DE3619179A1

DE3619179A1 - Method and device for neutralising electrically charged workpieces in a clean room

Info

Publication number: DE3619179A1
Application number: DE19863619179
Authority: DE
Inventors: Martin Tippelt; Edwin Dr Muz
Original assignee: Haug GmbH and Co KG
Current assignee: Haug GmbH and Co KG
Priority date: 1986-06-06
Filing date: 1986-06-06
Publication date: 1987-12-10

Abstract

In a method and a device for neutralising electrically charged workpieces, machines or the like in a clean room flowed through by a laminar air flow, at least two spatially separate ion flows (ionic currents) of opposite sign are introduced into the laminar air flow and are not caused to undergo mutual penetration until reaching the location of the workpiece to be neutralised. A DC corona discharge between tips and an earthed counter-electrode is provided as a source for each ion flow. The tips with the counter-electrodes are arranged on the ceiling of the clean room at the points of entry of the downwardly extending, laminar air flow.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Neutralisieren von elektrisch aufgeladenen Werkstücken in einem Reinraum durch Anreichern einer laminaren Luftströmung im Reinraum mit Ionen beiderlei Vorzeichens.The invention relates to a method for neutralizing of electrically charged workpieces in a clean room by enriching a laminar air flow in the clean room with ions of both signs.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.Furthermore, the invention relates to a device for Implementation of such a procedure.

Bestimmte industrielle Fertigungsvorgänge müssen in staub freien, elektrisch neutralen "Reinräumen" ausgeführt wer den. Zur Vermeidung turbulenter, staubaufwirbelnder Luft strömungen wird staubfreie Luft in laminarer Strömung von der Decke her in den Raum eingeleitet, die in der Nähe des Bodens ausströmt. Es ist ferner bekannt, in die laminare Luftströmung elektrische Ladungen beiderlei Vor zeichens einzulagern, so daß eventuell vorhandene Raum ladungen oder Ladungen an einem im Reinraum behandelten Werkstück neutralisiert werden. Zur Erzeugung der elektri schen Ladungen sind an der Decke des Raumes an den Ein trittsstellen der laminaren Luftströmungen positive und negative, an elektrische Hochspannung angelegte Elektro den angeordnet, zwischen denen sich eine elektrische Entladung vollzieht, die ihrerseits Ladungsträger beiderlei Vorzeichens erzeugt.Certain industrial manufacturing processes need to be in dust free, electrically neutral "clean rooms" who run the. To avoid turbulent, dust-whirling air flows become dust-free air in laminar flow introduced into the room from the ceiling, which in the Emanates near the ground. It is also known in the laminar air flow electrical charges of both kinds character store, so that any existing space Loads or loads on a person treated in the clean room Workpiece to be neutralized. To generate the electri charges are on the ceiling of the room where the laminar air flows are positive and negative electrical applied to high voltage electrical arranged between which there is an electrical Discharge takes place, which in turn carries both carriers Generated sign.

Es wurde jedoch gefunden, daß die im gleichen Hochspannungs feld erzeugten Ladungsträger rasch wieder rekombinieren, so daß in demjenigen Raumbereich, der an sich elektrisch neutralisiert werden sollte, zu wenig Ladungsträger zur Verfügung stehen und somit vorhandene elektrische Aufla dungen nicht beseitigt werden können.However, it was found that the same high voltage recombine field-generated charge carriers quickly, so that in that area of the room which is electrical in itself should be neutralized, too little charge carrier Are available and thus existing electrical Aufla cannot be removed.

Es ist Aufgabe der Erfindung, unter Beseitigung dieses Man gels ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit deren Hilfe in einem Reinraum eine ausreichende Menge an Ladungsträgern beiderlei Vorzeichens zur Verfügung ge stellt werden kann, um vorhandene elektrische Aufladungen zu neutralisieren.It is an object of the invention to eliminate this man to propose a method and a device, with the help of a sufficient amount in a clean room available on load carriers of both signs can be made to existing electrical charges to neutralize.

