1. Удаление частиц пыли в чистом помещении без пыли
Основная функция чистой комнаты - контролировать чистоту, температуру и влажность воздуха, в котором находятся изделия (например, кремниевые чипы и т. д.), чтобы изделия могли производиться и изготавливаться в хорошем экологическом пространстве. Мы называем это пространство чистой комнатой. Согласно международной практике уровень чистоты в основном определяется количеством частиц на кубический метр воздуха с диаметром, превышающим стандарт классификации. Другими словами, так называемое отсутствие пыли не означает 100% отсутствие пыли, а контролируемое в очень маленьком блоке. Конечно, частицы, соответствующие стандарту пыли в этом стандарте, уже очень малы по сравнению с обычной пылью, которую мы видим, но для оптических структур даже небольшое количество пыли будет иметь очень большое негативное воздействие, поэтому отсутствие пыли является неизбежным требованием при производстве изделий из оптических структур.
Контроль количества частиц пыли размером 0,5 мкм или более на кубический метр до уровня менее 3520/кубический метр позволит достичь класса А международного стандарта чистоты. Стандарт чистоты, применяемый в производстве и обработке микросхем, предъявляет более высокие требования к содержанию пыли, чем класс А, и этот высокий стандарт в основном используется при производстве некоторых микросхем более высокого уровня. Количество частиц пыли строго контролируется на уровне 35 200/кубический метр, что в чистых помещениях обычно называется классом B.
2. Три вида состояний чистой комнаты
Пустая чистая комната: чистое помещение, построенное и готовое к эксплуатации. В нём имеются все необходимые службы и функции. Однако в помещении нет оборудования, которым управляют операторы.
Статическая чистая комната: чистое помещение с полным набором функций, соответствующими настройками и установкой, которое может использоваться в соответствии с настройками или используется, но в помещении нет операторов.
Динамическое чистое помещение: чистое помещение, находящееся в нормальном состоянии, со всеми сервисными функциями, оборудованием и персоналом; при необходимости в нем можно выполнять обычные работы.
3. Элементы управления
(1). Может удалять частицы пыли, находящиеся в воздухе.
(2) Может предотвратить образование пылевых частиц.
(3) Контроль температуры и влажности.
(4) Регулировка давления.
(5) Устранение вредных газов.
(6) Герметичность конструкций и отсеков.
(7) Предотвращение возникновения статического электричества.
(8) Предотвращение электромагнитных помех.
(9) Учет факторов безопасности.
(10) Рассмотрение вопросов энергосбережения.
4. Классификация
Турбулентный тип течения
Воздух поступает в чистое помещение из блока кондиционирования воздуха через воздуховод и воздушный фильтр (HEPA) в чистом помещении и возвращается через перегородки или фальшполы с обеих сторон чистого помещения. Воздушный поток движется нелинейно, а имеет нерегулярный турбулентный или вихревой характер. Этот тип подходит для помещений классов чистоты 1000–100 000.
Определение: Чистое помещение, в котором поток воздуха движется с неравномерной скоростью и не является параллельным, а также сопровождается обратным потоком или вихревыми токами.
Принцип: В турбулентных чистых помещениях поток приточного воздуха непрерывно разбавляет воздух в помещении и постепенно разбавляет загрязненный воздух, достигая уровня чистоты (турбулентные чистые помещения обычно проектируются с уровнями чистоты от 1000 до 300000).
Особенности: В чистых помещениях с высокой турбулентностью для достижения необходимого уровня чистоты используется многократная вентиляция. Количество циклов вентиляции определяет уровень очистки (чем больше циклов вентиляции, тем выше уровень чистоты).
(1) Время самоочищения: относится к времени, когда чистое помещение начинает подавать воздух в чистое помещение в соответствии с проектным количеством вентиляции, и концентрация пыли в помещении достигает проектного уровня чистоты. Для класса 1000 ожидается не более 20 минут (для расчета можно использовать 15 минут). Для класса 10 000 ожидается не более 30 минут (для расчета можно использовать 25 минут). Для класса 100 000 ожидается не более 40 минут (для расчета можно использовать 30 минут).
(2) Частота вентиляции (рассчитанная в соответствии с вышеуказанными требованиями к времени самоочистки) класс 1000: 43,5–55,3 раз/час (стандарт: 50 раз/час) класс 10000: 23,8–28,6 раз/час (стандарт: 25 раз/час) класс 100000: 14,4–19,2 раз/час (стандарт: 15 раз/час)
Преимущества: простая конструкция, низкая стоимость строительства системы, легкость расширения чистого помещения, в некоторых местах специального назначения можно использовать беспыльный чистый верстак для повышения класса чистого помещения.
Недостатки: частицы пыли, образующиеся в результате турбулентности, циркулируют в помещении и их трудно удалить, что может легко привести к загрязнению продуктов процесса. Кроме того, если система останавливается, а затем снова включается, достижение необходимой чистоты часто занимает много времени.
Ламинарный поток
Ламинарный поток воздуха движется равномерно и прямолинейно. Воздух поступает в помещение через фильтр со 100%-ной степенью очистки и возвращается через фальшпол или перегородки с обеих сторон. Этот тип подходит для использования в чистых помещениях с более высокими классами чистоты, обычно 1–100. Существует два типа:
(1) Горизонтальный ламинарный поток: горизонтальный воздух выдувается из фильтра в одном направлении и возвращается через систему рециркуляции воздуха на противоположной стене. Пыль выбрасывается наружу вместе с потоком воздуха. Как правило, уровень загрязнения выше на стороне выхода.
Преимущества: Простая конструкция, может стать стабильной в короткие сроки после эксплуатации.
Недостатки: стоимость строительства выше, чем у турбулентного потока, а внутреннее пространство сложнее расширить.
(2) Вертикальный ламинарный поток: потолок помещения полностью покрыт ULPA-фильтрами, а воздух обдувается сверху вниз, что обеспечивает более высокую чистоту. Пыль, образующаяся в процессе работы или от персонала, можно быстро выбрасывать наружу, не затрагивая другие рабочие зоны.
Преимущества: простота управления, стабильное состояние достигается в течение короткого времени после начала работы и не подвержено влиянию рабочего состояния или операторов.
Недостатки: Высокая стоимость строительства, сложно гибко использовать пространство, потолочные подвесы занимают много места, хлопотно ремонтировать и заменять фильтры.
Композитный тип
Композитный тип представляет собой комбинацию или совместное использование турбулентного и ламинарного типов течения, что позволяет обеспечить локальную сверхчистоту воздуха.
(1) Чистый туннель: используйте фильтры HEPA или ULPA для покрытия 100% технологической или рабочей зоны, чтобы повысить уровень чистоты до уровня выше класса 10, что может сэкономить затраты на установку и эксплуатацию.
Этот тип требует, чтобы рабочая зона оператора была изолирована от продукта и обслуживания машины, чтобы не влиять на работу и качество во время обслуживания машины.
Чистые туннели имеют еще два преимущества: A. Легкость гибкого расширения; B. Техническое обслуживание оборудования можно легко выполнять в зоне технического обслуживания.
(2) Чистая труба: окружает и очищает автоматическую производственную линию, через которую проходит поток продукта, повышая уровень чистоты до уровня выше 100. Поскольку продукт, оператор и среда, генерирующая пыль, изолированы друг от друга, подача небольшого количества воздуха может обеспечить хорошую чистоту, что позволяет экономить энергию и оптимально подходит для автоматизированных производственных линий, не требующих ручного труда. Применяется в фармацевтической, пищевой и полупроводниковой промышленности.
(3) Чистое пятно: уровень чистоты зоны производственного процесса в турбулентном чистом помещении с уровнем чистоты помещения 10 000–100 000 повышается до 10–1000 или выше для производственных целей; к этой категории относятся чистые рабочие места, чистые сараи, сборные чистые помещения и чистые шкафы.
Чистый верстак: класс 1~100.
Чистая кабина: небольшое пространство, окруженное антистатической прозрачной пластиковой тканью в зоне чистого помещения с высокой турбулентностью, с использованием независимых HEPA- или ULPA-фильтров и кондиционеров, создающее чистое пространство более высокого уровня, с уровнем 10–1000, высотой около 2,5 метров и площадью покрытия не более 10 м². Кабина имеет четыре опоры и оснащена подвижными колесами для гибкого использования.
5. Поток воздуха
Важность воздушного потока
Чистота в чистом помещении часто зависит от воздушного потока. Другими словами, движение и распространение пыли, создаваемой людьми, отсеками оборудования, строительными конструкциями и т. д., контролируются воздушным потоком.
В чистых помещениях для фильтрации воздуха используются HEPA- и ULPA-фильтры, а степень улавливания пыли достигает 99,97–99,99995%, поэтому воздух, очищенный этим фильтром, можно назвать очень чистым. Однако, помимо людей, в чистом помещении присутствуют и другие источники пыли, например, оборудование. После распространения этой пыли поддерживать чистоту в помещении невозможно, поэтому необходимо использовать воздушный поток для быстрого выведения пыли наружу.
Факторы влияния
На воздушный поток в чистом помещении влияет множество факторов, таких как технологическое оборудование, персонал, монтажные материалы чистого помещения, осветительные приборы и т. д. При этом следует также учитывать точку отклонения воздушного потока над производственным оборудованием.
Точка отвода воздушного потока на поверхности операционного стола или производственного оборудования должна располагаться на расстоянии 2/3 от расстояния между чистым помещением и перегородкой. Таким образом, во время работы оператора воздушный поток может поступать из производственной зоны в рабочую зону и уносить пыль. Если же точка отвода расположена перед производственной зоной, то это приведет к неправильному отводу воздушного потока. В этом случае большая часть воздушного потока будет направлена в заднюю часть производственной зоны, а пыль, образующаяся в результате работы оператора, будет переноситься к задней части оборудования, загрязняя рабочее место и неизбежно снижая производительность.
Такие препятствия, как рабочие столы в чистых помещениях, будут создавать вихревые токи в местах их пересечения, и чистота вблизи них будет относительно низкой. Сверление отверстия для возврата воздуха в рабочем столе минимизирует явление вихревых токов. Правильный выбор материалов для сборки и идеальная компоновка оборудования также являются важными факторами, влияющими на то, станет ли поток воздуха явлением вихревых токов.
6. Состав чистого помещения
В состав чистого помещения входят следующие системы (ни одна из которых не является незаменимой в системе молекул), в противном случае не удастся сформировать полноценное и качественное чистое помещение:
(1) