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クリーンルームの気流原理:層流と乱流

1960
半導体アプリケーションにおける層流および乱流の原理を実証するクリーンルームエアフローシステム。.

(画像はイメージです)

クリーンルームでは、汚染を制御するために主に2つの気流原理が用いられます。乱流(または非一方向流)は混合気流を利用し、比較的低レベルのクリーンルーム(ISO 6~9)に適しています。層流(または一方向流)は平行かつ一定速度の気流を用いて粒子を環境から除去し、ISO 1~5などの高純度用途に不可欠であり、相互汚染を防ぎ、粒子を迅速に除去します。

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.

In contrast, laminar flow, also known as unidirectional flow, creates a predictable, uniform movement of air. In a vertical laminar flow room, the entire ceiling is composed of HEPA or 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
機械工学

タイプ

物理デバイス

混乱

革命的

使用法

広く普及している

前駆物質

  • principles of fluid dynamics (Bernoulli’s principle, Reynolds number)
  • HEPAろ過技術の開発
  • ウィリス・ホワイトフィールドによる現代のクリーンルームの発明
  • 空気中の粒子輸送メカニズムの理解

アプリケーション

  • 半導体フォトリソグラフィーベイ
  • 医薬品製造における無菌充填ライン
  • 繊細な手術を行うための手術室
  • 衛星組立・統合施設
  • 生物学的安全キャビネット

特許:

  • US3158457A

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:層流、乱流、一方向気流、汚染制御、クリーンルーム設計、流体力学、HEPAフィルター、粒子除去。

歴史的背景

クリーンルームの気流原理:層流と乱流

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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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