Die Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren da durch gelöst, daß man in die laminare Luftströmung min destens zwei räumlich getrennte Ionenströme entgegenge setzten Vorzeichens einlagert und diesen Ionenströmen eine solche Divergenz verleiht, daß sie sich am Ort des zu neutralisierenden Werkstücks durchdringen. Eine Vor richtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht da rin, daß als Quelle für jeden Ionenstrom eine Korona- Entladung zwischen einer geradlinigen Reihe von an ent sprechende Gleichspannung angelegten Spitzen und einer ge erdeten Gegenelektrode vorgesehen ist und die Spitzen reihen mit ihren Gegenelektroden an der Decke des Rein raums an den Eintrittsstellen der nach unten verlaufenden laminaren Luftströmung angeordnet sind.The task is there in the method according to the invention solved by that in the laminar air flow min opposite two spatially separate ion currents stored sign and this ion currents such a divergence confers that it is at the place of the penetrate the workpiece to be neutralized. A before There is a direction for carrying out this procedure rin that a corona Discharge between a straight line from on speaking DC voltage applied peaks and a ge grounded counter electrode is provided and the tips rows with their counter electrodes on the ceiling of the Rein room at the entry points of the downward laminar air flow are arranged.

Da die erzeugten Ladungsträgerströme erfindungsgemäß zunächst räumlich voneinander getrennt sind, können Re kombinationen nicht eintreten. Die Divergenz der räumlich getrennten, in die laminare Luftströmung eingelagerten La dungsträger mit jeweils entgegengesetzten Vorzeichen wird dann so gesteuert, daß sich die Ströme erst am Ort des zu neutralsisierenden Werkstücks durchdringen. Dies heißt, daß die separat herangeführten Ladungsträger bis zum Erreichen des Werkstückes nur wenige Rekombinationen erfahren können, so daß eine ausreichende Menge an elek trischen Ladungen am Ort des Werkstücks oder in dem zu neu tralisierenden Raumbereich verfügbar ist.Since the charge carrier flows generated according to the invention are initially spatially separated from each other, Re combinations do not occur. The divergence of the spatial separate La embedded in the laminar air flow manure bearers with opposite signs is then controlled in such a way that the currents are only in place penetrate the workpiece to be neutralized. This means that the separately introduced charge carriers up to only a few recombinations to reach the workpiece can experience so that a sufficient amount of elec trical charges at the location of the workpiece or in the too new tralizing space area is available.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:The following description of a preferred embodiment form of the invention is used in connection with the attached Drawing of the further explanation. Show it:

Fig. 1 schematisch eine Querschnittsansicht eines Reinraumes mit laminarer Luftströmung und Ionisierungsvorrichtungen; Fig. 1 shows schematically a cross-sectional view of a clean room with a laminar air flow and Ionisierungsvorrichtungen;

Fig. 2 eine elektrische Schaltung für die Ioni sierungsvorrichtungen; Fig. 2 is an electrical circuit for the ionization devices;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Ionisierungs vorrichtung in Gestalt eines Entladungs stabes und Fig. 3 is a sectional view of an ionization device in the form of a discharge rod and

