潔凈室  

潔凈室 

潔凈室(Clean Room)，亦稱為無塵室或清凈室。它是污染控制的基礎(chǔ)，沒有潔凈室，污染敏感零件不可能批量生產(chǎn)。在FED-STD-2里面，潔凈室被定義為具備空氣過濾、分配、優(yōu)化、構(gòu)造材料和裝置的房間，其中特定的規(guī)則的操作程序以控制空氣懸浮微粒濃度，從而達(dá)到適當(dāng)?shù)奈⒘崈舳燃墑e。 

目錄 

二、潔凈室原理  

1. 單向流（層流）潔凈室原理  2. 亂流潔凈室原理  三、控管項(xiàng)目  四、分類  

1. 亂流式（Turbulent Flow)  2. 層流式（Laminar)  3. 復(fù)合式（Mixed Type)  五、氣流的流動(dòng)  

1. 氣流的重要性  

2. 風(fēng)速的控制  3. 影響因素  六、潔凈室之構(gòu)成  

七、潔凈室按用途分類（可分為兩大類）  

1. 工業(yè)潔凈室  2. 生物潔凈室  八、潔凈室污染源知識  

1. 1、發(fā)塵量  

2. 2、發(fā)菌量  九、潔凈室標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范  

1. G內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范  

2. G際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范  十、行業(yè)應(yīng)用詳細(xì)參數(shù)  十一、潔凈室八大特點(diǎn)  十二、潔凈室從業(yè)人員規(guī)范  

一、定義  

  潔凈室是指將一定空間范圍內(nèi)之空氣中的微粒子、有害空氣、細(xì)菌等之污染物排除，并將室內(nèi)之溫度、潔凈度、室內(nèi)壓力、氣流速度與氣流分布、噪音振動(dòng)及照明、靜電控制在某一需求范圍內(nèi)，而所給予特別設(shè)計(jì)之房間。亦即是不論外在之空氣條件如何變化，其室內(nèi)均能俱有維持原先所設(shè)定要求之潔凈度、溫濕度及壓力等性能之特性。

  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(gè)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G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(diǎn)灰塵，而是控制在一個(gè)非常微量的單位上。當(dāng)然這個(gè)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(diǎn)點(diǎn)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(gè)以下，就達(dá)到了G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。0.5uM及以下的微塵數(shù)量被嚴(yán)格控制在每立方米1000個(gè)以內(nèi)，這也就是業(yè)內(nèi)俗稱的1K級別。  潔凈室狀態(tài)分為以下三種 

  空態(tài)：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)：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(dòng)態(tài)：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、潔凈室原理 

單向流（層流）潔凈室原理 

  [1]

在潔凈室內(nèi)，從送風(fēng)口到回風(fēng)口，氣流流經(jīng)途中的斷面幾乎沒有什么變化，加上進(jìn)風(fēng)靜壓箱和高效過濾器的均壓均流作用，全室斷面上的流速比較均勻，而**少在工作區(qū)內(nèi)流線單向平行，沒有渦流。這也就是單向流潔凈室的三大特點(diǎn)。這里的流線單向平行，是指時(shí)均流線彼此平行，方向單一。  

  單向流潔凈室的流態(tài)從雷諾數(shù)判斷是紊流的，所以所謂層流潔凈室的層流和流體力學(xué)上的層流是完全不同的概念。因此，層流潔凈室這個(gè)名詞是不貼切的，G外某些標(biāo)準(zhǔn)和文章也指出這一點(diǎn)，例如英G標(biāo)準(zhǔn)BS-5295就曾把所謂層流潔凈室定義為單向流潔凈室，只是照顧習(xí)慣在括號中注明為層流。前聯(lián)邦德G標(biāo)準(zhǔn)VDl- 2083則用“非紊流的置換流”這一術(shù)語，并在注中指出，層流這一概念只是為了區(qū)別早于層流潔凈室出現(xiàn)的紊（亂）流潔凈室而在當(dāng)時(shí)采用的習(xí)慣用語，“層流系統(tǒng)”的確切意思并不是分層流動(dòng)，而是紊流的置換流，用本章提到的概念是紊流的漸變流。在流體力學(xué)中，這種流動(dòng)狀態(tài)也可稱平行流或單向流。1977年中G在《空氣潔凈技術(shù)措施》中選用了“平行流”這個(gè)術(shù)語，在該術(shù)語后面同時(shí)也指出習(xí)慣上稱“層流”。  

