潔凈室氣流組織模擬課件

潔凈室氣流組織模擬

同濟大學(xué)吳利瑞潔凈室氣流組織模擬同濟大學(xué)吳利瑞1

2

您是否看過浮游于空氣中的異物？

2

您知道空氣中的異物，將決定產(chǎn)品品質(zhì)與成品率嗎？

2

您知道這些異物從何而來嗎？

閑談閑2

各種微粒子尺寸大小比較

粒徑（μｍ）

０．００１

０．０１０．１

１

１０

１００

油煙香煙的煙塵

碳粉病毒皮膚屑毛發(fā)涂料花粉撕紙粉塵細菌

可視粒子

10mｍ

各種微粒子尺寸大小比較

3常出現(xiàn)的污染源皮膚屑化纖棉花纖維頭發(fā)/羊毛纖維灰塵常出現(xiàn)的污染源皮膚屑化纖棉花纖維頭發(fā)/羊毛纖維灰塵4潔凈技術(shù)的必要性電子產(chǎn)品生產(chǎn)車間若潔凈技術(shù)不過關(guān)，將容易使產(chǎn)品上附著灰塵或異物，會造成產(chǎn)品配線短路、斷路，進而造成低良品率不良制品短路斷路缺陷潔凈技術(shù)的必要性電子產(chǎn)品生產(chǎn)車間若潔凈技術(shù)不過關(guān)，將容易使產(chǎn)5

50μｍ～100μｍ半導(dǎo)體20μｍ～30μｍ噴墨點

研究表明

LCD次品中70%是由于粉塵、污染物的原因造成的.潔凈技術(shù)的必要性50μｍ～半導(dǎo)體20μｍ～30μｍ噴墨點研究表明6污染物?下吹氣流將人體上黏附的污染物四處擴散.。?人體產(chǎn)生的污染物含有很多堿性物質(zhì)，其中含有Na粒子的污染物對半導(dǎo)體產(chǎn)品影響很大.0.0015mm潔凈技術(shù)的必要性對于半導(dǎo)體產(chǎn)品生成用的潔凈室,最怕含鈉粒子,因為一旦被沾染上這種粒子,就會產(chǎn)生程度是其粒徑幾十倍的缺陷.例如0.1um的NaCL粒子,在硅片表面因潮解而能擴散為50um的圓面積,相當于64K的40位存儲單元一半的面積污染物?下吹氣流將人體上黏附的污染物四處擴散7集成電路的發(fā)展年份DRAM硅片直徑mm芯片面積平方毫米最細光刻線條um元件數(shù)個19701K102×104197516K5198064K7531983256K1004025×10519861M1255012×10619894M150900.88×106199216M2001300.5107～109199564M2002000.3107～1091998256M2003000.2107～10920011G3007000.18107～10920044G30010000.113可能2×109200716G0.10201064G0.07集成電路的發(fā)展年份DRAM硅片直徑芯片面積最細光刻線條元件數(shù)8集成電路發(fā)展對控制粒徑的要求

年份集成度控制塵粒的最小粒徑um加工次數(shù)潔凈度級別（50％成品率）19701K2<100100197516K0.4~1.3<100100198064K0.25~0.81001001983256K0.12~0.4140~16010019861M0.08~0.26160~2001019894M0.05~0.17200~3001199216M0.05300~4000.1或10(0.1um)199564M0.035400~50010(0.1um)1998256M0.025500~60010(0.1um)20011G0.018530~7001(0.1um)20044G0.013600~7000.1(0.1um)200716G0.01201064G0.007集成電路發(fā)展對控制粒徑的要求

