用于洁净室的嵌入式照明系统 本申请要求1995年12月22日由Jerry Starr递交的美国临时专利申请序列号60/009163的优先权。
本发明涉及通过提供一向下的流过洁净室顶蓬的整个区域的恒定气流而改进洁净室中的空气流动。更具体一些，本发明涉及一种用于洁净室的嵌入式照明系统，其中，在洁净室顶蓬的整个区域上提供经过过滤的空气。还有，本发明提供一种将过滤机组安装在顶篷系统中并锁定就位的独特方法。
现代的洁净室环境的设计已开始将嵌入式照明系统装入洁净室顶篷中。通常，在洁净室的设计中都采用突出的照明系统。不过，这种突出的照明系统在洁净室的工作中产生一些问题。首先，突出的系统使洁净室的设备和布局不易重新配置，从而妨碍了洁净室布置地灵活性。第二，突出的系统与经过过滤的空气在洁净室顶篷的整个区域上的向下流动发生干涉。因此，开发了嵌入式照明系统，以同时有助于洁净室设计的灵活性和使空气的紊流为最小。
洁净室通常都利用许多特征来改善其环境的空气品质。最适用于本发明的是过滤空气经过洁净室恒定地向下流入架空的地板组件中。有代表性的是，空气被抽入在洁净室的顶篷中按模块化制造的组件的过滤器组上方的大室或送风室中。然后，空气被压过过滤器，把颗粒性物质从空气中去掉。该空气随后经过洁净室向下流动并进入格栅式架空的地板组件中。由此，空气在洁净室中大约每5-10秒循环一次。
洁净室是许多制造工艺的重要组成部分。例如，对于半导体晶片加工技术，必须有洁净室环境，以使晶片污染为最小。随着半导体电路关键尺寸的大小的减小，洁净室环境中空气净度的要求将变得愈来愈严格。
在目前的洁净室环境中，不洁物的来源之一是在照明装置和顶篷格栅支承下面产生的静止空气通道。这些地区不会使空气向下流过洁净室，而是产生一个紊流，该紊流可使不洁物转移到洁净室中的其它区域并可在该处破坏最佳的工艺条件。大多数洁净室的顶篷系统不包括防止这些静止空气通道的设置。
因此，必须开发出一种能减少或消除洁净室环境中的静止空气通道的系统。当前采用的另一种方案为在顶篷过滤器下方放置一种具有斜削边缘的筛网。筛网的斜边缘有助于将经过过滤的空气吹过采光井下方的空间。另一个当前采用的替代方案为在包括采光井的壁的侧面上设置孔，从而使某些空气流过采光井。这两种流行的系统允许在采光井的下方有一定的空气流动。不过，这些其它方案对采光井不提供专门的过滤空气源，从而不能使连续的向下空气层流流过洁净室顶篷的整个区域。因此，希望开发出一种系统，它使经过过滤的空气能向下流过采光井本身。
现有技术的另一问题涉及将顶篷系统的模块构件连接在一起时所用的方法。多数系统要求首先将相邻的模块构件以彼此密封的关系放置，例如，将一个相邻的构件上升至与其互补构件靠近的位置。此后，多数系统要求使用者采用某些类型的机械连接装置和夹子将模块锁紧就位。另一种方案为，某些系统用粘接剂将过滤器装在送风组件中。不过，如果模块单元的可能尺寸为已知，则这些方法都很麻烦。因此希望开发出一种系统，它在将相邻的构件升举到适当的位置时，能自动地锁定在适当的位置上，不需要第二个步骤。
本发明的目的是针对上述问题的。更具体一些，本发明的设备和方法提供了一种嵌入式照明系统，它允许经过过滤的空气向下流过洁净室顶篷的整个区域。因此，经过过滤的空气将以连续向下的流动经过采光井本身。在采光井之间也可以维持连续的向下气流，从而使经过过滤的气流经过洁净室顶篷的整个区域。还有，本发明提供了一种独特的方法，它通过一种将单元锁定在一起的支承结构将顶篷系统的模件单元连在一起。