  在單向流潔凈室內(nèi)，干凈氣流不是一股或幾股，而是充滿全室斷面，所以這種潔凈室不是靠潔凈氣流對室內(nèi)臟空氣的摻混稀釋作用，而是靠潔凈氣流推出作用將室內(nèi)臟空氣沿整個(gè)斷面排**室外，達(dá)到凈化室內(nèi)空氣的目的。所以，前聯(lián)邦德G有人稱單向流潔凈室的氣流為“活塞流”、“平推流”前蘇聯(lián)稱之為“被擠壓的弱空氣射流”。干凈空氣就好比一個(gè)空氣活塞，沿著房間這個(gè)“氣缸”，向前（下）推進(jìn)，而使塵粒只能前（下）進(jìn)，沒有返回，把原有的含塵濃度高的空氣擠壓出房間。在單向流潔凈室以及單向流凈化設(shè)備中，可以發(fā)現(xiàn)沿壁的和兩個(gè)過濾器搭接處下方的反向氣流。這種氣流將把下方的污染傳輸?shù)缴喜吭偎拖聛?，破壞了上?ldquo;活塞流”的狀態(tài)，危害極大。對于和外界有開口相通的局部凈化設(shè)備，例如潔凈工作臺，這種氣流將引射外界污染氣流，在設(shè)計(jì)上一定要減小過濾器邊框處所占的無效面積，更要設(shè)法使空間的壁面盡量接近過濾器有效迭風(fēng)截面。  #p#分頁標(biāo)題#e#

  通過上面分析，可以認(rèn)為保證單向流潔凈室特性（高潔凈度和快速自凈恢復(fù)能力）的重要先決條件有兩個(gè)：①來流的潔凈度；②來流的活塞流情況；  

  對于來流的潔凈度，對通過高效以上過濾器送風(fēng)的單向流潔凈室來說是不成問題的，而對于來流的“活塞流”情況，則需作進(jìn)～步分析。  

  根據(jù)流體力學(xué)原理，來流條件對以后的流動(dòng)狀況將有直接的重要影響，送風(fēng)面出口氣流也就是工作區(qū)的來流。  

  來流的紊動(dòng)性大，則將影響后面的單向流特性；來流未充滿流動(dòng)截面，則將影響后面是否能形成“活塞流”和形成的快慢；而來流未充滿流動(dòng)截面也是來流素動(dòng)的一個(gè)因素。所以，在采用高效過濾器的條件下，保證單向流潔凈室特性的必要條件是“活塞流”，而“活塞流”的必要條件則是來流充滿流動(dòng)截面。但是，對一間房間而不是一段管道來說，讓氣流從頭**尾完全充滿流動(dòng)截面也是不現(xiàn)實(shí)的。  

  **初，確實(shí)認(rèn)為這種單向平行的氣流應(yīng)該充滿整個(gè)潔凈室，但這在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都是不利的。隨著認(rèn)識的發(fā)展，人們又指出這種單向流只是“在有限的*域內(nèi)全部空氣沿平行流線以等速流動(dòng)的意思”，并認(rèn)為能極力抑制渦流的發(fā)生。通過全空間的清潔空氣的單向流特性占支配地位的那樣的房間，也稱為單向流潔凈室。這就是說，不要求在整個(gè)房間都具有單向平行的流線，均勻的速度，沒有渦流，而是只要求單向平行流特性在這個(gè)房間中占支配地位，例如在整個(gè)工作區(qū)這一層空間保證了單向流，這個(gè)房間就是單向流潔凈室。前面介紹過的G內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、措施中關(guān)于單向流潔凈室達(dá)到的高潔凈度，就是指在工作區(qū)內(nèi)達(dá)到的潔凈度。因此，密集布置的流線型散流器頂送和全孔板頂送，也被作為實(shí)現(xiàn)垂直單向流的手段使用。  

亂流潔凈室原理   

[2]

潔凈室按其氣流狀態(tài)來區(qū)分，主要分為亂流（非單向流）潔凈室、單向流潔凈室和輻

流潔凈室（也有稱矢流潔凈室的），這一節(jié)主要討論亂流潔凈室。前面已經(jīng)指出，不論是哪一種潔凈室，都是紊流流態(tài)。那為什么不都叫紊流潔凈室呢？  

  亂流潔凈室的名稱是借用于日文，但是日文的亂流就是紊流的意思，而中G**早在《空氣潔凈技術(shù)措施》中正式采用的亂流一詞是兼有紊流的含義而不同于流體力學(xué)上的紊流這一專有名詞?，F(xiàn)在G際上則習(xí)慣稱這種潔凈室為非單向流潔凈室。    所謂亂流潔凈室，一般包括以下各種送風(fēng)形式：    ⑴高效過濾器頂送（有擴(kuò)散板和無擴(kuò)散板    ⑵流線型散流器頂進(jìn)    ⑶局部孔板頂送    ⑷側(cè)送  

