DE2243063A1

DE2243063A1 - Reine werkbank mit waagrechtem, laminarem luftstrom

Info

Publication number: DE2243063A1
Application number: DE2243063A
Authority: DE
Inventors: William Arthur Mock
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-09-22
Filing date: 1972-09-01
Publication date: 1973-03-29
Also published as: JPS4840253A; FR2153249B1; GB1331210A; FR2153249A1

Description

Aktenzeichen der Anmelderin; BU 971 014

Reine Werkbank mit waagrechtem, laminarem Luftstrom

Die Erfindung betrifft eine zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen geeignete, reine Werkbank mit einem Arbeitraum, der seitlich und oben durch Wände, unten durch eine Tischplatte, hinten durch ein Filter und vorn durch eine mit dem Filter, flächengleiche öffnung begrenzt ist und der von einem durch das Filter eintretenden und durch die öffnung austretenden und diese ausfüllenden, laminaren Luftstrom durchströmt wird.

Bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen ist es, wie z.B. in der U.S.-Patentschrift 3508 209 ausgeführt wird, bei kritischen Verfahrensschritten unbedingt erforderlich, unter extrem reinen Bedingungen zu arbeiten.

Deshalb wurden reine Werkbänke gebaut, in denen die ständig strömende, gefilterte Luft die geforderte Reinheit in dem Arbeitsraum sicherstellt. Dies trifft allerdings nur zu, solange der Arbeitraum leer ist. Werden jedoch, was bei Herstellungsprozessen unvermeidlich ist, Geräte in den Arbeitsraum gestellt und hantieren Techniker an diesen Geräten, so muß der Luftstrom um Hindernisse herumfließen. Dies hat zur Folge, daß sich an den Hindernissen Luftwirbel ausbilden, die Luft aus der ver-

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gleichsweise schmutzigen Umgebung ansaugen; d.h. gerade an den Stellen, an denen die empfindlichen Schaltkreise prozessiert werden, genügt die Luft nicht mehr den Reinheitsforderungen.

Es sind Konstruktionen bekannt, die die Wirbelbildung an den Hindernissen verhindern oder unwirksam machen. So wird z.B. in der U.S.-Patenschrift 3318 078 eine reine Werkbank beschrieben, bei der zur Verhinderung der Wirbelbildung ein Teil des laminaren Luftstroms an der seitlichen und unteren Begrenzung der Öffnung des Arbeitsraums abgesaugt wird. Dasselbe Ziel wird erreicht, wenn, wie in der U.S.-Patenschrift 3495 112 beschrieben ist, außer dem von hinten nach vorn fließenden laminaren Luftstrom noch ein fast senkrecht von oben kommender laminarer Luftstrom in den Arbeitsraum einströmt, wobei die beiden Luftströme unabhängig voneinander regelbar sind. Schließlich wird in der U.S.-Patentschrift 3368 523 eine reine Werkbank beschrieben, in der zwar nicht die Wirbelbildung verhindert wird, aber die Wirbelströme von den der Luft ausgesetzten Schaltkreisen ferngehalten werden.

Diese bekannten Konstruktionen verhindern zwar die Verschmutzung der Schaltkreise aus der Atmosphäre, sie sind aber wesentlich komplizierter aufgebaut als die konventionellen reinen Werkbänke , und es wäre sehr teuer, vorhandene, konventionelle reine Werkbänke entsprechend den drei bekannten Konstruktionen umzubauen. Hierzu kommt, daß es bei den beiden zuerst erwähnten Konstruktionen schwierig ist, die Luftströme optimal aufeinander abzustimmen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, das Problem der Wirbelbildung an in der reinen Werkbank stehenden Gegenständen mit einer Konstruktion zu lösen, die den Aufbau einer reinen Werkbank gegenüber den konventionellen Modellen höchstens unwesentlich kompliziert, die gestattet, konventionelle reine Werkbänke

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schnell und ohne großen Aufwand,so umzubauen, daß die Wirbelbildung beim Prozessieren verhindert wird, und die ein zeitraubendes und kritisches Abstimmen von Luftströmen aufeinander unnötig macht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer reinen Werkbank der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im Arbeitsraum eine als Lochplatte ausgebildete Arbeitsplatte derart angeordnet ist, daß unterhalb und oberhalb der Arbeitsplatte laminare Luftströme fließen. Der Vorteil dieser Konstruktion liegt darin, daß die mit ihr ausgestatteten reinen Werkbänke sich nur unwesentlich von koventionellen reinen Werkbänken unterscheiden und daß mit ihrer Hilfe auch vor Gegenständen, die in ihrem Querschnitt parallel zur Öffnung bis zu 1/2 so groß sind wie das Filter, noch die für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen notwendige Reinheit der Luft herrscht.

Es ist vorteilhaft, wenn die Arbeitsplatte parallel zum laminaren Luftstrom liegt und zur Tischplatte einen Abstand zwischen 2,5 und 12,5 cm hat, wobei jedoch in den meisten Fällen gute Ergebnisse erzielt werden, wenn die Arbeitsplatte 5 cm Abstand von der Tischplatte hat. Große Abstände zwischen Arbeitsplatte und Tischplatte empfehlen sich für große Gegenstände. Bei Abständen unter 2,5 cm kann es schwierig sein, den Luftstrom unterhalb der Arbeitsplatte laminar zu halten.

Wird die reine Werkbank immer wieder für einen anderen Zweck eingesetzt, so ist es vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen Arbeitsplatte und Tischplatte variabel ist.

Soll eine vorhandene, konventionelle reine Werkbank entsprechend der beschriebenen Konstruktion umgebaut werden, so ist es vorteilhaft, daß die auf ihrer Unterseite mit Abstandsstücken versehene Arbeitsplatte über die Tischplatte einschiebbar ist und die ganze Tischplatte bedeckt.

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Die Erfindung wird anhand von durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine bekannte Ausführung

einer reinen Werkbank,

Fig. 2 in perspektivischer Ansicht eine reine Werkbank

ähnlich der in der Fig. 1 dargestellten jedoch mit den Merkmalen entsprechend den Patentansprüchen,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die in der Fig. 2 dargestellte reine Werkbank entlang der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 die Vorderansicht der in Fig. 2 dargestellten

reinen Werkbank, und

Fig. 5 einen Querschnitt, vergleichbar dem in der Fig.

3, der aber eine andere Ausgestaltung der reinen Werkbank zeigt.

Die Fig. 1 zeigt eine bekannte Konstruktion einer reinen Werkbank mit waagrechtem laminarem Luftstrom und erläutert die Schwierigkeit, der mit der beschriebenen reinen Werkbank begegnet werden soll. Der zentrale Teil des Gestells 10 bildet denn Arbeitsraum 12. Der Arbeitsraum 12 wird begrenzt durch die Seitenwände 14, die Decke 16, die Tischplatte 18 und das Filter 20, aus dem die Rückwand des Arbeitsraums 12 besteht. Hinter dem Arbeitsraum 12 befindet sich der Kanal 22, in den ein Ventilator 24 Luft drückt, die durch die Öffnung 28 angesaugt wird. Vom Kanal 22 strömt die Luft durch das Filter 20 in einer solchen Menge, daß durch den Arbeitsraum 12 von hinten nach vorne Luft mit einer Geschwindigkeit zwischen 15,25 und 45,75 m/Min, laminar fließt.

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Das Filter 20, entfernt Teilchen mit einem großem Durchmesser als 0,3 ym aus dem Luftstrom 26. Im allgemeinen herrscht in den reinen Werkbänken mit waagrechtem, laminarem Luftstrom eine Atmosphäre der Reinheitsklasse 100. Das bedeutet, daß die Luft in der reinen Werkbank nicht mehr als 3,5 Teilchen pro Liter enthält, deren Durchmesser zwischen 0,5 und 5 μ liegt, und keine Teilchen mit einem Durchmesser > 5 μ. Wie die Figur zeigt, fließt ein waagrechter Luftstrom 26 vom Filter 20 zu der öffnung 30 des Ärbeitsraums 12. Dabei fließt der laminare Luftstrom 26 über den Gegenstand 32 mit dem Zweck, den Gegenstand 32 mit reiner Luft einzuhüllen. Jedoch hat das Vorbeiströmen an den· Gegenstand 32 zur Folge, daß Wirbelströme 34 sich in dem laminaren Luftstrom 26 bilden. Die Wirbelströme 34 saugen verunreinigte Luft 36 durch die öffnung 30 in den Arbeitsraum 12. Reine Werkbänke mit waagrechtem, laminarem Luftstrom stehen normalerweise in einem Raum der Klasse 10.000, d.h., daß die Luft 36 bis zu 350'Teilchen zwischen 0,5 und 5 μ Durchmesser und 2,7 Teilchen mit einem Durchmesser > 5 μ pro Liter enthalten kann. Normalerweise finden sich in einem Raum der Klasse 10.000 100 bis 175 Teilchen zwischen 0,5 und 5/λ pro Liter. Wird Luft der Reinheitsklasse 10.000 in den Arbeitsraum 12, der die Reinheitsklasse 100 hat, gesaugt, so werden auf der Vorderseite des Gegenstands 32,zwischen 70 und 175 Teilchen zwischen 0,5 und 5 μ Durchmesser pro Liter gezählt. Bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen ist eine so hohe Teilchenzahl in der Luft, die einen Gegenstand, auf dem oder in dem integrierte Schaltkreise prozessiert werden, umgibt, ein wesentlicher Grund für Defekte in den hergestellten integrierten Schaltkreisen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine reine Werkbank mit waagrechtem, laminarem Luftstrom von dem in der Fig. 1 gezeigten Typ, die jedoch abgeändert wurde, in dem über der Tischplatte 18 eine Arbeitsplatte 38 angeordnet wird, die durch die Abstandsstücke 40 von der Tischplatte 18 getrennt ist. Die Arbeitsplatte 38 wird von einer Lochplatte aus rostfreien Stahl gebildet, wobei¹ die Löcher 42 beispielsweise einen Durchmesser von etwa 6 mm

