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仪器精度理论-7.1超净环境技术

来源:  | 作者: | 更新时间:2019年11月21日 18:00 | 阅读:

7.1超净环境技术

主讲人:禹静

一、超净实验室的洁净度要求

1. 洁净室的基本概念

洁净室(Clean Room),也称无尘室或清净室,是指将一定空间范围内空气中的微粒、有害空气、细菌等污染物排除,并将室内温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪音振动及照明、静电控制等参数控制在某一需求范围内,而进行特殊设计的房间。亦即不论外界空气条件如何变化,其室内均能具有维持原设定要求的洁净度、温湿度及压力等性能的特性。

洁净室最主要作用在于控制产品或设备所接触空气的洁净度以及温湿度,使其能在一个良好的环境空间中工作。洁净室技术的两个基本特征是HEPA(高效颗粒性空气)过滤器和层气流概念。HEPA过滤器近年来已可消除99.999%的0.12μm的颗粒。在层流状态下,空气流动能够提供更好的可控及可预测的流动路径,所以对于超净室而言,从天花板到地面间的流动为层流时,能够冲走制造过程中产生的污染物,使得工作空间更加干净。若要求更低的污染级别,则需提高层流流速。

2. 洁净室的功能

洁净室的功能有:

(1)除去空气中飘尘颗粒;

(2)防止微尘颗粒的产生;

(3)温度和湿度调节与控制;

(4)排除有害气体;

(5)室内空间既具有气密性又有新鲜空气;

(6)防静电;

(7)防电磁干扰;

(8)节能与安全。

3. 洁净室的分类

(1)乱流式(Turbulent Flow)

空气由空调箱经风管与洁净室内的空气过滤器(HEPA)进入洁净室,并由洁净室两侧隔间墙板或高架地板回风。气流非直线型运动而呈不规则的乱流或涡流状态。此型式适用于等级为1000~100000级的洁净室。

乱流式洁净室的优点是构造简单、系统建造成本低,洁净室扩充较容易,在某些特殊用途场所,可并用无尘工作台,提高洁净室等级。其缺点是乱流造成的微尘粒子不易排出,易污染设备与产品。另外若系统停机后再开机,则需要较长时间的运转才能达到要求的洁净度。

(2)层流式(Laminar)

层流式洁净室的空气气流运动形成一个均匀的直线形,空气由覆盖率为100%的过滤器进入室内,并由高架地板或两侧隔墙板回风,此型式适于等级为1~100的洁净室等较高的环境使用,其型式可分为二种:

水平层流式:水平式空气自过滤器单方向吹出,由对边墙壁之回风系统回风,尘埃随风向排出室外,一般在下流污染较严重。其优点是构造简单,运转后短时间内即可变成稳定。缺点是建造费用比乱流式高,室内空间不易扩充。

垂直层流式:房间天花板完全以ULPA过滤器覆盖,空气由上往下吹,可得较高之洁净度,设备或工作人员所产生的尘埃也可快速排出室外而不会影响其它工作区域。其优点是管理容易,运转开始短时间内即可达稳定状态,不易为作业状态或作业人员所影响。缺点是构造费用较高,弹性运用空间困难,天花板之吊架占用相当大的空间,维修更换过滤器较麻烦。

(3)复合式(Mixed Type)

复合式为将乱流式及层流式予以复合或并用,可提供局部超洁净的空气。

洁净隧道(Clean Tunnel):以HEPA或ULPA过滤器将制程区域或工作区域100%覆盖使洁净度等级提高至10级以上,可节省安装运转费用。此型式需将作业人员的工作区与产品和机器维修区进行隔离,以避免机器维修时影响了工作及品质,ULSI制造大都采用这种型式。此外,洁净隧道弹性扩充容易,且维修设备时可在维修区轻易执行。

洁净管道(Clean Tube):将产品流程经过的自动生产线包围并净化处理,将洁净度等级提至100级以上。因产品、作业员以及发尘环境相互隔离,少量的送风即可得到良好的洁净度,可节省能源,不需人工的自动化生产线为最适宜使用。药品、食品业界及半导体业界均适用。

并装局部洁净室(Clean Spot):将洁净室等级10000~100000的乱流洁净室内的产品制程区洁净度等级提高为10~1000级以上,以为生产之用;洁净工作台、洁净工作棚、洁净风柜即属于此类。

(4)洁净室气流的流动

洁净室的洁净度往往受到气流的影响,换言之,即人、机器隔间、建筑结构等所产生的尘埃的移动、扩散受到气流的影响。

洁净室系利用HEPA、ULPA过滤空气,其尘埃的收集率达99.97%~99.99995%之多,因此经过此过滤器过滤的空气可说十分干净。然而洁净室内除了人以外,尚有机器等发尘源,这些发生的尘埃一旦扩散,即无法保持洁净空间,因此必须利用气流将发生的尘埃迅速排出室外。

洁净室内的气流是左右洁净室性能的重要因素,一般洁净室的气流速度是选在(0.25~0.5)m/s之间,此气流速度属微风区域,易受人、机器等的动作而干扰趋于混乱、虽提高风速可抑制此一扰乱之影响而保持洁净度、但因风速的提高,将影响运转成本的增加,所以应在满足要求的洁净度水准之时,能以最适当的风速供应,以达到适当的风速供应以达到经济性效果。

另一方面欲达到洁净室洁净度之稳定效果,均一气流之保持亦为一重要因素,均一气流若无法保持,表示风速有异,特别是在壁面,气流会延着壁面发生涡流作用,此时要实现高洁净度事实上很困难。

垂直层流式方向要保持均一气流必须做到:(a)吹出面的风速不可有速度上的差异;(b)地板回风板吸入面之风速不可有速度上的差异。速度过低或过高(0.2m/s,0.7m/s)均有涡流之现象发生,而0.5m/s之速度,气流则较均一,目前一般洁净室,其风速均取在(0.25~0.5)m/s之间。

影响洁净室的气流因素很多,如制程设备、人员、洁净室组装材、照明器具等,同时对于生产设备上方气流的分流点,亦应列入考虑因素。

(5)洁净室的构成

洁净室的构成是由下列各项系统所组成(在所组成的系统分子中是缺一不可的),否则将无法构成一完整且品质良好的洁净室:

1)天花板系统:包括吊杆(Ceiling rod)、纲梁(I-Beam或U-Beam)、天花板格子梁(Ceiling grid或Ceilingframe);

2)空调系统:包括空气舱、过滤器系统、风机等;

3)隔墙板(Partitional wall):包括窗户、门;

4)地板:包括高架地板或防静电舒美地板;

5)照明器具:包括日光灯、黄色灯管等。

洁净室的建筑主体构造一般是用钢筋或骨水泥,但无论是何种构造,必须满足下列条件:

1)不会因温度变化与振动而发生裂痕;

2)不易产生微尘粒子,且很难附着粒子;

3)吸湿性小;

4)为了维持室内之湿度条件,热绝缘性要高。


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