  具有這些送風(fēng)形式的潔凈室，如以雷諾數(shù)判斷，顯然屬于紊流流態(tài)，但是如果把它們稱為紊流潔凈室就不合適。氣流沿整個(gè)頂棚下送，室內(nèi)速度達(dá)到0.25m/s 以上，這種室內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)也是紊流，但在后面就會搞清楚，雖然這兩種送風(fēng)方式都造成室內(nèi)紊流流態(tài)，但是就其凈化室內(nèi)空氣的原理來說，卻是根本不同的，后者屬于單向流或平行流潔凈室的凈化原理。所以如果把前者稱為紊流潔凈室，則后者也應(yīng)被包含進(jìn)去了。  

  亂流潔凈室的主要特點(diǎn)是從來流到出流（從送風(fēng)口到回風(fēng)口）之間氣流的流通截面是變化的，潔凈室截面比送風(fēng)口截面大得多，因而不能在全室截面或者在全室工作區(qū)截面形成勻速氣流。所以，送風(fēng)口以后的流線彼此有很大或者越來越大的夾角，曲率半徑很小，氣流在室內(nèi)不可能以單一方向流動(dòng)，將會彼此撞擊，將有回流、旋渦產(chǎn)生。這就決定亂流潔凈室的流態(tài)實(shí)質(zhì)是：突變流；非均勻流。  

  這比用紊流來描述亂流潔凈室更確切、更全面。紊流主要決定于雷諾數(shù)，也就是主要受流速的影響，但是如果采用一個(gè)高效過濾器頂送的送風(fēng)形式，則即使流速極低，也要產(chǎn)生上述各種結(jié)果，這就因?yàn)樗且粋€(gè)突變流和非均勻流。因此這種情況下不僅有流層之間因紊流流動(dòng)而發(fā)生的摻混，而且還有全室范圍內(nèi)的大的回流、旋渦所發(fā)生的摻混。  

  所以，概括地說，亂流潔凈室的作用原理是：當(dāng)一股干凈氣流從送風(fēng)口送入室內(nèi)時(shí)，迅速向四周擴(kuò)散、混合，同時(shí)把差不多同樣數(shù)量的氣流從回風(fēng)口排走，這股干凈氣流稀釋著室內(nèi)污染的空氣，把原來含塵濃度很高的室內(nèi)空氣沖淡了，一直達(dá)到平衡。所以氣流擴(kuò)散得越快，越均勻，稀釋的技果就越好。所以亂流潔凈室的原理就是稀釋作用。  

三、控管項(xiàng)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。  

  空氣凈化方法    1 、整體凈化：可分為層流型和湍流型。層流是指空氣由一側(cè)全面地以同速流向另一側(cè)，使室內(nèi)產(chǎn)生的塵粒或細(xì)菌不會向四周擴(kuò)散而被平推出室外，而達(dá)到好的除菌效果。    ⑴高效過濾除菌技術(shù)：空氣潔凈主要靠高效或超高效過濾設(shè)備，向特定的環(huán)境內(nèi)輸送潔凈空氣并能保持空氣的潔凈度。過濾潔凈原理：①網(wǎng)截阻留；②篩孔阻留；③靜電吸引阻留；④慣性碰撞和布朗運(yùn)動(dòng)阻留。因此，過濾潔凈技術(shù)是一種綜合作用的結(jié)果。  #p#分頁標(biāo)題#e#

  ⑵濾材結(jié)構(gòu)：生物潔凈室所用濾材級別多數(shù)為高效或超高效濾材，所用濾材有：玻璃棉制濾材、**紙漿制濾材、石棉纖維濾材、過氯乙烯纖維濾材等。高效濾材對空氣中 0.5 μ m 的顆粒的阻留率能達(dá)到 90%~99% ，超高效濾材可阻留 0.3 μ m 的顆粒 99.9% 以上。    2 、局部凈化  

  ⑴潔凈層流罩：潔凈層流罩是醫(yī)院局部空氣凈化裝置。一般可構(gòu)成垂直層流方式，四周用透明圍幕。整個(gè)罩內(nèi)可保持高潔凈度（萬級**百級）空氣。這種潔凈層流罩可用于免疫功能低下病人的治療保護(hù)，所以也稱無菌病床層流罩。

