高等級液晶面板潔凈室影響氣流的因素及解決方法

摘 要 針對單向垂直流潔凈室內，受工藝設備影響導致的氣流偏移、無效氣流現象進行綜合分析，探討在潔凈室設計和施工過程中所要考慮的因素以及運行階段氣流二次調整的方案，使潔凈室形成良好的氣流流型，并能更好地滿足實際生產的需要。

潔凈室內氣流組織的影響因素、在實際建廠過程中，氣流的流場特征會影響到潔凈度等級及污染物的控制，從而使潔凈室的效果與設計時相差甚遠。而且從流動的雷諾數來考慮，潔凈室的氣流均為紊流，潔凈室運轉后實際的風向控制較為復雜，考慮因素更多，與高架地板開孔率、FFU吹出風速、機臺方位、人員走動、導流板設置等均有很大的關系。而氣流偏移現象的原因分析以及氣流改善方案的前提是應從大環境角度考慮，若只考慮局部往往達不到所期望的控制目標。

工藝設備對氣流影響及解決方法

工藝設備內的環境分為有送風環境和無送風環境，有送風環境可分為：使用潔凈室本身的潔凈空氣的環境，和自帶FFU的環境。本例說明一種利用潔凈室氣流的設備所出現的氣流問題和調整措施。

3.1 面臨的問題

潔凈室高架地板在設計和施工時按照空態潔凈室氣流狀態考慮，為了保證空態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，在潔凈室長度方向保持一致。

但是，當工藝機臺設備搬入后，氣流的一致性被破壞，產生了氣流的偏移，甚至形成渦流。

對于利用潔凈室氣流的機臺設備，其保證工藝生產的潔凈氣流來自于潔凈室氣流，當機臺周圍和地板內部地板開口率一致時，由于機臺內部氣流通過率低，更多的潔凈氣流流向了機臺外部，流過機臺內部的潔凈氣流很少，甚至沒有了潔凈氣流。同時機臺側面蓋板與地板間有一定距離，形成較大間隙，設備外氣流通過此處間隙吹入設備底部，增大了設備底部與地板間空間的氣壓，導致設備中間的 downflow 減小，原理如圖 4 所示。

3.2 通過 CFD（計算流體力學）軟件的解決方案內流場分析需建立模型及設定邊界條件，并

盡量符合實際，從而所得到的數據也能接近于實際狀況。模型建立主要包括建筑尺寸、回風道分布以及生產設備模型等。邊界條件主要包括FFU參數、孔板特性及障礙物等。

通過研究氣流偏移狀況，設備內氣流減低情況，調整地板阻力特性以形成設備內所需要之垂直單向流。一般在大環境區域氣流模擬建模時，要求業主提供生產機臺的相關參數（如外形尺寸、自帶FFU 參數等），以得到更符合未來實際運轉的氣流狀況。從而可以在施工之前預見未來可能發生的局部氣流偏移、紊流甚至交叉污染等不良現象，并采取相應的預防措施。

3.3 氣流改善驗證

為改善設備內部氣流小的問題，通過以下措施得以實現，并且經過試驗驗證，效果很好。

第一：增加設備下部高架地板的開口率。

第二：側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，設備內氣流增加 2 2 % ，設備內Particle 數據降低 79%，如表 1 所示。

4 設備周圍氣流偏移現象及二次調整方案

4.1 潔凈室環境導致氣流偏移

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。方案設計階段未考慮工藝設備搬入后導致的氣流偏移現象，或是在施工圖深化設計階段時，因潔凈承包商的技術水平參差不齊，多數人并未意識到孔板布置與氣流組織之間的密切關系，而僅僅是照圖施工。所以常常在實際運轉階段才發現氣流偏移的問題，此時再想辦法去解決往往事倍功半。在生產車間內氣流為什么會有偏移的現象呢?可以將設備內部和設備外部分別看作兩個風管，設備內因為安裝有機臺，氣流流過時阻力大，風速減小，導致機臺下部氣壓低于設備外部的氣壓，設備外的氣流吹入設備底部，進一步降低了設備內向下的氣

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

4.2 設備微環境氣流偏移

這里的微環境主要特指生產機臺區域環境，在 SEMI 標準中“SEMI E44—95 微環境購買驗收

指南”對微環境的定義為：由隔離裝置做成的局部凈化環境，目的是使將產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，且所有的關鍵生產工藝都在潔凈室級別足夠好的區域內進行。微環境又可以分為無送風微環境（不帶氣流的盒子、柜子或專門接口箱）和送風微環境（帶有低度紊流的微環境，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，進行氣流模擬是將生產機臺當作一個空塊進行處理，但實際情況并非如此。有

些機臺的確是一個不通風的箱體，但有些機臺卻可以通風，甚至多數機臺均有自帶 FFU 設備。對于通風但不帶FFU的設備，將設備側面蓋板延長至地板，并且將設備正下方的地板孔板布置率增加，可以有效增加設備內的氣流，并提高設備內潔凈度。

對于不通風的設備，我們可以將設備正下方的地板孔板布置率減少甚至不布置，而將孔板挪至設備四周，以避免該設備客觀上占用多數通風面積。而對于自帶FFU設備，又可以按照設備是否有水盤、底座透風狀況及廢氣排放量等不同特征，分別規劃孔板的布置方案。例如在清洗機區域，考慮到有漏液的風險，故建議在設備輪廓線附近均布置盲板以避免漏液流到回風夾層內產生意外。而在 ROBOT（自動機械手臂設備）區域，因其內部潔凈等級要求高達 ISO 4 級，一般建議該區域滿布孔板以避免紊流產生。而對于很多自帶FFU的設備來講，因其本身廢氣排放量較大，故設備下方的孔板布置并不需要滿布。而有些設備下方即使是滿布孔板有時也不能滿足其氣流控制需求，比如在Stocker設備底座區域孔洞內可增加軸流風扇進行強制通風，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氣流紊流和回流等狀況，會使潔凈室的局部氣流組織受到破壞，是潔凈室的設計人員和施工維護人員都應注意的地方。當孔板有針對性的布置后，空態狀況下潔凈室內的氣流特性一般都能符合設計的要求。但一旦有機臺設備進入潔凈室、人員的移動和產品的轉輸，就不可避免的存在著氣流組織的障礙物。比如在設備機臺突出的尖角或邊緣處，氣流會分流形成一個紊流區。在紊流區內的流體不易被帶走，從而產生污染。另一種情況是因為設備本身的發熱，在機臺附近由溫度梯度引起回流區，加大了微粒累積。同

時，高溫又容易使微粒逸散出去，雙重效應加重了全面垂直單向流的控制難度。

5 結語

（1）對潔凈室設計人員而言，設計過程中需要充分考慮生產機臺的特性，潔凈室的整體構造，并據此調整氣流布置方能取得理想的潔凈室氣流形態，進而確保潔凈室的潔凈度，提高生產良率并可實現一定程度的節能效果。

（2）對于生產潔凈設備的廠家而言，要根據設備的微環境，合理設計設備構造，優化送風方式，保證工藝設備的潔凈度。