高等級(jí)液晶面板潔凈室影響氣流的因素及解決方法

摘 要 針對(duì)單向垂直流潔凈室內(nèi)，受工藝設(shè)備影響導(dǎo)致的氣流偏移、無(wú)效氣流現(xiàn)象進(jìn)行綜合分析，探討在潔凈室設(shè)計(jì)和施工過程中所要考慮的因素以及運(yùn)行階段氣流二次調(diào)整的方案，使?jié)崈羰倚纬闪己玫臍饬髁餍?，并能更好地滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。

潔凈室內(nèi)氣流組織的影響因素、在實(shí)際建廠過程中，氣流的流場(chǎng)特征會(huì)影響到潔凈度等級(jí)及污染物的控制，從而使?jié)崈羰业男Чc設(shè)計(jì)時(shí)相差甚遠(yuǎn)。而且從流動(dòng)的雷諾數(shù)來(lái)考慮，潔凈室的氣流均為紊流，潔凈室運(yùn)轉(zhuǎn)后實(shí)際的風(fēng)向控制較為復(fù)雜，考慮因素更多，與高架地板開孔率、FFU吹出風(fēng)速、機(jī)臺(tái)方位、人員走動(dòng)、導(dǎo)流板設(shè)置等均有很大的關(guān)系。而氣流偏移現(xiàn)象的原因分析以及氣流改善方案的前提是應(yīng)從大環(huán)境角度考慮，若只考慮局部往往達(dá)不到所期望的控制目標(biāo)。

工藝設(shè)備對(duì)氣流影響及解決方法

工藝設(shè)備內(nèi)的環(huán)境分為有送風(fēng)環(huán)境和無(wú)送風(fēng)環(huán)境，有送風(fēng)環(huán)境可分為：使用潔凈室本身的潔凈空氣的環(huán)境，和自帶FFU的環(huán)境。本例說(shuō)明一種利用潔凈室氣流的設(shè)備所出現(xiàn)的氣流問題和調(diào)整措施。

3.1 面臨的問題

潔凈室高架地板在設(shè)計(jì)和施工時(shí)按照空態(tài)潔凈室氣流狀態(tài)考慮，為了保證空態(tài)潔凈室氣流的均一性，高架地板開口率沿潔凈室寬度方向遞增或遞減，在潔凈室長(zhǎng)度方向保持一致。

但是，當(dāng)工藝機(jī)臺(tái)設(shè)備搬入后，氣流的一致性被破壞，產(chǎn)生了氣流的偏移，甚至形成渦流。

對(duì)于利用潔凈室氣流的機(jī)臺(tái)設(shè)備，其保證工藝生產(chǎn)的潔凈氣流來(lái)自于潔凈室氣流，當(dāng)機(jī)臺(tái)周圍和地板內(nèi)部地板開口率一致時(shí)，由于機(jī)臺(tái)內(nèi)部氣流通過率低，更多的潔凈氣流流向了機(jī)臺(tái)外部，流過機(jī)臺(tái)內(nèi)部的潔凈氣流很少，甚至沒有了潔凈氣流。同時(shí)機(jī)臺(tái)側(cè)面蓋板與地板間有一定距離，形成較大間隙，設(shè)備外氣流通過此處間隙吹入設(shè)備底部，增大了設(shè)備底部與地板間空間的氣壓，導(dǎo)致設(shè)備中間的 downflow 減小，原理如圖 4 所示。

3.2 通過 CFD（計(jì)算流體力學(xué)）軟件的解決方案內(nèi)流場(chǎng)分析需建立模型及設(shè)定邊界條件，并

盡量符合實(shí)際，從而所得到的數(shù)據(jù)也能接近于實(shí)際狀況。模型建立主要包括建筑尺寸、回風(fēng)道分布以及生產(chǎn)設(shè)備模型等。邊界條件主要包括FFU參數(shù)、孔板特性及障礙物等。