  ⑵凈化操作臺：采用水平或垂直層流方式凈化箱體內(nèi)的空氣，可使操作臺內(nèi)凈化達(dá)到很**別。  

  ⑶靜電吸附除菌凈化技術(shù)：靜電吸附除菌是利用工業(yè)電除塵的原理，在小型化技術(shù)方面有所創(chuàng)新。①采用細(xì)線放電極與蜂巢狀鋁箱收集極形成級線裝置；②采用鏡象力荷電吸附作用。  

  目前有一種三級凈化裝置，即預(yù)過濾 - 高效過濾 - 活性炭吸附，組合式正離子靜電吸附除菌，并采用大風(fēng)量空氣凈化，以保證室內(nèi)空氣凈化次數(shù)，較好地解決了醫(yī)院重點(diǎn)部門如手術(shù)室、 ICU 、母嬰病房、血液透析室等有人情況下的空氣持續(xù)消毒問題，可使醫(yī)院室內(nèi)空氣的凈化潔凈度達(dá)到 10 萬級 ~1 萬級。  

  ⑷負(fù)離子凈化技術(shù)：負(fù)離子是一種帶負(fù)電的化學(xué)基團(tuán)，能發(fā)生可逆性變化，存在時(shí)間極短，本身并無殺滅微生物的能力，主要是靠帶電離子與空氣中的微粒特別是微生物顆粒結(jié)合，形成多個(gè)顆粒凝聚變大從而迅速沉降，使空氣達(dá)到凈化的目的。空氣中負(fù)離子只有在具備某些化學(xué)性質(zhì)時(shí)，如活性氧離子等，它們才具有侵害蛋白質(zhì)的能力從而殺滅微生物，因此負(fù)離子對空氣凈化的能力比較有限，對空氣中微生物粒子清除率只能達(dá)到 70%~90%。  

四、分類 

亂流式（Turbulent Flow) 

  空氣由空調(diào)箱經(jīng)風(fēng)管與潔凈室內(nèi)之空氣過濾器（HEPA)進(jìn)入潔凈室，并由潔凈室兩側(cè)隔間墻板或高架地板回風(fēng)。氣流非直線型運(yùn)動(dòng)而呈不規(guī)則之亂流或渦流狀態(tài)。此型式適用于潔凈室等級1,000-100,000級。  

  定義：氣流以不均勻速度不平行流動(dòng)、伴有回流或渦流的潔凈室。  

  特性：亂流潔凈室是靠多次換氣來實(shí)現(xiàn)潔凈與潔凈級別。換氣次數(shù)決定定義中的凈化級別（換氣次數(shù)越多，凈化級別越高）  

  ⑴自凈時(shí)間：是指潔凈室按設(shè)計(jì)換氣次數(shù)開始送風(fēng)到潔凈室，室內(nèi)含塵濃度達(dá)到所設(shè)計(jì)的凈化級別的時(shí)間。1,000級希望不超過20min（分鐘） （可取15min計(jì)算） 10,000級希望不超過30min（分鐘） （可取25min計(jì)算） 100,000級希望不超過40min（分鐘） （可取30min計(jì)算）  

  ⑵換氣次數(shù)（按上述自凈時(shí)間要求設(shè)計(jì)）1,000級 43.5—55.3次/小時(shí) （規(guī)范：50次/小時(shí)） 10,000級 23.8—28.6次/小時(shí) （規(guī)范：25次/小時(shí)） 100,000級 14.4—19.2次/小時(shí) （規(guī)范：15次/小時(shí)）  

  優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單、系統(tǒng)建造成本，潔凈室之?dāng)U充比較容易，在某些特殊用途場所，可并用無塵工作臺，提高潔凈室等級。  

  缺點(diǎn)：亂流造成的微塵粒子于室內(nèi)空間飄浮不易排出，易污染制程產(chǎn)品。另外若系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)再激活，欲達(dá)需求之潔凈度，往往須耗時(shí)相當(dāng)長一段時(shí)間。  層流式（Laminar) 

  層流式空氣氣流運(yùn)動(dòng)成一均勻之直線形，空氣由覆蓋率100%之過濾器進(jìn)入室內(nèi)，并由高架地板或兩側(cè)隔墻板回風(fēng)，此型式適用于潔凈室等級需定較高之環(huán)境使用，一般其潔凈室等級為Class 1~100。其型式可分為二種：  

  ⑴水平層流式：水平式空氣自過濾器單方向吹出，由對邊墻壁之回風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng)，塵埃隨風(fēng)向排出室外，一般在下流側(cè)污染較嚴(yán)重。