ক্লিন রুমে বায়ুপ্রবাহের বিন্যাসকে প্রভাবিতকারী উপাদানগুলো কী কী?

চিপ উৎপাদন শিল্পে চিপের উৎপাদন হার চিপের উপর জমা হওয়া বায়ুকণার আকার ও সংখ্যার সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। সুষ্ঠু বায়ুপ্রবাহ ব্যবস্থাপনা ধূলিকণার উৎস থেকে উৎপন্ন কণাগুলোকে ক্লিনরুম থেকে দূরে সরিয়ে নিয়ে যেতে পারে এবং ক্লিনরুমের পরিচ্ছন্নতা নিশ্চিত করতে পারে। অর্থাৎ, ক্লিনরুমের বায়ুপ্রবাহ ব্যবস্থাপনা চিপ উৎপাদনের উৎপাদন হারে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। ক্লিনরুমের বায়ুপ্রবাহ ব্যবস্থাপনার নকশায় যে লক্ষ্যগুলো অর্জন করতে হয় তা হলো: ক্ষতিকর কণার আটকে থাকা এড়ানোর জন্য প্রবাহ ক্ষেত্রে ঘূর্ণি প্রবাহ (eddy currents) হ্রাস বা নির্মূল করা; এবং আড়াআড়ি দূষণ (cross-contamination) প্রতিরোধ করার জন্য একটি উপযুক্ত ধনাত্মক চাপের ঢাল (positive pressure gradient) বজায় রাখা।

ক্লিন রুম নীতি অনুসারে, কণার উপর ক্রিয়াশীল বলগুলোর মধ্যে রয়েছে ভর বল, আণবিক বল, কণাগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ, বায়ুপ্রবাহ বল ইত্যাদি।

বায়ুপ্রবাহ বল: সরবরাহ ও প্রত্যাবর্তন বায়ুপ্রবাহ, তাপীয় পরিচলন বায়ুপ্রবাহ, কৃত্রিম আলোড়ন এবং একটি নির্দিষ্ট প্রবাহ হারের অন্যান্য বায়ুপ্রবাহ দ্বারা সৃষ্ট সেই বলকে বোঝায় যা কণা বহন করে। ক্লিন রুমের পরিবেশগত প্রযুক্তি নিয়ন্ত্রণের ক্ষেত্রে, বায়ুপ্রবাহ বল সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ বিষয়।

পরীক্ষায় দেখা গেছে যে, বায়ুপ্রবাহের গতিতে কণাগুলো প্রায় একই গতিতে বায়ুপ্রবাহকে অনুসরণ করে। বায়ুতে থাকা কণাগুলোর অবস্থা বায়ুপ্রবাহের বন্টন দ্বারা নির্ধারিত হয়। ঘরের ভেতরের কণাগুলোর উপর বায়ুপ্রবাহের প্রধান প্রভাবগুলোর মধ্যে রয়েছে: বায়ু সরবরাহজনিত বায়ুপ্রবাহ (যার মধ্যে প্রাথমিক বায়ুপ্রবাহ এবং দ্বিতীয় পর্যায়ের বায়ুপ্রবাহ অন্তর্ভুক্ত), মানুষের হাঁটার কারণে সৃষ্ট বায়ুপ্রবাহ ও তাপীয় পরিচলনজনিত বায়ুপ্রবাহ, এবং বিভিন্ন প্রক্রিয়াগত কার্যক্রম ও শিল্প সরঞ্জামের কারণে কণাগুলোর উপর বায়ুপ্রবাহের প্রভাব। ক্লিনরুমের মধ্যে বিভিন্ন বায়ু সরবরাহ পদ্ধতি, গতির পরিসর, পরিচালনাকারী ও শিল্প সরঞ্জাম, উদ্ভূত ঘটনা ইত্যাদি সবই এমন উপাদান যা পরিচ্ছন্নতার স্তরকে প্রভাবিত করে।

১. বায়ু সরবরাহ পদ্ধতির প্রভাব

(1) বায়ু সরবরাহের গতি

সুষম বায়ুপ্রবাহ নিশ্চিত করার জন্য, একমুখী প্রবাহের ক্লিন রুমে বায়ু সরবরাহের গতি অবশ্যই সুষম হতে হবে; বায়ু সরবরাহ পৃষ্ঠের ডেড জোন অবশ্যই ছোট হতে হবে; এবং হেপা ফিল্টারের অভ্যন্তরে চাপের পতনও অবশ্যই সুষম হতে হবে।

বায়ু সরবরাহের গতি সুষম: অর্থাৎ, বায়ুপ্রবাহের অসমতা ±২০%-এর মধ্যে নিয়ন্ত্রণ করা হয়।

বায়ু সরবরাহ পৃষ্ঠে অব্যবহৃত স্থান কম থাকে: শুধু হেপা ফ্রেমের সমতল ক্ষেত্রফলই কমানো উচিত নয়, তার চেয়েও গুরুত্বপূর্ণ হলো, রিডানড্যান্ট ফ্রেমকে সরল করার জন্য মডিউলার এফএফইউ ব্যবহার করা উচিত।

বায়ুপ্রবাহ যাতে উল্লম্ব এবং একমুখী হয়, তা নিশ্চিত করার জন্য ফিল্টারের চাপ হ্রাসের নির্বাচনও খুব গুরুত্বপূর্ণ, এবং এটি আবশ্যক যে ফিল্টারের অভ্যন্তরে চাপের ক্ষতি যেন পক্ষপাতদুষ্ট না হয়।

(2) FFU সিস্টেম এবং অ্যাক্সিয়াল ফ্লো ফ্যান সিস্টেমের মধ্যে তুলনা

এফএফইউ হলো একটি ফ্যান এবং হেপা ফিল্টারযুক্ত বায়ু সরবরাহ ইউনিট। এফএফইউ-এর সেন্ট্রিফিউগাল ফ্যান বাতাস টেনে নেয় এবং এয়ার ডাক্টে গতিশীল চাপকে স্থির চাপে রূপান্তরিত করে। হেপা ফিল্টারের মাধ্যমে এই বাতাস সমানভাবে বাইরে বের করে দেওয়া হয়। সিলিং-এ বায়ু সরবরাহের চাপ ঋণাত্মক চাপ হিসেবে থাকে। এভাবে ফিল্টার পরিবর্তনের সময় ক্লিন রুমে কোনো ধূলিকণা প্রবেশ করে না। পরীক্ষায় দেখা গেছে যে, বায়ু নির্গমনের সমরূপতা, বায়ুপ্রবাহের সমান্তরালতা এবং বায়ুচলাচল দক্ষতা সূচকের দিক থেকে এফএফইউ সিস্টেম অ্যাক্সিয়াল ফ্লো ফ্যান সিস্টেমের চেয়ে উন্নত। এর কারণ হলো এফএফইউ সিস্টেমের বায়ুপ্রবাহের সমান্তরালতা আরও ভালো। এফএফইউ সিস্টেমের ব্যবহার ক্লিন রুমের বায়ুপ্রবাহের ব্যবস্থাপনাকে উন্নত করতে পারে।

(3) FFU এর নিজস্ব কাঠামোর প্রভাব

এফএফইউ প্রধানত ফ্যান, ফিল্টার, এয়ার ফ্লো গাইড এবং অন্যান্য উপাদান দিয়ে গঠিত। নকশা অনুযায়ী প্রয়োজনীয় পরিচ্ছন্নতা অর্জনের জন্য ক্লিন রুমের ক্ষেত্রে হেপা ফিল্টার হলো সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ নিশ্চয়তা। ফিল্টারের উপাদান প্রবাহ ক্ষেত্রের সমরূপতাকেও প্রভাবিত করে। ফিল্টারের আউটলেটে একটি অমসৃণ ফিল্টার উপাদান বা একটি ফ্লো প্লেট যুক্ত করা হলে, আউটলেট প্রবাহ ক্ষেত্রকে সহজেই সমরূপ করা যায়।

২. বিভিন্ন পরিচ্ছন্নতার সাথে স্পিড ইন্টারফেসের প্রভাব

একই ক্লিনরুমে, ওয়ার্কিং এরিয়া এবং নন-ওয়ার্কিং এরিয়ার মধ্যে উল্লম্ব একমুখী প্রবাহের কারণে, হেপা বক্সে বাতাসের গতিবেগের পার্থক্যের ফলে সংযোগস্থলে একটি মিশ্র ঘূর্ণি প্রভাব সৃষ্টি হয় এবং এই সংযোগস্থলটি একটি অশান্ত বায়ুপ্রবাহ অঞ্চলে পরিণত হয়। বায়ুর এই অশান্তির তীব্রতা বিশেষভাবে প্রবল হয় এবং এর ফলে কণাগুলো যন্ত্রপাতির পৃষ্ঠে স্থানান্তরিত হয়ে যন্ত্রপাতি ও ওয়েফারকে দূষিত করতে পারে।

৩. কর্মী ও সরঞ্জামের উপর প্রভাব

যখন ক্লিনরুম খালি থাকে, তখন ঘরের ভেতরের বায়ুপ্রবাহের বৈশিষ্ট্যগুলো সাধারণত নকশার প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে। একবার যন্ত্রপাতি ক্লিনরুমে প্রবেশ করলে, মানুষের চলাচল শুরু হলে এবং পণ্য পরিবহন করা হলে, বায়ুপ্রবাহের বিন্যাসে অনিবার্যভাবে বাধা সৃষ্টি হয়, যেমন যন্ত্রপাতি থেকে বেরিয়ে থাকা ধারালো অংশ। কোণ বা প্রান্তগুলোতে গ্যাসের গতিপথ পরিবর্তিত হয়ে একটি অশান্ত প্রবাহ এলাকা তৈরি করে, এবং ঐ এলাকার তরল পদার্থ আগত গ্যাসের দ্বারা সহজে অপসারিত হতে পারে না, ফলে দূষণ ঘটে।