通過研究氣流偏移狀況，設(shè)備內(nèi)氣流減低情況，調(diào)整地板阻力特性以形成設(shè)備內(nèi)所需要之垂直單向流。一般在大環(huán)境區(qū)域氣流模擬建模時(shí)，要求業(yè)主提供生產(chǎn)機(jī)臺(tái)的相關(guān)參數(shù)（如外形尺寸、自帶FFU 參數(shù)等），以得到更符合未來(lái)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的氣流狀況。從而可以在施工之前預(yù)見未來(lái)可能發(fā)生的局部氣流偏移、紊流甚至交叉污染等不良現(xiàn)象，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

3.3 氣流改善驗(yàn)證

為改善設(shè)備內(nèi)部氣流小的問題，通過以下措施得以實(shí)現(xiàn)，并且經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，效果很好。

第一：增加設(shè)備下部高架地板的開口率。

第二：側(cè)面蓋板與地板間的間隙處安裝隔斷，改善原理和效果如圖 5 所示。

通過改善，設(shè)備內(nèi)氣流增加 2 2 % ，設(shè)備內(nèi)Particle 數(shù)據(jù)降低 79%，如表 1 所示。

4 設(shè)備周圍氣流偏移現(xiàn)象及二次調(diào)整方案

4.1 潔凈室環(huán)境導(dǎo)致氣流偏移

在許多工程案例中，孔板布置方案一般與FFU布置相同，即在 FFU 正下方布同樣面積的孔板。方案設(shè)計(jì)階段未考慮工藝設(shè)備搬入后導(dǎo)致的氣流偏移現(xiàn)象，或是在施工圖深化設(shè)計(jì)階段時(shí)，因潔凈承包商的技術(shù)水平參差不齊，多數(shù)人并未意識(shí)到孔板布置與氣流組織之間的密切關(guān)系，而僅僅是照?qǐng)D施工。所以常常在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)階段才發(fā)現(xiàn)氣流偏移的問題，此時(shí)再想辦法去解決往往事倍功半。在生產(chǎn)車間內(nèi)氣流為什么會(huì)有偏移的現(xiàn)象呢?可以將設(shè)備內(nèi)部和設(shè)備外部分別看作兩個(gè)風(fēng)管，設(shè)備內(nèi)因?yàn)榘惭b有機(jī)臺(tái)，氣流流過時(shí)阻力大，風(fēng)速減小，導(dǎo)致機(jī)臺(tái)下部氣壓低于設(shè)備外部的氣壓，設(shè)備外的氣流吹入設(shè)備底部，進(jìn)一步降低了設(shè)備內(nèi)向下的氣

流。借助于 CFD 軟件，可以模擬氣流流向和壓力曲線。所以，氣流偏移的調(diào)整措施主要調(diào)節(jié)地板的阻力特性，因地板型式的不同可以通過調(diào)整高架地板孔板的分布率實(shí)現(xiàn)，通過上述改善方案從而改善潔凈室內(nèi)氣流流型。

4.2 設(shè)備微環(huán)境氣流偏移

這里的微環(huán)境主要特指生產(chǎn)機(jī)臺(tái)區(qū)域環(huán)境，在 SEMI 標(biāo)準(zhǔn)中“SEMI E44—95 微環(huán)境購(gòu)買驗(yàn)收

指南”對(duì)微環(huán)境的定義為：由隔離裝置做成的局部?jī)艋h(huán)境，目的是使將產(chǎn)品與人員污染隔離開。其因由是“潔凈”工藝僅需較小的空間，卻為何浪費(fèi)那么多平方米的潔凈室空間。即“大”潔凈室僅限于基本潔凈度水平，且所有的關(guān)鍵生產(chǎn)工藝都在潔凈室級(jí)別足夠好的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。微環(huán)境又可以分為無(wú)送風(fēng)微環(huán)境（不帶氣流的盒子、柜子或?qū)ｉT接口箱）和送風(fēng)微環(huán)境（帶有低度紊流的微環(huán)境，可以使用潔凈室本身的潔凈空氣，或是自帶 F F U ）兩種。

