實驗室潔凈系統(tǒng)

  一、定義

  潔凈室主要之作用在于控制產(chǎn)品(如硅芯片等)所接觸之大氣的潔凈度日及溫濕度，使產(chǎn)品能在一個良好之環(huán)境空間中生產(chǎn)、制造，此空間我們稱之為潔凈室。按照國際慣例，無塵凈化級別主要是根據(jù)每立方米空氣中粒子直徑大于劃分標(biāo)準(zhǔn)的粒子數(shù)量來規(guī)定。也就是說所謂無塵并非100%沒有一點灰塵，而是控制在一個非常微量的單位上。當(dāng)然這個標(biāo)準(zhǔn)中符合灰塵標(biāo)準(zhǔn)的顆粒相對于我們常見的灰塵已經(jīng)是小的微乎其微，但是對于光學(xué)構(gòu)造而言，哪怕是一點點的灰塵都會產(chǎn)生非常大的負(fù)面影響，所以在光學(xué)構(gòu)造產(chǎn)品的生產(chǎn)上，無塵是必然的要求。

  每立方米將小于0.3微米粒徑的微塵數(shù)量控制在3500個以下，就達到了國際無塵標(biāo)準(zhǔn)的A級。目前應(yīng)用在芯片級生產(chǎn)加工的無塵標(biāo)準(zhǔn)對于灰塵的要求高于A級，這樣的高標(biāo)主要被應(yīng)用在一些等級較高芯片生產(chǎn)上。微塵數(shù)量被嚴(yán)格控制在每立方米1000個以內(nèi)，這也就是業(yè)內(nèi)俗稱的1K級別。

  潔凈室用途主要有以下三個：

  空氣潔凈室：已經(jīng)建造完成并可以投入使用的潔凈室(設(shè)施)。它具備所有有關(guān)的服務(wù)和功能。但是，在設(shè)施內(nèi)沒有操作人員操作的設(shè)備。

  靜態(tài)潔凈室：各種功能完備、設(shè)定安裝妥當(dāng)，可以按照設(shè)定使用或正在使用的潔凈室(設(shè)施)，但是設(shè)施內(nèi)沒有操作人員。

  動態(tài)潔凈室：處于正常使用的潔凈室，服務(wù)功能完善，有設(shè)備和人員;如果需要，可從事正常的工作。

  二、控管項目

  1、能除去空氣中飄游之微塵粒子。

  2、能防止微塵粒子之產(chǎn)生。

  3、溫度和濕度之控制。

  4、壓力之調(diào)節(jié)。

  5、 有害氣體之排除。

  6、結(jié)構(gòu)物與隔間之氣密性。

  7、靜電之防制。

  8、電磁干擾預(yù)防。

  9、安全因素之考慮。

  10、節(jié)能之考量。

  三、氣流的流動

  氣流的重要性

  潔凈室的潔凈度往往受到氣流的影響，換言之，即人、機器隔間、建筑結(jié)構(gòu)等所產(chǎn)生的塵埃之移動、擴散受到氣流的支配。

  潔凈室系利用HEPA、ULPA過濾空氣，其塵埃的收集率達99.97~99.99995%之多，因此經(jīng)過此過濾器過濾的空氣可說十分干凈。然而潔凈室內(nèi)除了人以外，尚有機器等之發(fā)塵源，這些發(fā)生的塵埃一旦擴散，即無法保持潔凈空間，因此必須利用氣流將發(fā)生的塵埃迅速排出室外。

  風(fēng)速的控制

  潔凈室內(nèi)的氣流是左右潔凈室性能的重要因素，一般潔凈室的氣流速度是選0.25~0.5m/s之間，此氣流速度屬微風(fēng)區(qū)域，易受人、機器等的動作而干擾趨于混亂、雖提高風(fēng)速可抑制此一擾亂之影響而保持潔凈度、但因風(fēng)速的提高，將影響運轉(zhuǎn)成本的增加，所以應(yīng)在滿足要求的潔凈度水準(zhǔn)之時，能以適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速供應(yīng)，以達到適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速供應(yīng)以達到經(jīng)濟性效果。

  另一方面欲達到潔凈室潔凈度之穩(wěn)定效果，均一氣流之保持亦為一重要因素，均一氣流若無法保持，表示風(fēng)速有異，特別是在壁面，氣流會延著壁面發(fā)生渦流作用，此時要實現(xiàn)高潔凈度事實上很困難。

  影響因素

  影響潔凈室的氣流因素很多，如制程設(shè)備、人員、潔凈室組裝材、照明器具等，同時對于生產(chǎn)設(shè)備上方氣流的分流點，亦應(yīng)列入考慮因素。

  一般操作臺或生產(chǎn)設(shè)備等表面的氣流分流點，應(yīng)設(shè)于潔凈室空間與隔墻板間距2/3之處，如此可使作業(yè)人員工作時，氣流可從制程區(qū)內(nèi)部流向作業(yè)區(qū)，而將微塵帶走;若分流點配置在制程區(qū)前方，將成為不當(dāng)?shù)臍饬鞣至?，此時大部份的氣流將流至制程區(qū)之后，作業(yè)員操作所引起的塵埃將被帶到設(shè)備后面，工作臺因而將受到污染，良率也勢必降低。

  潔凈室內(nèi)的工作桌等障礙物，在相接處均會有渦流現(xiàn)象發(fā)生，相對地在其附近之潔凈度將會較差，在工作桌面鉆上回風(fēng)孔，將使渦流現(xiàn)象減少最低;組裝材料之選擇是否恰當(dāng)、設(shè)備布局是否完善，亦為氣流是否成為渦流現(xiàn)象之重要因素。

  四、潔凈室之構(gòu)成

  潔凈室的構(gòu)成是由下列各項系統(tǒng)所組成(在所組成的系統(tǒng)分子中是缺一不可的)，否則將無法構(gòu)成一完整且品質(zhì)良好的潔凈室：

  (1)天花板系統(tǒng)：包括吊桿(Ceiling rod)、綱梁(I-Beam或U-Beam)、天花板格子梁(Ceiling grid或Ceilingframe)。

  (2)空調(diào)系統(tǒng)：包括空氣艙、過濾器系統(tǒng)、風(fēng)車等。

  (3)隔墻板(Partitional wall)：包括窗戶、門。

  (4)地板：包括高架地板或防靜電舒美地板。

  (5)照明器具：包括日光燈、黃色燈管等。

  潔凈室之建筑主體構(gòu)造，一般是用鋼筋或骨水泥，但無論是何種構(gòu)造，必須滿足如下之條件：

  A.不會因溫度變化與振動而發(fā)生裂痕;

  B.不易產(chǎn)生微塵粒子，且很難附著粒子;

  C.吸濕性小;

  D.為了維持室內(nèi)之濕度條件，熱絕緣性要高;

  五、潔凈室按用途分類(可分為兩大類)

  工業(yè)潔凈室

  以無生命微粒的控制為對象。主要控制空氣塵埃微粒對工作對象的污染，內(nèi)部一般保持正壓狀態(tài)。它適用于精密機械工業(yè)、電子工業(yè)(半導(dǎo)體、集成電路等)宇航工業(yè)、高純度化學(xué)工業(yè)、原子能工業(yè)、光磁產(chǎn)品工業(yè)(光盤、膠片、磁帶生產(chǎn))LCD(液晶玻璃)、電腦硬盤、電腦磁頭生產(chǎn)等多行業(yè)。

  生物潔凈室

  主要控制有生命微粒(細(xì)菌)與無生命微粒(塵埃)對工作對象的污染。又可分為;

  A、 一般生物潔凈室：主要控制微生物(細(xì)菌)對象的污染。同時其內(nèi)部材料要能經(jīng)受各種滅菌劑侵蝕，內(nèi)部一般保證正壓。實質(zhì)上其內(nèi)部材料要能經(jīng)受各種滅菌處理的工業(yè)潔凈室。例：制藥工業(yè)、醫(yī)院(手術(shù)室、無菌病房)食品、化妝品、飲料產(chǎn)品生產(chǎn)、動物實驗室、理化檢驗室、血站等。

  B、 生物學(xué)安全潔凈室：主要控制工作對象的有生命微粒對外界和人的污染。內(nèi)部要保持與大氣的負(fù)壓。例：細(xì)菌學(xué)、生物學(xué)、潔凈實驗室、物物工程(重組基因、疫苗制備)

  六、潔凈室標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

  國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

  (1).潔凈廠房設(shè)計規(guī)范 GB50073-2001

  (2).醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范GB50333-2002

  (3).醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計規(guī)范GB 50457-2008

  (4).傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范

  (5).醫(yī)藥工業(yè)潔凈室(區(qū))懸浮粒子的測試方法GB/T16292-1996

  (6).QS認(rèn)證質(zhì)量手冊

  (7).GMP 藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范

  國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

  ISO系列

  (1)ISO14644-1 空氣潔凈度等級劃分

  (2)ISO14644-2 為認(rèn)證ISO14644-1的 連續(xù)的相符性的測試和監(jiān)測技術(shù)要求

  (3)ISO14644-3 測試方法

  (4)ISO14644-4 設(shè)計建造啟動

  (5)ISO14644-5 運行(Operations)

  (6)ISO14644-6 術(shù)語和定義

  (7)ISO14644-7 分離裝置(潔凈空氣罩、手套箱、分離器和微循環(huán)設(shè)備

  (8)ISO14644-8 分子污染

  (9)ISO14644-9 潔凈化學(xué)品(液體)

  七、行業(yè)應(yīng)用

  潔凈工程是一個應(yīng)用行業(yè)非常普遍的基礎(chǔ)性配套產(chǎn)業(yè)，目前在電子信息、半導(dǎo)體、光電子、精密制造、醫(yī)藥衛(wèi)生、生物工程、航天航空、汽車噴涂等眾多行業(yè)均有應(yīng)用，并根據(jù)行業(yè)的精密與無塵要求，等級差別也較大。

  目前級別最高的當(dāng)屬航天航空的航空倉，基本是屬于1級，屬于特殊領(lǐng)域，面積相對較小。

  另外對級別要求較高的是生化實驗室和高精納米材料生產(chǎn)車間，物聯(lián)網(wǎng)芯片的發(fā)展將是未來需求的一大方向。