本发明包括照明装置，它包括一具有下部开口和上部开口并包括多个壁的壳体。可将下部开口的形状做成能接纳一位于下部开口中的板状构件，并可将上部开口的形状做成能接纳一空气过滤器。沿多个壁中的至少一个可设置一第一主密封构件，它适于与最靠近的壁的一第一互补密封构件相互接合，以在其间形成密封；沿多个壁中的至少一个并在第一密封构件的上方可设置一第二主密封构件，它适于与和空气过滤器相联的一个第二互补密封构件相互接合，以在其间形成密封。
本发明还包括用于洁净室的一个组合式照明装置，它包括一具有第一和第二开口并包括多个具有第一和第二部分的壁的壳体。第一开口的形状可做成能接纳位于第一开口中的板状构件，第二开口的形状可做成能接纳一空气过滤器。沿多个壁中的至少一个的第一部分可设置一个第一主密封构件，它适于与和多个壁的至少一个相邻的一个第一模件相互接合，以在其间进行密封；沿多个壁中的至少一个的第二部分可设置一个第二主密封构件，它适于与和多个壁的至少一个相邻的一个第二模件相互接合，以在其间形成密封。
本发明还包括一组合式项篷系统，它包括一具有一下部开口和一上部开口的有壁的壳体，下部开口的形状被做成能支承一可透气的隔板，上部开口的形状被做成能接纳一第一空气过滤器，沿外壳的每个壁设有第一密封构件，它适于与最接近的壁相互接合，以在其间形成密封；在第一密封构件的上方沿每个壁设有第二密封构件，它适于与第一空气过滤器相互接合，以在其间形成密封；最接近的有壁壳体包含有一个第二空气过滤器并适于被密封在有壁壳体上，以使壳体基本上垂直地齐平；一框架适于包围有壁壳体和最接近的有壁壳体并可密封地与壳体接合，从而形成一模块单元。
因此，本发明的一个目的为提供向下流过采光井结构的经过过滤的空气流。本发明的另一个目的为向嵌入式照明系统提供模件，这些元件可用锁紧组件容易地安装和拆除。本发明的又一目的为提供一种利用锁紧组件安装和拆除嵌入式照明系统的模块元件的方法。
附图的简要说明
图1为按照本发明的组合嵌入式照明系统的仰视图。
图2为按照本发明的采光井和与之邻接的过滤器的侧面剖视图。
图3为采光井和与之邻接的过滤器的另一实施例的侧面剖视图。
图4为与过滤器邻接的组合嵌入式照明系统的周边的侧面剖视图。
图5为描绘采光井端部细节的组合嵌入式照明系统的周边的侧面剖视图。
图6为按照本发明的两个组合嵌入式照明组件的联接的侧面剖视图。
图7为与顶篷格栅框架系统一同使用的组合嵌入式照明系统的侧面剖视图。
图8为与包括组合嵌入式照明系统的送风结构一同使用的变形的结构受力壁板构造的侧面剖视图。
图9为与整个供气模块结合在一起的本发明的组合嵌入式照明系统的侧面剖视图。
图1是按照本发明的组合嵌入式照明顶篷系统的仰视图。如图1所示，顶篷组件1包括多个过滤单元34和采光井盖50，经过过滤的空气通过该组件均匀地向下流向洁净室的地板。散置在过滤单元34之间的多个嵌入式采光井被采光井盖50盖住。采光井盖50可能是用例如穿有小孔的聚碳酸酯材料，像穿有小孔的莱克桑制造的，它允许过滤空气通过。但是，可以采用任何一种已知的基本透明的有孔材料。在盖子50的上方是图1中未示出的光源15。在光源15的上方是图1中未示出的过滤单元22，经过过滤的空气经过此单元均匀地向下流向洁净室的地板。该系统由沿过滤和照明单元的周边设置的边框结构70支承。
本领域中的技术人员将会注意到，可以考虑对过滤器和采光井作不同的组合。例如，按照本发明的组合系统可以如图1所示的包括在组件两端的采光井。另一种方案为，可以在组件的一端包括或两端都不包括采光井。另外，可以将采光井放置成彼此相邻，没有中介的过滤单元。此外，可以将几个过滤单元彼此相邻地放置，中间不介入发光单元。还有，可以通过装备特别尺寸的过滤器和空面板使洒水灭火系统穿入。本发明考虑了这些组合和其它组合。