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und einen Mittelpunktsabstand von etwa 12 mm haben. Es ist vorteilhaft, wenn die Arbeitsplatte 38 die gesamte Fläche der Tischplatte 18 abdeckt.

Die Abstandstücke 40 halten die Arbeitsplatte 38 so, daß sie parallel zu dem Luftstrom 26 und in einem solchen Abstand von der Tischplatte 18 liegt, daß ein laminarer waagrechter Luftstrom unterhalb und oberhalb der Arbeitsplatte 38 fließen kann. Es ist günstig, die Abstandsstücke 40 an der Arbeitsplatte 38 zu befestigen, weil man dadurch einen Einsatz erhält, der einfach auf die Tischplatte 18 gelegt wird. In der Praxis ist eine Höhe der Abstandsstücke zwischen 2,5 und 12,5 cm für alle Geräte, die bei der Herstellung integrierter Schaltkreise in reinen Werkbänken mit waagrechtem laminarem Luftstrom benutzt werden, verwendbar. Für die meisten Anwendungen sind etwa 5 cm hohe Abstandsstücke 40 besonders geeignet.

Wie man am besten aus der Fig. 3 ersieht, bewirkt der Einsatz der Arbeitsplatte 38, daß der Gegenstand 32 von einem waagrechtem, laminarem Luftstrom umgeben ist. Zwar ist noch ein kleiner Teil des Luftstroms turbulent, jedoch ist die Turbulenz auf die unmittelbare Umgebung des Gegenstands 32 beschränkt. Ein Eindringen von verunreinigter Luft aus dem Raum in den Arbeitsraum 12 ist daher ausgeschlossen und die Zahl von Partikeln, die in dem Raum vor dem Gegenstand 32 gemessen wird, ist unabhängig davon, ob der Gegenstand vorhanden ist oder nicht. Dies bedeutet, daß eine reine Werkbank mit waagrechtem, laminarem Luftstrom, in der im leeren Zustand eine Luftatmosphäre der Reinheitsklasse 100 herrscht, Herstellungsprozesse unter Verwendung der dazu notwendigen Geräte durchgeführt werden können, ohne daß die Reinheitsklasse 100 der Luft verschlechtert wird.

Wie die Fig. 4 zeigt, kann auf der Arbeitsplatte 38 ein Gegenstand 32 stehen, dessen Querschnitt bis zu halb so groß sein kann, wie das Filter 20, durch das der waagrechte laminare

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Luftstrom 26 in den Arbeitsraum 12 eintritt. Steht ein so großer Gegenstand etwa 10 bis 15 cm von der öffnung 28 entfernt, wobei die Abstandsstücke 40 12,5 cm hoch sein sollen, so ist eine geringe Luftturbulenz in dem Arbeitsraum 12 nicht ganz zu vermeiden. D.h., daß die gezählte Teilchenzahl sich durch den Gegenstand 32 etwas erhöht, jedoch entspricht auch in diesem Fall die Reinheit der Luft in dem Arbeitsraum 12 immer noch der Klasse 100.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausgestaltung der beschriebenen Vorrichtung, die speziell für den Einbau in neue, reine Werkbänke mit waagrechtem, laminarem Luftstrom gedacht ist. Wie zu sehen ist, wird die Arbeitsplatte 38 innerhalb des Arbeitsraumes 12 durch die Stäbe 44 unterstützt, von denen je 2 auf jeder Seite der Arbeitsplatte 38 vorhanden sind. Jeder Stab 44 hat in gleichen, regelmäßigen Abständen Löcher 46, in die unter Federspannung stehende, in der Fig. nicht gezeigte Bolzen, auf denen die Arbeitsplatte 38 ruht, eingelassen sind. Es ist auf diese Weise möglich, die Arbeitsplatte 38 je nach der Größe und der Gestalt des Gegenstandes 32 in einen solchen Abstand von der Tischplatte 18 zu bringen, daß das Eindringen von verunreinigter Luft in den Arbeitsraum 12 verhindert wird. Für die meisten Gegenstände, die in die reine Werkbank gestellt werden, ist ein Abstand von etwa 5 cm zwischen der Arbeitsplatte 38 und der Tischplatte 18 zufriedenstellend. Hat jedoch der Gegenstand 32 einen Querschnitt, der etwa so groß ist wie die halbe Filterfläche, so sollte die Arbeitsplatte 38 bis zu 12,5 cm über die Tischplatte 18 angehoben werden. Ist der Abstand zwischen Tischplatte 18 und Arbeitsplatte 38 kleiner als 2,5 cm, so ist es schwierig, eine laminaren Luftstrom auch unterhalb der Arbeitsplatte 38 aufrecht zu erhalten.

Die folgenden Beispiele sollen die beschriebene Vorrichtung noch näher erläutern.

Beispiel 1

In diesem und den folgenden Beispielen wird das folgende Verfahren

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angewandt. Alle Versuche wurden in einer reinen Werkbank mit waagrechtem, laminarem Luftstrom, durchgeführt. Der Arbeitsraum dieser Werkbank war 117 cm breit, 86 cm hoch und 75 cm tief. Die Luftgeschwindigkeit wurde auf 30,5 m/Min, eingestellt, gemessen* 15 cm vom Filter, das die Rückwand des Arbeitsraums 12 bildet. Die Partikel wurden mit einem Monitor gemessen. Die angegebenen Teilchenzahlen beziehen sich auf Teilchen mit einem Durchmesser _> 0,5 μ. Bei jeder Messung wurde die Meßsonde etwa 2 Min. in den Luftstrom gehalten. Bei den Versuchen stand die reine Werkbank in einem Raum der Reinheitsklasse 10.000, in dem die durchschnittliche Teilchenzahl zwischen 70 und 140 Teilchen pro Liter variierte. Während der Versuche befanden sich 3 mit normaler Straßenkleidung bekleidete Personen in der unmittelbaren Umgebung der reinen Werkbank. Die angehobene Arbeitsplatte 38 bestand aus einer Lochplatte aus rostfreien Stahl, wobei die Löcher 6,3 cm im Durchmesser maßen und einen Mittelpunktsabstand von 9,5 cm hatten.

Es wurde eine Serie von Versuchen durchgeführt, bei denen ein in einem versiegelten Plastikbeutel befindlicher Pappkarton, der 43 cm hoch, 41 cm breit und 29 cm tief war, als Gegenstand verwendet wurde. Der Karton wurde zunächst in die Mitte der Tischplatte einer reinen Werkbank ohne angehobene Arbeitsplatte gestellt. Dabei stand die Vorderseite des Kartons etwa 25 cm von der Vorderkante des Arbeitsraums entfernt. Die Meßsonde wurde 5 cm vor der Mitte der Frontseite des Kartons positioniert. Niemand stand an der reinen Werkbank. Gemessen wurde eine Teilchenzahl zwischen 70 und 140 pro Liter, was im wesentlichen der Teilchenzahl in dem die reine Werkbank umgebenden Raum entsprach.

Mit genau derselben Anordnung, jedoch bei eingeschobener rund 4,5 cm über der Tischplatte liegender Arbeitsplatte 38 wurden zwischen 7900 und 12.200 Teilchen/m gezählt. Nachdem bei sonst gleicher Anordnung die Arbeitsplatte auf einen Abstand von 10 cm zur Tischplatte angehoben worden war, wurden zwischen

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O iind 700 Teilchen/m gezählt. Diese gemessenen Teilchenzahl änderte sich nicht, als sich ein Techniker im Abstand von 5 cm vor die öffnung des Arbeitsraums stellte und mit seinen Händen Bewegungen am Boden des Kartons ausführte, um auf diese Weise Verfahrensschritte an dem Karton zu simulieren.

Dieses Beispiel zeigt einerseits, daß die beschriebene Vorrichtung ihren Zweck erfüllt und andererseits, daß bei einem ziemlich großen Gegenstand in der reinen Werkbank der Abstand zwischen Tischplatte und Arbeitsplatte entsprechend zu vergrößern ist.