年份集成度控制塵粒的最小粒徑加9潔凈室的起源

隨著電子工業(yè)與精密工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的。雖然當時并不稱之為潔凈室，不過卻發(fā)揮著類似潔凈室的功能，實際上是為了去除工廠內(nèi)的污染物，以控制工廠或?qū)嶒炇依锏膲m埃。由于空氣中的浮游微粒子，會造成飛機內(nèi)所用的小型軸承或齒輪等發(fā)生故障，因而必須控制附著于產(chǎn)品上的塵埃。今日所言的潔凈室，是因開發(fā)出被稱為HEPA過濾器，而得以實現(xiàn)。這種過濾器是在第二次大戰(zhàn)中，在美國開發(fā)出曼哈頓計劃的原子彈時，為了捕捉會危害人體的有害放射性粉塵為目的，而由軍方所開發(fā)而成。

潔凈室的起源隨著電子工業(yè)與精密工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的10何謂HEPA、ULPA過濾器

HEPA(highefficiencyparticulateair-filter:0.3mm微粒子捕捉效率至少為99.97%)

ULPA(ultralowpenetrationair-filter:0.15mm微粒子捕捉效率至少為99.9995%)ULPAHEPA

注意:效率為計數(shù)效率何謂HEPA、ULPA過濾器

HEPA(higheffi11『將空氣中塵埃、微粒、壓力、溫濕度、氣流的分布、形狀與速度等控制在一定范圍內(nèi)，而特別積極采取措施的區(qū)域』。只控制溫濕度的房間則稱為恒溫恒濕室

。潔凈室

：必須保證難以附著塵埃、微粒且具平滑表面的清凈區(qū)域，需要大風量的循環(huán)空氣（考量到局部排氣）與高性能ＨＥＰＡ過濾器

，視其需要而配置溫濕度控制專用空調(diào)設(shè)備(靜電問題)

為了避免從室外帶入塵埃，需備有空氣吹淋室、沐浴室等設(shè)備

。潔凈室的定義『將空氣中塵埃、微粒、壓力、溫濕度、氣流的分布、形狀與速度等12潔凈室潔凈度的標示方法潔凈度是以單位體積中的大于某個特定粒徑以上的灰塵個數(shù)予以表示。例如:CleanRoomClass100

即代表于一立方英呎中,有100個大于0.5mm的塵埃潔凈室潔凈度的標示方法潔凈度是以單位體積中的大于某個特定粒徑13美國聯(lián)邦標準209E級別級別的濃度上限0.1um0.2um0.3um0.5um5um單位體積單位體積單位體積單位體積單位體積國際單位制英制m3ft3m3ft3m3ft3m3ft3m3ft3M13509.9175.72.1410.60.87510.00.283……M1.51124035.02657.5030.93.0035.31.00……M2350099.175721.41068.751002.83……M2.51012400350265075.030930.035310.0……M3350009917570214106087.5100028.3……M3.5100……2650075030903003530100……M4……7570021401060087510000283……M4.51000………………3530010002477.00M5………………100000283061817.5M5.510000………………35300010000247070.0M6………………1000000283006180175M6.5100000………………355300010000024700700M7………………10000000283000618001750美國聯(lián)邦標準209E級別級別的濃度上限0.1um0.2um14ISO/TC209級別級別限制0.1um0.2um0.3um0.5um1.0um5.0umm3m3m3m3m3m311022100241043100023710235841000023701020352835100000237001020035208322961000000237000102000352008320293735200083200293083520000832000293009352000008320000293000ISO/TC209級別限制0.1um0.2um0.3um015

淋浴室

無塵區(qū)

吹淋室ー

新風

更衣室

空調(diào)機

HEPA

高架地板區(qū)

潔凈室的基本結(jié)構(gòu)1樓氣流循環(huán)區(qū)2樓

設(shè)備擺放3樓

空氣過濾區(qū)備注：高等級的潔凈室最少都需要3層樓的高度淋浴室無塵區(qū)吹淋室ー新風更衣室空調(diào)機HEPA16潔凈室的種類S．AR．A垂直單向流（級數(shù)１～１００）S．AR．AR．A亂流（級數(shù)１、０００～１００、０００）（級數(shù)１００～１００、０００）S．AR．A混流方式R．AS．A水平單向流（級數(shù)１００）隧道方式S．AR．A（級數(shù)１～１００）潔凈室的種類S．AR．A垂直單向流（級數(shù)１～１００）S．AR17潔凈室氣流組織模擬潔凈室氣流組織模擬18條件假設(shè)幾何模型依據(jù)潔凈室種類有所不同,邊界條件相同環(huán)境系數(shù):空氣密度為0.0228kg/22.4公升=1.01786E-6kg/m3，粘滯系數(shù)=0空氣流速