一般情況下，進(jìn)行氣流模擬是將生產(chǎn)機(jī)臺(tái)當(dāng)作一個(gè)空塊進(jìn)行處理，但實(shí)際情況并非如此。有

些機(jī)臺(tái)的確是一個(gè)不通風(fēng)的箱體，但有些機(jī)臺(tái)卻可以通風(fēng)，甚至多數(shù)機(jī)臺(tái)均有自帶 FFU 設(shè)備。對(duì)于通風(fēng)但不帶FFU的設(shè)備，將設(shè)備側(cè)面蓋板延長(zhǎng)至地板，并且將設(shè)備正下方的地板孔板布置率增加，可以有效增加設(shè)備內(nèi)的氣流，并提高設(shè)備內(nèi)潔凈度。

對(duì)于不通風(fēng)的設(shè)備，我們可以將設(shè)備正下方的地板孔板布置率減少甚至不布置，而將孔板挪至設(shè)備四周，以避免該設(shè)備客觀上占用多數(shù)通風(fēng)面積。而對(duì)于自帶FFU設(shè)備，又可以按照設(shè)備是否有水盤、底座透風(fēng)狀況及廢氣排放量等不同特征，分別規(guī)劃孔板的布置方案。例如在清洗機(jī)區(qū)域，考慮到有漏液的風(fēng)險(xiǎn)，故建議在設(shè)備輪廓線附近均布置盲板以避免漏液流到回風(fēng)夾層內(nèi)產(chǎn)生意外。而在 ROBOT（自動(dòng)機(jī)械手臂設(shè)備）區(qū)域，因其內(nèi)部潔凈等級(jí)要求高達(dá) ISO 4 級(jí)，一般建議該區(qū)域滿布孔板以避免紊流產(chǎn)生。而對(duì)于很多自帶FFU的設(shè)備來(lái)講，因其本身廢氣排放量較大，故設(shè)備下方的孔板布置并不需要滿布。而有些設(shè)備下方即使是滿布孔板有時(shí)也不能滿足其氣流控制需求，比如在Stocker設(shè)備底座區(qū)域孔洞內(nèi)可增加軸流風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，以得到較好的垂直氣流單向流型。

4.3 局部紊流

全面單向流潔凈室也常出現(xiàn)氣流紊流和回流等狀況，會(huì)使?jié)崈羰业木植繗饬鹘M織受到破壞，是潔凈室的設(shè)計(jì)人員和施工維護(hù)人員都應(yīng)注意的地方。當(dāng)孔板有針對(duì)性的布置后，空態(tài)狀況下潔凈室內(nèi)的氣流特性一般都能符合設(shè)計(jì)的要求。但一旦有機(jī)臺(tái)設(shè)備進(jìn)入潔凈室、人員的移動(dòng)和產(chǎn)品的轉(zhuǎn)輸，就不可避免的存在著氣流組織的障礙物。比如在設(shè)備機(jī)臺(tái)突出的尖角或邊緣處，氣流會(huì)分流形成一個(gè)紊流區(qū)。在紊流區(qū)內(nèi)的流體不易被帶走，從而產(chǎn)生污染。另一種情況是因?yàn)樵O(shè)備本身的發(fā)熱，在機(jī)臺(tái)附近由溫度梯度引起回流區(qū)，加大了微粒累積。同

時(shí)，高溫又容易使微粒逸散出去，雙重效應(yīng)加重了全面垂直單向流的控制難度。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)潔凈室設(shè)計(jì)人員而言，設(shè)計(jì)過程中需要充分考慮生產(chǎn)機(jī)臺(tái)的特性，潔凈室的整體構(gòu)造，并據(jù)此調(diào)整氣流布置方能取得理想的潔凈室氣流形態(tài)，進(jìn)而確保潔凈室的潔凈度，提高生產(chǎn)良率并可實(shí)現(xiàn)一定程度的節(jié)能效果。

（2）對(duì)于生產(chǎn)潔凈設(shè)備的廠家而言，要根據(jù)設(shè)備的微環(huán)境，合理設(shè)計(jì)設(shè)備構(gòu)造，優(yōu)化送風(fēng)方式，保證工藝設(shè)備的潔凈度。