Beispiel 2

Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit einem Karton, der 42 cm hoch, 66 cm breit und 37 cm tief war, wobei die Meßsonde 7,5 cm vor der Mitte der Vorderseite des Kartons positioniert wurde. Ohne die angehobene Arbeitsplatte und ohne einen an der reinen Werkbank stehenden Techniker und bei einem 25 cm-Abstand zwischen der Vorderseite des Kartons und der Vorderkante des Arbeitsraums wurden zwischen 105 und 140 Teilchen pro Liter, d.h. dasselbe wie in der umgebenden Raumluft, gezählt. Nachdem bei sonst gleichen Verhältnissen die angehobene Arbeitsplatte eingeschoben worden war, wurden zwischen 1400 und 2450 Teilchen/m gezählt, solange kein Techniker vor der reinen Werkbank stand und 700 bis 1400 Teilchen/m , nachdem sich ein Techniker in 5 cm Abstand vor. die Öffnung des Arbeitsraums gestellt hatte und seine Hände am Boden des Kartons bewegte. Anschließend wurde der Karton nach vorne bewegt und seine Vorderseite zur vorderen Kante des Arbeitsraums in einen Abstand von 10 cm gebracht und die Meßsonde 7,5 cm vor der Kartonvorderseite positioniert. Unter diesen Bedingungen wurden zwischen 700 und 2100 Teilchen/m gezählt, solange kein Techniker vor der reinen Werkbank stand, und 700 bis 1400 Teilchen, nachdem sich ein Techniker im.Abstand von 5 cm vor die reine

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Werkbank gestellt hatte und seine Hände am Boden des Kartons bewegte.

Das Beispiel zeigt, daß auch mit einem im Verhältnis zu der Filterfläche sehr großen Gegenstand unter normalen Prozeßbedingungen bei Anwendung der beschriebenen Vorrichtung die Reinheitsklasse 100 aufrechterhalten werden kann.

Beispiel 3

Das im Beispiel 2 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, wobei die Arbeitsplatte 10 cm Abstand von der Tischplatte hatte, der Karton jedoch so gedreht wurde, daß die der Öffnung des Arbeits-' raums zugewandte Seite 66 cm und 39 cm breit war. Bei einem Abstand der Vorderseite des Kartons von 25 cm von der Vorderkante des Arbeitsraums wurden 0 Teilchen gezählt, unabhängig davon, ob ein Techniker 5 cm von der Öffnung des Arbeitsraums stand und seine Hände am Boden des Kartons bewegte oder kein Techniker da war.

Dieses Beispiel zeigt, daß die beschriebene Vorrichtung auch funktioniert, wenn ein hoher Gegenstand in der reinen Werkbank steht.

Weitere Versuche haben gezeigt, daß die Einhaltung eines Abstands von 5 cm zwischen der Arbeitsplatte und der Tischplatte bei praktisch allen Gegenständen, die bei der Herstellung integrierter Schaltkreise benötigt werden ausreichend ist, wenn die Reinheitsklasse 100 gefordert wird.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen geeignete reine Werkbank mit einem Arbeitsraum, der seitlich und oben durch Wände, unten durch eine Tischplatte, hinten durch ein Filter und vorn durch eine mit dem Filter flächengleiche öffnung begrenzt ist und der von einem durch das Filter eintretenden und durch die öffnung austretenden und diese ausfüllenden, lminaren Luftstrom durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Arbeitsraum eine als Lochplatte ausgebildete Arbeitsplatte derart angeordnet ist, daß unterhalb und oberhalb der Arbeitsplatte (38) laminare Luftströme (26) fließen.
2. Reine Werkbank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsplatte (38) parallel zum laminaren Luftstrom (26) liegt und zur Tischplatte (18) einen Abstand zwischen 2,5 und 12,5 cm hat.
3. Reine Werkbank nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsplatte (38) 5 cm Abstand von der Tischplatte (18) hat.
4. Reine Werkbank nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Arbeitsplatte (38) und Tischplatte (18) variabel ist.
5. Reine Werkbank nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (42) in der Arbeitsplatte (38) einen Durchmesser von etwa 6 cm und einen Mittelpunktsabstand von etwa 9,5 cm haben.
6. Reine Werkbank nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf ihrer Unterseite mit Abstandsstücken (40) versehene Arbeitsplatte (38) über

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die Tischplatte (18) einschiebbar ist und die ganze Tischplatte bedeckt.
7. Reine Werkbank nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der laminare Luftstrom (26) eine Strömungsgeschwindigkeit von 30,5 m/Min, aufweist.

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