একই সময়ে, ক্রমাগত পরিচালনার কারণে যান্ত্রিক সরঞ্জামের পৃষ্ঠভাগ উত্তপ্ত হবে এবং তাপমাত্রার তারতম্যের ফলে মেশিনের কাছাকাছি একটি রিফ্লো এলাকা তৈরি হবে, যা ওই এলাকায় কণার জমা হওয়া বাড়িয়ে দেয়। একই সাথে, উচ্চ তাপমাত্রার কারণে কণাগুলো সহজেই বেরিয়ে যেতে পারে। এই দ্বৈত প্রভাব সামগ্রিক উল্লম্ব স্তরের প্রবাহের পরিচ্ছন্নতা নিয়ন্ত্রণের অসুবিধা বাড়িয়ে তোলে। ক্লিনরুমে থাকা অপারেটরদের ধূলিকণা এই রিফ্লো এলাকাগুলোতে থাকা ওয়েফারগুলিতে সহজেই লেগে যেতে পারে।

৪. রিটার্ন এয়ার ফ্লোরের প্রভাব

যখন মেঝের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত প্রত্যাবর্তনকারী বায়ুর প্রতিরোধ ভিন্ন হয়, তখন চাপের পার্থক্য তৈরি হয়, যার ফলে বায়ু কম প্রতিরোধের দিকে প্রবাহিত হয় এবং সুষম বায়ুপ্রবাহ পাওয়া যায় না। বর্তমানে প্রচলিত নকশা পদ্ধতি হলো একটি উঁচু মেঝে ব্যবহার করা। যখন উঁচু মেঝের খোলা অংশের অনুপাত ১০% হয়, তখন অভ্যন্তরীণ কাজের উচ্চতায় বায়ুপ্রবাহের গতিবেগ সুষমভাবে বণ্টিত হতে পারে। এছাড়াও, মেঝের দূষণের উৎস কমাতে পরিষ্কার-পরিচ্ছন্নতার কাজে কঠোর মনোযোগ দেওয়া উচিত।

৫. আবেশ ঘটনা

তথাকথিত আবেশন ঘটনা বলতে বোঝায় সুষম প্রবাহের বিপরীত দিকে বায়ুপ্রবাহ তৈরি করার একটি প্রক্রিয়া, যা ঘরের মধ্যে উৎপন্ন ধূলিকণা বা সংলগ্ন দূষিত এলাকার ধূলিকণাকে বায়ুপ্রবাহের বিপরীত দিকে টেনে আনে এবং এর ফলে সেই ধূলিকণা ওয়েফারকে দূষিত করে। সম্ভাব্য আবেশন ঘটনাগুলো নিম্নরূপ:

(1) অন্ধ প্লেট

উল্লম্ব একমুখী প্রবাহযুক্ত একটি ক্লিনরুমে, দেয়ালের জোড়গুলোর কারণে সাধারণত বড় বড় ব্লাইন্ড প্যানেল থাকে, যা অশান্ত প্রবাহ এবং স্থানীয় বিপরীত প্রবাহ তৈরি করে।

(2) বাতি

ক্লিন রুমের আলোকসজ্জার প্রভাব বেশি থাকে। যেহেতু ফ্লুরোসেন্ট ল্যাম্পের তাপ বায়ুপ্রবাহকে উপরের দিকে ঠেলে দেয়, তাই ফ্লুরোসেন্ট ল্যাম্পটি একটি অশান্ত এলাকা তৈরি করে না। সাধারণত, বায়ুপ্রবাহের বিন্যাসের উপর ল্যাম্পের প্রভাব কমানোর জন্য ক্লিন রুমের ল্যাম্পগুলো অশ্রুবিন্দু আকৃতিতে ডিজাইন করা হয়।

(3) দেয়ালের মধ্যে ফাঁক

যখন ভিন্ন ভিন্ন পরিচ্ছন্নতার মানসম্পন্ন বিভাজন দেয়াল বা ছাদের মধ্যে ফাঁক থাকে, তখন কম পরিচ্ছন্নতার মানসম্পন্ন এলাকা থেকে ধূলিকণা বেশি পরিচ্ছন্নতার মানসম্পন্ন সংলগ্ন এলাকায় স্থানান্তরিত হতে পারে।

(4) যান্ত্রিক সরঞ্জাম এবং মেঝে বা দেয়ালের মধ্যে দূরত্ব

যান্ত্রিক সরঞ্জাম এবং মেঝে বা দেয়ালের মধ্যে ব্যবধান কম হলে প্রতিঘাতজনিত আলোড়ন সৃষ্টি হবে। তাই, সরঞ্জাম এবং দেয়ালের মধ্যে একটি ফাঁক রাখুন এবং মাটির সাথে সরাসরি সংস্পর্শ এড়াতে মেশিনের প্ল্যাটফর্মটি উঁচু করুন।