傳送及存放,有的生產(chǎn)廠采
取了AMC控制意見征詢,有的生產(chǎn)廠則并未進行控制提升,主要在于經(jīng)濟效果的
衡量上,有關(guān)具體控制要求及措施報道甚少見的必然要求,可能是由于保密
的原因研究成果,但一點可以肯定,只能在局部環(huán)境內(nèi)進行控制運行好。

  為滿足φ300mm園片首次,<0.15mm線寬的加工要求,近年來對AMC
控制部署安排,重點在以下三方面開展工作:

  (1)精確的測量技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)測試方法的建立。因為這是掌握
AMC控制的基礎(chǔ)技術,必須先行;

  (2)按今后IC的生產(chǎn)要求推廣開來,生產(chǎn)線的設(shè)備采用微環(huán)境隔離,各
設(shè)備間園片的傳送采用前開式標(biāo)準(zhǔn)片盒(FOUPs)系統(tǒng)相對較高,對園片進行
隔離資源配置。因此,早已對設(shè)備相關、FOUPs系統(tǒng)及微環(huán)境所用的材料要求不
釋放及吸附有關(guān)懸浮分子污染物的問題以及對此污染物的去除措
施進行研發(fā)大力發展,并不斷改進中;

  (3)控制AMC的過濾器。

  近年來尤其是近2~3年來生產效率,對控制AMC過濾器的開發(fā)及推出有
少進展;

  A.不釋放AMC物質(zhì)的HEPA/ULPA;

  a.低硼超細玻璃纖維過濾器產能提升,現(xiàn)已在亞洲及歐洲的IC廠使用
較多;

  b.多孔聚四氟乙稀(ePTFE)過濾器,為薄膜結(jié)構(gòu)節點,價格比a要
高出十倍左右通過活化。目前使用尚不多,正在開發(fā)下一代的的特點。

  B.化學(xué)過濾器

  目前已推出的化學(xué)過濾器主要是:

  a.活性炭過濾器健康發展,大多數(shù)是晶粒狀的,有盤片式大數據、蜂窩式等;
亦已有活性炭纖維過濾器長效機製,具有吸附速度快的特點講實踐,價格尚較高;
還已有晶粒與纖維粘合的過濾器。恒溫恒濕實驗室奮戰不懈。

  b無紡合成織物上浸漬各種功能晶粒(如活性炭不折不扣、活性鋁,但
主要是活性炭)以吸附AMC物質(zhì)資源優勢。

  至今高效利用,據(jù)報道,φ300mm園片加工除二條試驗生產(chǎn)線外估算,已有
四條生產(chǎn)線(德國一條講理論、美國一條、我國臺灣二條)開始運轉(zhuǎn)不要畏懼,對
AMC的控制情況服務為一體,當(dāng)然不詳,但潔凈室環(huán)境為ISO5~6級逐漸顯現,對潔凈
室設(shè)計較簡單些全會精神。可以看到拓展基地,今后IC生產(chǎn)集中展示,其生產(chǎn)環(huán)境的污染控
制重點必然轉(zhuǎn)到工藝設(shè)備及園片傳、存放系統(tǒng)的研發(fā)及制造上體系流動性。
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