Le rendement de production des puces 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 issues des sources de poussière de la salle blanche et d'en garantir la propreté. Autrement dit, l'organisation du flux d'air en salle blanche joue un rôle crucial dans le rendement de la production de puces. Les objectifs de la conception du flux d'air en salle blanche sont les suivants : réduire, voire éliminer, les courants de Foucault afin d'éviter la rétention de particules nocives ; maintenir un gradient de pression positif approprié pour prévenir la contamination croisée.
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 et le retour d'air, la convection thermique, l'agitation artificielle et autres flux d'air à débit donné transportant des particules. En matière de contrôle environnemental des salles blanches, la force du flux d'air est un facteur primordial.
Des expériences ont démontré que, lors du déplacement d'un flux d'air, les particules suivent ce dernier à une vitesse quasi identique. L'état des particules en suspension dans l'air est déterminé par la distribution du flux d'air. Les principaux effets du flux d'air sur les particules en intérieur comprennent : le flux d'air d'alimentation (incluant les flux d'air primaire et secondaire), les courants d'air et la convection thermique induits par la circulation des personnes, ainsi que l'impact du flux d'air sur les particules dû aux opérations de process et aux équipements industriels. Dans les salles blanches, les différentes méthodes d'alimentation en air, les interfaces de vitesse, les opérateurs, les équipements industriels et les phénomènes induits sont autant de facteurs qui influent sur le niveau de propreté.
1. Influence de la méthode d'alimentation en air
(1) Vitesse d'alimentation en air
Afin de garantir un flux d'air uniforme, la vitesse d'alimentation en air dans la salle blanche à flux unidirectionnel doit être uniforme ; la zone morte sur la surface d'alimentation en air doit être réduite ; et la chute de pression à l'intérieur du filtre HEPA doit également être uniforme.
La vitesse d'alimentation en air est uniforme : c'est-à-dire que l'irrégularité du flux d'air est contrôlée à ±20 %.
L'espace mort sur la surface d'alimentation en air est réduit : non seulement la surface plane du cadre HEPA doit être réduite, mais surtout, des unités de filtration modulaires (FFU) doivent être utilisées pour simplifier le cadre redondant.
Afin de garantir un flux d'air vertical et unidirectionnel, le choix de la perte de charge du filtre est également très important, et il est impératif que la perte de charge à l'intérieur du filtre ne soit pas biaisée.
(2) Comparaison entre le système FFU et le système de ventilateur à flux axial
Un FFU est une unité de traitement d'air équipée d'un ventilateur et d'un filtre HEPA. L'air est aspiré par le ventilateur centrifuge du FFU, qui convertit la pression dynamique en pression statique dans la gaine d'aération. Il est ensuite diffusé uniformément par le filtre HEPA. La pression d'air au plafond est négative, ce qui empêche 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 de l'air en sortie, de parallélisme du flux d'air et d'indice d'efficacité de ventilation. Cette supériorité s'explique par un meilleur parallélisme du flux d'air. L'utilisation du système FFU permet d'optimiser la circulation de l'air dans les salles blanches.
(3) Influence de la structure propre de l'FFU
Une unité de traitement de flux (FFU) est principalement composée de ventilateurs, de filtres, de guides de flux d'air et d'autres composants. Le filtre HEPA est essentiel pour garantir le niveau de propreté requis en salle blanche. Le matériau du filtre influe également sur l'uniformité du flux d'air. L'ajout d'un matériau filtrant rugueux ou d'une plaque de flux à la sortie du filtre permet d'uniformiser facilement le flux d'air en sortie.
2. Impact de la vitesse d'interface avec différents niveaux de propreté
Dans une même salle blanche, entre la zone de travail et la zone hors travail où le flux est vertical et unidirectionnel, la différence de vitesse de l'air au niveau du caisson HEPA engendre un effet de vortex mixte à l'interface, créant ainsi une zone de flux d'air turbulent. L'intensité de cette turbulence est particulièrement forte, et des particules peuvent être projetées sur la surface de l'équipement, contaminant ainsi l'équipement et les plaquettes.
3. Impact sur le personnel et les équipements
Lorsqu'une salle blanche est vide, les caractéristiques de la circulation d'air y sont généralement conformes aux exigences de conception. Dès l'introduction d'équipements, la circulation du personnel et le transport de produits engendrent inévitablement des obstacles à la circulation de l'air, tels que des aspérités provenant des machines. Aux angles et sur les bords, le flux d'air est dévié, créant des zones de turbulence. Les fluides présents dans ces zones ne sont pas efficacement entraînés par le flux d'air entrant, ce qui peut entraîner une pollution.
Parallèlement, la surface de l'équipement mécanique s'échauffe en raison du 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. Simultanément, la température élevée facilite le détachement des particules. Ce double effet intensifie la formation d'une couche verticale et complexifie le contrôle de la propreté du flux. La poussière provenant des opérateurs en salle blanche peut facilement se déposer sur les 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 produit, forçant l'air à circuler dans le sens de la plus faible résistance et empêchant ainsi un flux d'air uniforme. La solution courante actuelle consiste à utiliser un plancher technique. Avec un taux d'ouverture de 10 %, la vitesse du flux d'air est répartie uniformément à la hauteur de travail intérieure. Par ailleurs, un nettoyage rigoureux est indispensable pour limiter les sources de pollution au niveau 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, entraînant la poussière présente dans la pièce ou dans les zones contaminées adjacentes vers le côté amont, et contaminant ainsi la plaquette. Parmi les phénomènes induits possibles, on peut citer :
(1) Plaque aveugle
Dans une salle blanche à flux vertical unidirectionnel, en raison des joints sur le mur, il existe généralement de grands panneaux opaques qui produisent un flux turbulent et un reflux local.
(2) Lampes
L'éclairage des salles blanches a un impact majeur. La chaleur dégagée par les lampes fluorescentes provoque une ascension de l'air, évitant ainsi la formation de turbulences. De manière générale, les lampes en salle blanche sont conçues en forme de goutte d'eau afin de minimiser leur impact sur la circulation de l'air.
(3) Espaces entre les murs
Lorsque des espaces existent entre les cloisons ou les plafonds présentant des exigences de propreté différentes, la poussière provenant des zones à faibles exigences de propreté peut être transférée vers les zones adjacentes à exigences de propreté élevées.
(4) La distance entre l'équipement mécanique et le sol ou le mur
Si l'espace entre l'équipement mécanique et le sol ou le mur est faible, des turbulences dues au rebond se produiront. Il est donc conseillé de ménager un espace entre l'équipement et le mur et de surélever la plateforme de la machine afin d'éviter tout contact direct avec le sol.
Date de publication : 2 novembre 2023