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang Linie 4-4 in Fig. 3. FIG. 4 is a sectional view along line 4-4 in FIG. 3.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Schnittansicht einen Reinraum 1, dem durch eine Öffnung 2 Luft zugeführt wird. Die zugeführte Luft durchdringt eine an der Decke des Raumes vorgesehene Filterschicht 4 und fließt in Form einer laminaren Strömung von oben nach unten durch den Raum, an dessen Boden sie (durch nicht dargestellte Öff nungen) austritt. Die Fließrichtung der laminaren Luft ströme ist durch Pfeile 4 angedeutet. An der Decke des Raumes 1 sind unter der Filterschicht 3 senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1 verlaufende, stabförmige Ent ladungsvorrichtungen 5 angeordnet, die jeweils Ladungs träger (Ionen) eines bestimmten Vorzeichens erzeugen. Das jeweilige Vorzeichen ist in Fig. 1 neben den Entla dungsvorrichtungen 5 eingetragen. Ladungsträger (Ionen) eines bestimmten Vorzeichens werden also von den Ladungs trägern des entgegengesetzten Vorzeichens bei der Anord nung gemäß Fig. 1 räumlich getrennt voneinander erzeugt und in die nach abwärts gerichtete, laminare Luftströmung eingelagert. In Abhängigkeit von der an jeder Entladungs vorrichtung 5 erzeugten Menge an Ladungsträgern und der Geschwindigkeit der laminaren Luftströmung 4 divergie ren die Ladungs- oder Ionenströme bei ihrem nach ab wärts gerichteten Lauf seitlich nach unten, was durch die Begrenzungslinien 6-6 bzw. 7-7 für die negativen bzw. positiven Ladungsträger in Fig. 1 angedeutet ist. Zunächst verlaufen die beiden Ladungs- oder Ionenströme separat, so daß sie sich gegenseitig nicht durchdringen und somit keine Rekombinationen der Ladungen stattfinden können. Erst unterhalb einer bestimmten Stelle M im Raum 1 durch dringen sich die bis dahin getrennt verlaufenden Ionen ströme, so daß in diesem Raumbereich nunmehr Ladungsträ ger beiderlei Vorzeichen zur Verfügung stehen. In die sem Raumbereich wird das zu neutralisierende Werkstück und eine dieses fertigende oder bearbeitende Maschine 8 angeordnet. Fig. 1 shows a schematic sectional view of a clean room 1, which is fed through an opening 2 of air. The supplied air penetrates a filter layer 4 provided on the ceiling of the room and flows in the form of a laminar flow from top to bottom through the room, at the bottom of which it emerges (through openings not shown). The direction of flow of the laminar air currents is indicated by arrows 4 . On the ceiling of the room 1 are arranged below the filter layer 3 perpendicular to the plane of FIG. 1, rod-shaped discharge devices 5 , each generating charge carriers (ions) of a certain sign. The respective sign is entered in Fig. 1 next to the discharge devices 5 . Charge carriers (ions) of a certain sign are thus generated spatially separated from the charge carriers of the opposite sign in the arrangement according to FIG. 1 and stored in the downward, laminar air flow. Depending on the amount of charge carriers generated at each discharge device 5 and the speed of the laminar air flow 4 diverging the charge or ion currents in their downward running sideways downwards, which is indicated by the boundary lines 6-6 and 7-7 for the negative or positive charge carriers is indicated in FIG. 1. First, the two charge or ion currents run separately, so that they do not penetrate each other and thus no recombinations of the charges can take place. Only below a certain point M in room 1 penetrate the previously flowing ions, so that charge carriers of both signs are now available in this area. The workpiece to be neutralized and a machine 8 manufacturing or processing it are arranged in this area.

Durch Bereitstellung einer entsprechend großen Anzahl von Entladungsvorrichtungen 5 an der Decke des Raumes 1 kann dieser Bereich durch Überlagerung von mehr als zwei Ionen strömen ausreichend groß gehalten werden.By providing a correspondingly large number of discharge devices 5 on the ceiling of the room 1 , this area can be kept sufficiently large by superimposing more than two ion currents.

Der Boden des Raumes 1, der Sockel der Maschine 8, ein etwa vorhandener Arbeitstisch o.dgl. werden vorteilhaft geerdet, so daß überschüssige Ladungsträger abfließen können.The floor of the room 1 , the base of the machine 8 , an existing work table or the like. are advantageously grounded so that excess charge carriers can drain off.

Der Erfindungsgedanke beruht also darauf, die zur Neutra lisation benötigten Ladungsträger verschiedenen Vorzei chens an jeweils räumlich getrennten Stellen zu erzeugen und sie anschließend räumlich getrennt abfließen zu las sen, so daß praktisch keine Rekombinationen stattfinden können und der Aufladungszustand in der im wesentlichen nach unten gerichteten Strömung erhalten bleibt. Erst im eigentlichen Neutralisierungsbereich werden die Ladungs ströme zusammengeführt, so daß dort dann eine ausreichende Menge an Ladungsträger beiderlei Vorzeichens zur Verfügung steht.The idea of the invention is based on that of Neutra charge carriers require different times chens at spatially separate locations and then read them out spatially separated sen, so that practically no recombinations take place can and the state of charge in the essentially after downward flow is maintained. Only in actual charge neutralization area flows brought together, so that there is then sufficient Amount of load carriers of both signs available stands.

