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Prinzipien der Reinraumluftströmung: Laminare und turbulente Strömung

1960
Reinraum-Luftströmungssysteme zur Demonstration laminarer und turbulenter Strömungsprinzipien in Halbleiteranwendungen.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

In Reinräumen werden zwei primäre Luftströmungsprinzipien zur Kontaminationskontrolle eingesetzt. Die turbulente (oder ungerichtete) Strömung umfasst gemischte Luftströme und eignet sich für weniger strenge Klassen (ISO 6-9). Bei der laminaren (oder unidirektionalen) Strömung werden parallele Luftströme mit konstanter Geschwindigkeit verwendet, um Partikel aus der Umgebung zu entfernen, was für hochreine Anwendungen wie ISO 1-5 unerlässlich ist, um Kreuzkontaminationen zu verhindern und eine schnelle Partikelentfernung zu gewährleisten.

The choice between turbulent and laminar airflow is a fundamental design decision in cleanroom engineering, driven by the required cleanliness level and cost constraints. Turbulent flow rooms, the more conventional design, supply HEPA-filtered air from ceiling-mounted diffusers. The air enters the room, mixes with the existing air, and removes contaminants as it exits through low-level exhausts. While effective for many applications, the random air currents can create eddies where particles may linger or settle.

Im Gegensatz dazu erzeugt die laminare Strömung, auch als gerichtete Strömung bekannt, eine vorhersehbare, gleichmäßige Luftbewegung. In einem Raum mit vertikaler laminarer Strömung besteht die gesamte Decke aus HEPA oder ULPA filters, and the air travels straight down to a perforated raised floor, acting like a massive, slow-moving piston that pushes particles out. This design provides the highest level of air cleanliness by minimizing the time a particle can remain airborne and preventing lateral movement of contaminants. Horizontal laminar flow systems are also used, where air moves from a filtered wall to an exhaust wall. While significantly more expensive to build and operate due to the large filter area and high air-change rates, laminar flow is non-negotiable for processes like microchip fabrication where a single sub-micron particle can destroy a device.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mechanik

Typ

Physikalisches Gerät

Störung

Revolutionär

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Prinzipien der Fluiddynamik (Bernoulli-Prinzip, Reynolds-Zahl)
  • Entwicklung der HEPA-Filtrationstechnologie
  • Willis Whitfields Erfindung des modernen Reinraums
  • Verständnis der Transportmechanismen von luftgetragenen Partikeln

Anwendungen

  • Halbleiter-Photolithographie-Buchten
  • Sterile Abfüllanlagen in der pharmazeutischen Produktion
  • Operationssäle für sensible Eingriffe
  • Satellitenmontage- und Integrationsanlagen
  • biologische Sicherheitswerkbänke

Patente:

  • US3158457A

Potenzielle Innovationsideen

  • hybrid airflow systems that switch between laminar and turbulent modes to save energy
  • computational fluid dynamics (CFD) software for optimizing airflow in complex cleanroom geometries
  • ‘air curtain’ barriers using focused laminar flow to isolate specific zones without physical walls
  • self-adjusting airflow systems that respond to real-time particle counts
  • Ultraschall- airflow modulation for targeted particle manipulation
  • plasma-based air purification integrated directly into laminar flow plenums
  • tragbar sensors for personnel that map airflow disruption patterns
  • acoustic dampening materials integrated into filter housings to reduce noise in laminar flow systems
Verwandte Themen: laminare Strömung, turbulente Strömung, unidirektionale Luftströmung, Kontaminationskontrolle, Reinraumdesign, Fluiddynamik, HEPA-Filter, Partikelentfernung.

Historischer Kontext

Prinzipien der Reinraumluftströmung: Laminare und turbulente Strömung

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(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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