Y(s)由實際測量數(shù)據(jù)推算公式求得出口處不設(shè)定壓力，使空氣自然流出條件假設(shè)幾何模型依據(jù)潔凈室種類有所不同,邊界條件相同19空氣流速測量長1m的HEPA過濾器出口各點風速,擬合后得到經(jīng)驗公式空氣流速測量長1m的HEPA過濾器出口各點風速,擬合后得到經(jīng)20亂流式潔凈室

(MixedAirflowCleanRoom

)（級數(shù)１００～１００、０００）S．AR．A亂流方式亂流式潔凈室

(MixedAirflowCleanRo21分析結(jié)果(一)典型的亂流潔凈室結(jié)構(gòu)地板上有效利用高度為3.5m，排氣口高度3m，總結(jié)構(gòu)高度(不含HEPA)7m。高架地板擺放的位置這個區(qū)域流速較低，不易帶走污染粒子，

但因為在高架地板下，所以不會導(dǎo)致產(chǎn)品污染在高架地板以上0.75m處，流速很均勻，方向一致，風速也不偏低。分析結(jié)果(一)典型的亂流潔凈室結(jié)構(gòu)高架地板擺放的位置這個區(qū)域22分析結(jié)果(二)這個區(qū)域由于排氣孔縮小，氣流比較混亂，但對于工作區(qū)域影響不大亂流潔凈室結(jié)構(gòu)，將排氣孔縮小。地板上有效利用高度為3.5m，排氣口高度1.5m，總結(jié)構(gòu)高度(不含HEPA)7m。比起結(jié)果(一)，風速不太穩(wěn)定，但是在大小差距仍在容忍范圍內(nèi)，是可以使用的方案。分析結(jié)果(二)這個區(qū)域由于排氣孔縮小，氣流比較混亂，但對于工23分析結(jié)果(三)在這個區(qū)域氣流紊亂,有引起塵粒漂浮的可能亂流潔凈室結(jié)構(gòu)，將右邊排氣口去掉。地板上有效利用高度為3.5m，排氣口高度3m，總結(jié)構(gòu)高度(不含HEPA)7m。明顯看出左方的氣流速度偏大,右方氣流速度偏小，且整體不穩(wěn)定，速度大小落差太大，可以使用的穩(wěn)定氣流工作區(qū)域非常小，不適合使用。分析結(jié)果(三)在這個區(qū)域氣流紊亂,有引起塵粒漂浮的可能亂流潔24垂直單向流潔凈室

(VerticalAirflowCleanRoom)S．AR．A垂直單向流方式（級數(shù)１～１００）垂直單向流潔凈室

(VerticalAirflowCle25分析結(jié)果(一)典型的垂直單向流結(jié)構(gòu)，為成本和運行費用最高的設(shè)置高架地板上有效利用高度為4m，排氣口高度3.25m，總結(jié)構(gòu)高度(不含HEPA)7.5m。因為過濾器布滿天花板,所以整體潔凈室流向順暢且風速高,能將污染物減少到最低,屬于高等級的潔凈室配置.由于天花板均是出風口，整體流速提高，大部分的區(qū)域風速在一定范圍內(nèi)，兩旁有高速氣流但流向仍穩(wěn)定分析結(jié)果(一)典型的垂直單向流結(jié)構(gòu)，為成本和運行費用最高的設(shè)26分析結(jié)果(二)垂直單向流結(jié)構(gòu)，將排氣口縮小。高架地板上有效利用高度為4m