在图2中用剖视图示出了按照本发明的嵌入式灯光系统的一个优选实施例。该嵌入式灯光系统包括一采光井挤出件10、上过滤器框架20、下过滤器挤出件30、支承构件40和一采光井盖50。所有这些挤出件和过滤器框架都可以例如用铝制造。采光井挤出件10包围光源15。光源15可以例如是一T8萤光灯。下过滤器挤出件30借助于在采光井挤出件10两侧的密封构件14与采光井挤出件10配合。上过滤器框架20借助于在过滤器框架20两侧的密封构件23与采光井挤出件10配合并在该处密封。密封构件14和23都可以例如是刃形法兰。不过，也可以使用任何一种已知的密封机构，例如夹板。
在一个示例性的实施例中，采光井挤出件10的侧面可以开槽，以做出开口。这些开口允许来自上过滤器框架20的过滤空气穿过存在于采光井挤出件10和邻接挤出件之间的间隙16。此过滤空气穿过间隙16并沿向下的方向流过洁净室。
上述过滤器框架20包围一过滤器22。在一优选的实施例中，过滤器22可以例如是HEPA过滤器或ULPA过滤器。具体一些，过滤器的尺寸可以在例如大约40mm至100mm的范围内，而且最好为70mm的无分离器(弦线分离器)的过滤组合件。不过，过滤器框架20可包括其它的像先进的过滤媒体这样的清洁空气的方法，例如用Gore-Tex材料构造的过滤器。还有，上过滤器框架20是刚性的并在将过滤组合件22封装在过滤器框架20中时被密封。上过滤器框架20可以用例如压制成形铝制品建造。过滤组合件22可以用聚氨酯材料最好是经过催化的聚氨酯封装在过滤器框架20的周边内。
此外，采光井挤出件10包括一密封构件11，它可以填以密封料。密封料可以例如是凝胶密封料，比如硅胶。密封构件11可以例如是一槽，虽然也可以采用任何一种已知的密封机构，例如夹板。这个槽11允许上过滤器框架20与采光井挤出件10在刃形法兰23处配合。刃形法兰23与槽11的配合自动地定位过滤器框架20，以致它能在采光井挤出件10上方保持恰当地密封。在一个优选的实施例中，刃形法兰23可以垂直地与槽11的底面对齐。密封料不一定必须将采光井挤出件10密封在过滤器框架20上，本发明可以利用任何一种已知的密封机构，例如密封垫密封系统适当地执行密封功能。
为了在采光井挤出件10的上方将过滤器框架20安装就位，可将其升举至采光井挤出件10上面的开口的上方。然后将过滤器框架20降下，直至刃形法兰23配合在槽11中，从而将上过滤器框架20锁定在适当的位置上。
在未示出的另一实施例中，过滤器框架20的顶部还可包括一连接器。此连接器将在要求有一电动过滤器组件或终端过滤器时被用于在过滤器22的上方嵌接一送风室。
图2还示出了下过滤器挤出件30与采光井挤出件10邻接。下过滤器挤出件30包围一过滤器34。在一优选的实施例中，过滤器34可以例如是一HEPA过滤器或一ULPA过滤器。具体一些，过滤器的尺寸可以例如大约为40～100mm，而且最好为70mm的无分离器(弦线分离器)的过滤组合件。不过，过滤器挤出件30可以包括其它的像先进的过滤媒体这样的清洁空气的方法，例如用Gore-Tex材料构造的过滤器。过滤器挤出件30可优选地沿上部和下部包括一用于转角加强的角材的座圈36。转角的加强角材38用于形成过滤器挤出件，该挤出件是刚性的并在将过滤组合件34封装在过滤器挤出件30之内时被密封。过滤器34可以用聚氨酯材料，最好是经过催化的聚氨酯封装在过滤器挤出件30的周边之内。转角加强角材38是做有细齿的压配合转角角材。过滤器挤出件30的转角被做成斜角并在其各自的座圈处与转角加强角材38压在一起。
封装在下过滤器挤出件30内的过滤组合件34的底部可以用过滤器保护器和扩散器盖住。例如，过滤组合件34的底部可以是横过过滤器组合件的整个区域置放的筛网。另一种方案为，筛网可以与过滤组合件34的底部整体地相连。
在另一实施例中，过滤器挤出件30的顶部也可以包括一个连接器。此连接器将在要求有一电动过滤器组件或终端过滤器时被用于在本发明的嵌入式照明系统上方嵌接一送风室。
此外，下过滤器挤出件30包括一密封构件32，它可以被填以密封料例如像硅胶这样的凝胶密封料。密封构件32可以例如是一个槽。本领域中的技术人员都会注意到，它是从常用的系统中借用过来的，其中，采光井挤出件支承所述槽，此槽32允许下过滤器挤出件30与采光井挤出件10在刃形法兰14处配合。刃形法兰14与槽32的配合自动地定位下过滤器挤出件30，以使其在采光井挤出件10附近保持就地密封。在一个优选的实施例中，刃形法兰14可以垂直地与槽32的底面对齐。不过，不需要用密封料使采光井挤出件10与过滤器挤出件30密封，而且本发明可以利用密封垫式密封系统恰当地执行密封功能。
下过滤器挤出件30用支承构件40支承。这些支承构件40可以例如是夹子，不过，也可以使用任何一种已知的支承机构，例如销钉。夹子40可以例如用弹簧钢、回火不锈钢或铍制造。将夹子40插入一个挤入采光井挤出件10内部的缝隙中，位于过滤器挤出件30的槽32的下方。夹子用锤尖击入采光井挤出件10的缝隙中的某个适当位置。在一个优选的实施例中，用四个夹子支承一个过滤器挤出件30。考虑到过滤器的尺寸和它们的各自的重量不同，可以改变夹子的长度。
为了将下过滤器挤出件30装在邻近采光井挤出件10的位置上，要将其升入与采光井挤出件10相邻的开口中。然后升高过滤器挤出件30，直至夹子40在槽32的下方锁紧就位。此时，刃形法兰14将与槽32配合，而下过滤器挤出件30将被锁定在恰当的位置上。
为了从其邻近采光井挤出件10的位置取下下过滤器挤出件30，可以利用一个小工具。首先，必须稍微升高过滤器挤出件30的一侧。然后用可能是薄的叉形的工具依次向上推每个夹子40，直至它在槽32的下方脱开。当所有夹子由此而脱开时，可以容易地从采光井挤出件10上将过滤器挤出件30取下。当试图取下或安装与边框挤出件70相邻的下过滤器挤出件30时，可以采取与此相同的步骤。
在组合系统1的子单元已经连接好以后，可以如同本领域中的技术人员所熟知的那样将光源15装入采光井挤出件10中。在光源15已经安装好以后，可在光源下方将采光井盖50快速压紧在应有的位置上。采光井盖50可以如上所述的用穿孔的莱克桑制造。盖子50形成少量的增压，这有助于空气流在灯泡15下方平稳地流出并使之定向地向下流动。
按照本发明的嵌入式灯光系统的另一实施例用剖视图示于图3中。下过滤器挤出件30可以借助于在采光井挤出件10两侧的刃形法兰14连接到采光井挤出件模块10上。上过滤器挤出件21可以借助于在采光井挤出件10两侧的刃形法兰12连至采光井挤出件模块10上。
如上所述，在一个示例性的实施例中，采光井挤出件10的侧面可以被开槽，以做出开口。这些开口允许来自上过滤器挤出件21的过滤空气穿过存在于采光井挤出件10和邻接的挤出件之间的间隙16。此过滤空气经过间隙16并沿向下的方向流过洁净室。
上过滤器挤出件21包围一个过滤器22。如上所述，过滤器22可以例如是HEPA过滤器或ULPA过滤器。过滤器挤出件21可以优先地沿上部和下部包括一用于转角加强角材的座圈36。转角加强角材28用于形成一过滤器挤出件，该挤出件是刚性的并在过滤组合件22被封装在过滤器挤出件21之内时被密封。转角加强角材28是做有细齿的压配合转角角材。过滤器挤出件21的转角被做成斜角并与转角加强角材28压在一起。还有，上过滤器挤出件21是刚性的并在将过滤组合件22封装在过滤器挤出件21内时被密封。过滤器22可用聚氨酯材料，最好是经过催化的聚氨酯封装在过滤器挤出件21的周边内。