Die Fig. 2 zeigt schematisch ein Schaltbild für den An schluß der Entladungsvorrichtungen 5 an eine Hochspannungs quelle 11. Die Quelle 11 ist eine Wechselspannungsquelle von etwa 10 kv oder kleiner, vorzugsweise zwischen 5 und 8 kv Die Quelle besteht im wesentlichen aus einem Transfor mator mit Primärwicklung 12 und Sekundärwicklung 13. Das eine Ende der Sekundärwicklung 13 ist geerdet, das andere Ende ist über zwei entgegengesetzt gepolte Gleichrichter 14, 15 mit den Hochspannungselektroden der Entladungsvor richtungen 5 verbunden, wobei die Hochspannungselektroden in noch zu beschreibender Weise als metallische Spitzen 16 ausgebildet sind, die mit geerdeten Gegenelektroden 17 zusammenwirken. Fig. 2 shows schematically a circuit diagram for the connection to the discharge devices 5 to a high voltage source 11th The source 11 is an AC voltage source of approximately 10 kv or less, preferably between 5 and 8 kv. The source essentially consists of a transformer with a primary winding 12 and a secondary winding 13 . One end of the secondary winding 13 is grounded, the other end is connected via two oppositely polarized rectifiers 14 , 15 to the high-voltage electrodes of the discharge devices 5 , the high-voltage electrodes being designed in a manner to be described below as metal tips 16 , which are grounded with counter electrodes 17 work together.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine für eine Anordnung gemäß Fig. 1 geeignete Entladungsvorrichtung in Gestalt eines Entladungs stabes 21. Der Stab 21 enthält im Bereich seiner Mittel achse ein aus mehreren Metalladern bestehendes Hochspan nungskabel 22, welches von metallischen Buchsen 23 koaxial umgeben ist. Von den Buchsen 23 stehen die Spitzen 17 ab. Zwischen den Buchsen 23 und dem Kabel 22 ist eine Masse 24 geringer elektrischer Leitfähigkeit angeordnet, beispiels weise ein elektrisch an sich isolierender Kunststoff, der durch Einlagerung elektrisch leitender Teilchen, insbeson dere Graphitpulver, leitfähig gemacht ist. Hierdurch ist eine galvanische Ankopplung der Buchsen 23 und damit der Spitze 17 an das Hochspannung führende Kabel 22 erreicht. Die Buchsen 23 wirken gegenüber dem Kabel 22, aber gleichzeitig auch als Kondensatoren, so daß die elektrische Verbindung der Spitzen 17 mit dem Kabel 22 gleichzeitig auch kapazitiv ist. Eine unmittelbar gal vanische Ankopplung der Spitzen 17 an das Kabel 22 ist deswegen erwünscht, weil die erzeugten Ionenströme verhältnismäßig hoch sein sollen. Das Kabel 22 könnte zum gleichen Zweck auch über diskrete Widerstände je weils mit den Spitzen 17 verbunden sein. FIGS. 3 and 4 show an arrangement according to FIG. 1 suitable discharge device in the form of a discharge rod 21. The rod 21 contains in the region of its central axis a high-voltage cable 22 consisting of several metal wires, which is coaxially surrounded by metallic bushings 23 . The tips 17 protrude from the bushes 23 . Between the sockets 23 and the cable 22 , a mass 24 of low electrical conductivity is arranged, for example an electrically insulating plastic, which is made conductive by embedding electrically conductive particles, in particular graphite powder. This achieves a galvanic coupling of the sockets 23 and thus the tip 17 to the high-voltage cable 22 . The sockets 23 act with respect to the cable 22 , but at the same time also as capacitors, so that the electrical connection of the tips 17 to the cable 22 is also capacitive at the same time. An immediate galvanic coupling of the tips 17 to the cable 22 is desirable because the ion currents generated should be relatively high. For the same purpose, the cable 22 could also be connected to the tips 17 via discrete resistors.

