Le rendement des puces dans l'industrie de la fabrication de circuits intégrés est étroitement lié à la taille et au nombre de particules d'air qui s'y déposent. Une bonne organisation du flux d'air permet d'évacuer les particules générées par la source de poussière de la salle blanche, garantissant ainsi sa propreté. Autrement dit, l'organisation du flux d'air en salle blanche joue un rôle essentiel dans le rendement de la production de circuits intégrés. La conception de ce système doit viser les objectifs suivants : réduire, voire éliminer, les courants de Foucault dans le champ d'écoulement afin d'éviter la rétention de particules nocives ; maintenir un gradient de pression positif approprié pour prévenir toute contamination croisée.
force du flux d'air
Selon le principe de la salle blanche, les forces agissant sur les particules comprennent la force de masse, la force moléculaire, l'attraction entre les particules, la force du flux d'air, etc.
Force du flux d'air : il s'agit de la force exercée par le flux d'air généré par l'insufflation, le retour d'air, la convection thermique, l'agitation artificielle et autres flux d'air à un débit donné, servant à transporter des particules. Pour le contrôle technique de l'environnement des salles blanches, la force du flux d'air est un facteur primordial.
Des expériences ont montré que, dans un flux d'air, les particules suivent ce mouvement à une vitesse quasi identique. L'état des particules en suspension dans l'air est déterminé par la distribution du flux d'air. Les flux d'air qui influencent les particules en intérieur comprennent principalement : le flux d'air d'alimentation (incluant les flux d'air primaire et secondaire), les flux d'air et la convection thermique induits par la circulation des personnes, ainsi que les flux d'air générés par les procédés et les équipements industriels. Les différentes méthodes d'alimentation en air, les interfaces de vitesse, les opérateurs, les équipements industriels et les phénomènes induits dans les salles blanches sont autant de facteurs qui affectent le niveau de propreté.
Facteurs affectant l'organisation du flux d'air
1. Influence de la méthode d'alimentation en air
(1) Vitesse d'alimentation en air
Pour assurer un flux d'air uniforme, la vitesse d'alimentation en air doit être uniforme dans une salle blanche unidirectionnelle ; la zone morte de la surface d'alimentation en air doit être réduite ; et la chute de pression dans l'ULPA doit également être uniforme.
Vitesse d'alimentation en air uniforme : c'est-à-dire que l'irrégularité du flux d'air est contrôlée à ±20 % près.
Réduction de la zone morte sur la surface d'alimentation en air : il ne suffit pas de réduire la surface plane du châssis ULPA, mais surtout, il convient d'adopter un FFU modulaire pour simplifier le châssis redondant.
Pour garantir un flux d'air vertical et unidirectionnel, le choix de la perte de charge du filtre est également très important, exigeant que la perte de charge dans le filtre ne dévie pas.
(2) Comparaison entre le système FFU et le système de ventilateur à flux axial
L'unité de traitement d'air (FFU) est équipée d'un ventilateur et d'un filtre (ULPA). Après aspiration par le ventilateur centrifuge de la FFU, la pression dynamique est convertie en pression statique dans la gaine d'air, puis l'air est diffusé uniformément par le filtre ULPA. La pression d'air au plafond est négative, empêchant ainsi toute infiltration de poussière dans la salle blanche lors du remplacement du filtre. Des expériences ont démontré la supériorité du système FFU par rapport aux systèmes à ventilateur axial en termes d'uniformité du flux d'air en sortie, de parallélisme du flux et d'efficacité de ventilation. Cette supériorité s'explique par un meilleur parallélisme du flux d'air. L'utilisation du système FFU permet une meilleure organisation du flux d'air dans la salle blanche.
(3) L'influence de la structure propre de la FFU
Une unité de filtration sur membrane (FFU) est principalement composée de ventilateurs, de filtres, de dispositifs de guidage du flux d'air et d'autres composants. Le filtre à ultra-haute efficacité (ULPA) est essentiel pour garantir que la salle blanche atteigne le niveau de propreté requis. Le matériau du filtre influe également sur l'uniformité du flux. L'ajout d'un matériau filtrant grossier ou d'une plaque à flux laminaire à la sortie du filtre permet d'uniformiser facilement le flux.
2. Impact des différentes interfaces de vitesse sur la propreté
Dans la même salle blanche, entre la zone de travail et la zone hors travail du flux vertical unidirectionnel, la différence de vitesse de l'air à la sortie de l'ULPA génère un effet de vortex mixte à l'interface, créant ainsi une zone de flux d'air turbulent particulièrement intense. Des particules peuvent alors être projetées sur la surface de l'équipement et contaminer celui-ci ainsi que les plaquettes de silicium.
3. Impact du personnel et des équipements
Lorsque la salle blanche est vide, les caractéristiques de flux d'air y sont généralement conformes aux exigences de conception. Dès l'introduction des équipements, les déplacements du personnel et le transport des produits engendrent inévitablement des perturbations dans l'organisation du flux d'air. Par exemple, au niveau des angles ou des arêtes saillantes des équipements, le gaz est dévié et forme une zone de turbulence. Le fluide présent dans cette zone n'est pas efficacement entraîné par le gaz, ce qui provoque une pollution. Parallèlement, la surface des équipements chauffe en raison de leur fonctionnement continu, et le gradient de température qui en résulte crée une zone de refusion à proximité de la machine, favorisant l'accumulation de particules. Dans le même temps, la température élevée facilite l'échappement de ces particules. Ce double effet complexifie le contrôle de la propreté laminaire verticale globale. La poussière soulevée par les opérateurs dans la salle blanche adhère très facilement aux plaquettes dans ces zones de refusion.
4. Influence du plancher de reprise d'air
Lorsque la résistance de l'air de retour à travers le plancher varie, une différence de pression se crée, ce qui provoque un flux d'air vers la zone de moindre résistance et empêche une ventilation uniforme. La solution courante actuelle consiste à utiliser des planchers techniques. Avec un taux d'ouverture de 10 %, la vitesse de l'air est répartie de manière homogène dans la zone de travail. Par ailleurs, un nettoyage rigoureux est indispensable pour limiter les sources de pollution du sol.
5. Phénomène d'induction
Le phénomène dit d'induction désigne la génération d'un flux d'air en sens inverse du flux uniforme. Ce flux entraîne la poussière présente dans la pièce ou dans une zone contaminée adjacente vers le vent, contaminant ainsi la puce. Voici quelques exemples de phénomènes d'induction :
(1). Plaque aveugle
Dans une salle blanche à flux vertical unidirectionnel, en raison des joints sur la paroi, il existe généralement de grandes plaques aveugles qui génèrent des turbulences dans le flux de retour local.
(2). Lampes
L'éclairage des salles blanches aura un impact majeur. La chaleur des lampes fluorescentes provoquant une ascension de l'air, il n'y aura pas de zone de turbulence sous ces lampes. Généralement, les lampes des salles blanches sont conçues en forme de goutte d'eau afin de minimiser leur impact sur la circulation de l'air.
(3.) Espaces entre les murs
Lorsqu'il existe des espaces entre des cloisons présentant différents niveaux de propreté ou entre les cloisons et les plafonds, la poussière de la zone aux exigences de propreté faibles peut être transférée vers la zone adjacente aux exigences de propreté élevées.
(4) Distance entre la machine et le sol ou le mur
Si l'espace entre la machine et le sol ou le mur est trop faible, cela provoquera des turbulences dues au rebond. Il est donc conseillé de laisser un espace entre l'équipement et le mur et de surélever la machine afin d'éviter tout contact direct avec le sol.
Date de publication : 5 février 2025