另外，上过滤器挤出件21包括一可被填以密封料的槽18。密封料可以例如是像硅胶这样的凝胶密封料。本领域中的技术人员会注意到，这种构造是从常用的系统中借用过来的，其中，采光井挤出件含有槽。这个槽18允许上过滤器挤出件21在刃形法兰12处与采光井挤出件10配合。刃形法兰12和槽18的配合自动地定位过滤器挤出件21，以致使其在采光井挤出件10的上方保持就地密封。最好使刃形法兰12垂直地与槽18的底面对齐。不过，密封料不一定必须将采光井挤出件10密封在过滤器挤出件21上，本发明可以利用任何一种已知的密封机构，例如密封垫密封系统适当地执行密封功能。
过滤器挤出件21用支承构件40支承。如上所述，这些支承构件40可以例如是用弹簧钢、不锈钢、铍或类似材料做成的夹子。将夹子40插入一个挤入采光井挤出件10内部的缝隙中，位于过滤器挤出件21的槽18的下方。最好用四个夹子支承过滤器挤出件21。考虑到过滤器的尺寸和它们各自的重量会不同，可以改变夹子的长度。夹子由锤尖击入采光井挤出件10的缝隙中的某个适当位置。
为了将过滤器挤出件21在采光井挤出件10的上方安装就位，可将其升入采光井挤出件10内的开口中。然后升高过滤器挤出件21，直至夹子40在槽18的下方锁定就位。此时，刃形法兰12将与槽18配合，而且上过滤器挤出件21将被锁定在恰当的位置上。
在组合系统1的子单元已经连接好以后，可以如同本领域中的技术人员所熟知的那样将光源15装入采光井挤出件10中。在光源15已经安装好以后，可在光源下方将采光井盖50快速压紧在应有的位置上。
如上所述，可以利用一个小工具将过滤器挤出件21从其在采光井挤出件10上方的位置取下。首先，必须稍微升高过滤器挤出件21的一侧。然后用工具轮流向上推每个夹子40，直至它在槽18的下方与其脱开。当所有的夹子由此脱开时，可以将过滤器挤出件21从采光井挤出件10上取下。
图4示出了边框挤出件70，它形成本发明的组合系统的整个周边的支承。边框挤出件70包括转角加强角材72、刃形法兰74和两个用于模件连接的带螺纹的凸台76。转角加强角材72以与上述的下过滤器挤出件30的转角加强角材38相同的方式组装。但是，为了进一步加强模件单元1的周边，框架70的角接头在被压在一起之后被焊接。边框挤出件可以如图4所示的与过滤器挤出件30相邻。如上所述，此过滤器挤出件30通过将边框挤出件的刃形法兰74放在槽32中并用夹子40将槽32锁定在适当的位置上而密封就位。
如图4所示，可使一裙形挤出件80与边框挤出件70的外侧相连。此裙形挤出件80形成一个用于边框70的盖子。此外，裙形挤出件80的顶部提供了一个用于将送风室紧固在组件顶部的法兰。裙形挤出件80包括两个埋头座圈82，其大小正好接纳用于将裙形挤出件80连接到边框挤出件70上的螺钉84。此外，裙形挤出件80的位于两个埋头座圈82之间的表面88可以被做成下沉的，以允许插入快速压紧盖86，遮住螺钉84。因此，这个快速压紧盖86在模件单元1的周边的周围形成一连续的光洁外表面。
图5示出了另一个实施例，其中，边框挤出件70可与采光井挤出件10相邻。在此实施例中，在采光井挤出件10的两端设有一通道15。通道15可以例如用铝制造。这个通道15做在边框挤出件70的刃形法兰74与采光井挤出件10在采光井挤出件10的端部相遇的地方的上方。因此，通道15、采光井挤出件10和刃形法兰74的组合形成一包括槽75的闭合的座圈。槽75中可以填入密封料，例如像硅胶这样的凝胶密封料。上过滤器框架20的下部与此槽配合，在采光井挤出件10与边框挤出件70之间形成密封。而且如图5所示，采光井挤出件10与边框挤出件70的连接通过将螺钉84穿过有螺纹的凸台76紧固在采光井挤出件10上而得到加强。