Die Buchsen 23 sind ihrerseits, wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist, mit einem Mantel 25 aus elektrisch iso lierendem Material, insbesondere Kunststoff, umhüllt, über den in ebenfalls aus Fig. 4 ersichtlicher Weise die Elektrodenspitzen 17 vorstehen. Der isolierende Mantel 25 ist seinerseits von einem einseitig offenen Metallrohr 26 umgeben, welches geerdet ist und die Gegenelektrode zu den Spitzen 17 bildet. Die beiden freien Kanten des geschlitzten Rohres 26 liegen den Spitzen 17 beidseits gegenüber und sind, vgl. Fig. 4, mit Kunststoff abge deckt.The sockets 23 are in turn, as can best be seen from FIG. 4, with a jacket 25 made of an electrically insulating material, in particular plastic, over which the electrode tips 17 also protrude from FIG. 4. The insulating jacket 25 is in turn surrounded by a metal tube 26 which is open on one side and which is grounded and forms the counter electrode to the tips 17 . The two free edges of the slotted tube 26 lie opposite the tips 17 on both sides and are, cf. Fig. 4, covers with plastic.

Wenn das Kabel 22 an Hochspannung eines bestimmten Vor zeichens angelegt und das die Gegenelektrode bildende Metallrohr 26 geerdet ist, bildet sich zwischen den Spitzen 17 und der Gegenelektrode eine kräftige Korona-Entladung aus, in welcher im wesentlichen Ionen nur eines Vorzeichens erzeugt werden. When the cable 22 is applied to high voltage of a certain sign and the metal tube 26 forming the counter electrode is grounded, a strong corona discharge is formed between the tips 17 and the counter electrode, in which essentially ions of only one sign are generated.

Mit der Schaltung gemäß Fig. 2 werden an den Entladungs vorrichtungen 5 gepulste Ionenströme erzeugt, wobei jede Entladungsvorrichtung immer nur Ionen eines bestimmten Vorzeichens liefert. Zwei aus benachbarten Entladungsvor richtungen 5 stammende Ströme aus Ladungsträgern entgegen gesetzter Vorzeichen sind dabei zueinander phasenver schoben, was die räumliche Trennung der Ladungsträger und die Verhinderung einer Rekombination weiterhin be günstigt. Die in Fig. 2 dargestellte Hochspannungsquelle 11 arbeitet z.B. mit einer Frequenz von 50 Hz.With the circuit according to FIG. 2, pulsed ion currents are generated at the discharge devices 5 , each discharge device always delivering only ions of a certain sign. Two from neighboring Entladungsvor devices 5 originating currents from carriers opposite signs are phased to each other, which further favors the spatial separation of the carriers and the prevention of recombination. The high-voltage source 11 shown in FIG. 2 operates, for example, at a frequency of 50 Hz.

Im Bereich der Maschine 8 soll die Anzahl der aus den Entladungsvorrichtungen 5 zugeführten positiven Ladungs träger gleich derjenigen der zugeführten negativen La dungsträger sein, um eine Netto-Aufladung insgesamt zu vermeiden. Da in der Regel an den Entladungsvorrichtungen 5 mehr negative Ionen als positive Ionen gebildet werden, wird die Intensität der aus den einzelnen Entladungsvor richtungen 5 stammenden Ionenströme durch an sich bekann te Schaltmittel so gesteuert, daß am Ort des Werkstücks oder der Maschine 8 gleiche Ladungsströme eintreffen. Der Ladungsstrom oder die Ladungsmenge läßt sich bei spielsweise durch entsprechende Einstellung der Hochspan nung an den Entladungselektroden oder durch Einstellung des Abstandes zwischen den Spitzen 17 und der Gegenelek trode variieren. Hierdurch läßt sich auch die erwähnte Divergenz der Ionen- oder Ladungsströme steuern, wobei im letzteren Fall die Einstellung der Geschwindigkeit der laminaren Luftströmung 4 ein weiteres Steuermittel ist. In the area of the machine 8 , the number of positive charge carriers supplied from the discharge devices 5 should be the same as that of the supplied negative charge carriers in order to avoid a net charge as a whole. As more negative ions are generated as positive ions normally to the discharge means 5, the intensity of the directions from the individual Entladungsvor 5 derived ion currents is controlled by per se well-th switching means so as to arrive 8 equal charging currents at the location of the workpiece or the machine . The charge current or the amount of charge can vary in example by appropriate adjustment of the high voltage at the discharge electrodes or by adjusting the distance between the tips 17 and the counter electrode. This also allows the divergence of the ion or charge flows mentioned to be controlled, the setting of the speed of the laminar air flow 4 being a further control means in the latter case.

Die neutralisierten Werkstücke werden dem Reinraum 1 in einer Richtung entnommen, die parallel zu den stabförmigen Entladevorrichtungen 5 verläuft, also senkrecht zur Zeich nungsebene der Fig. 1. Bei einer solchen Entnahme verblei ben die Werkstücke nämlich stets in einem neutralisieren den Raum mit Ionen beiderlei Vorzeichens. Eine Entnahme senkrecht zur Längserstreckung der Entladevorrichtungen 5 würde das entladene Werkstück in Räume verbringen, in denen Raumladungen eines Vorzeichens vorherrschen, so daß erneute Aufladungen des Werkstückes eintreten könnten.The neutralized workpieces are removed from the clean room 1 in a direction which runs parallel to the rod-shaped unloading devices 5 , that is to say perpendicular to the drawing plane of FIG. 1. With such removal, the workpieces always remain in a neutralize the space with ions of both signs . A removal perpendicular to the longitudinal extent of the unloading devices 5 would spend the unloaded workpiece in spaces in which space charges of a sign predominate, so that the workpiece could be recharged again.

Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung zeichnen sich dadurch aus, daß sie mit verhältnismäßig niedriger Hochspannung, nämlich 10 kv oder weniger, auskom men. Die Vorrichtung ist von kompaktem Aufbau und erfor dert nur geringen Fertigungs- und Einbauaufwand. Die er zielte Neutralisierungswirkung ist wesentlich besser als mit herkömmlichen Vorrichtungen erreichbar.The described method and the described device are characterized by the fact that they are proportionate low high voltage, namely 10 kv or less, get along men. The device is of compact construction and requires changes only little manufacturing and installation effort. Which he targeted neutralization effect is much better than achievable with conventional devices.

Claims

1. A method for neutralizing electrically charged workpieces in a clean room by enriching a laminar air flow in the clean room with ions of both signs, characterized in that at least two spatially separate ion flows of opposite signs are stored in the laminar air flow and this ion flow is given such a divergence, that they penetrate each other at the location of the workpiece to be neutralized.

2. The method according to claim 1, characterized in that that you store pulsed ion currents.

3. The method according to claim 3, characterized in that that the pulsed ion currents are mutual Phase shift granted.

4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized records that the intensity of the ion currents controls so that the same La currents.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized that one can neutralize the work pieces parallel to the alignment of ion currents generating, rod-shaped discharge devices removed from the clean room.

6. Device for performing the method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the source for each ion current is a corona discharge between a straight line of appropriate DC voltage applied to tips ( 17 ) and a grounded counter electrode ( 26 ) is, and the rows of tips with their Gegenelek trons on the ceiling of the clean room ( 1 ) at the entry points of the downward, laminar air flow ( 4 ) are arranged.

7. The device according to claim 6, characterized in that the counter electrode ( 26 ) is arranged in the immediate vicinity of the tips ( 17 ) and a DC voltage of less than 10 kv is applied to the tips and the counter electrode.

8. The device according to claim 7, characterized in that that the DC voltage is between 5 and 8 kv.

9. The device according to claim 6, characterized in that at the tips and the counter electrode a ge pulsed DC voltage is applied.

10. The device according to claim 9, characterized in that the applied to the discharge devices ( 5 ) ten DC voltages of different signs are phase shifted against each other.