图6示出了另一个实施例。图6示出了一种组合系统，其中，两个模件单元1在其各自的裙形挤出件80处连接一起。两个模件借助于穿过埋头座圈82啮合的接合柱螺栓92相连。为了加强模件的连接，可在欲连接的裙形挤出件80之间放置一个加强杆94。加强杆94可以例如用钢材制造。杆94可以沿模件的整个长度延伸。图6还进一步地示出了送风室的底边法兰89，该送风室在裙形挤出件80的顶部安装在法兰上。底边法兰89可以用适当的材料，例如铝制成。底边法兰89可以通过穿过底边法兰89和裙形挤出件80紧固几个螺钉而固定。
图7示出了将本发明的组合系统1连至顶篷格栅框架90上。顶篷格栅框架90执行与边框挤出件70相同的功能。顶篷格栅框架90在要求整个顶篷区具有不同的过滤器构形的设备中使用。目前，这些系统中的多数在建造时都采用一种T形梁格栅顶篷系统。可以同时用吊架98和锁紧键挤出件97将几个顶篷格栅框架90连接在一起。吊架98用从顶篷伸出的杆99支承。用保险螺母95将杆99固定在吊架98上。顶篷格栅框架90借助于刃形法兰94连在过滤器挤出件30上。顶篷格栅框架90的刃形法兰94如同上面联系图2所详细地描述的那样放在过滤器挤出件30的槽32中。用夹子将槽32锁定在适当的位置，从而将模件密封在顶篷格栅框架90上。如同用虚线所表示的那样，过滤器挤出件30也可以包括一连接器37，它用于与送风室89的底边法兰89接合。连接器37可以例如用几个螺钉紧固在过滤器挤出件30上，或者可以是过滤器挤出件30的一个挤出部分。在将过滤器挤出件30和邻接的连接器37放在送风室的底边法兰89的周围以后，该单元可借助于卷边顶部法兰37固定就位。
图8示出了沿按照本发明的顶篷模件1的宽度或长度的侧面剖视图。变形的嵌板100通过由变形增加强度而形成各种顶篷模件的周边。变形的嵌板100的目的为保证顶篷模件1的结构整体性。这些嵌板100均匀地分配各种挤出件的重量，从而提高了组合系统的结构整体性。嵌板100的变形型式要被设计成能加强任何附接的送风室的侧壁和顶板的刚度，从而不需要有子框架。送风室是在变形嵌板100内的一个封闭物并且在嵌板100内起着一个整体的桁架的作用。这些嵌板对侧面和要求用于支承服务人员的重量的顶板提供强度。
图9示出了当与一体的供气系统配合使用时沿按照本发明的顶篷模件1的宽度的侧面剖视图。另一种方案为，本发明不需要与一个一体的系统组合在一起，而是可以如图7所示的连至顶篷格栅框架上。再参看图9，在顶篷模件1的上方设有一挡板63和包括在送风模件中的柱形风扇65。顶篷模件1在裙形挤出件80处固定在送风模件的送风室支承89上。隔板63和柱形风扇65向本发明的过滤器输送适量的空气。可以选择空气的速度，以得到所要求的气流，例如可以要求满足联邦标准。柱形风扇65沿一大体水平的方向产生空气流，挡板63以向下的方式将该气流均匀地分配给本发明的过滤器。关于包括挡板和柱形风扇的顶篷模件的操作和结构的更具体的信息可以在美国专利NO.4,560,395中找到，此处将该专利的相关内容引入作为参考。
对于本领域中的技术人员来说，本发明的进一步的改进和其它实施例将在参阅了本说明书以后而一清二楚。因此，本说明只能被看作是示例性的，其目的在于告诉本领域中的技术人员如何实施本发明。应当理解，此处所示的和描述的本发明的形式可以被认为是目前的优选实施例。可以在零件的形状、尺寸和结构方面作出各种更改。例如，可以有等同的元件和材料代替此处所例示和说明的，而且本发明的某些特征可以单独地使用，而不依赖于其它特征的使用，对于本领域中的技术人员来说，在利用了本发明的这个说明书之后所有这些都将显而易见。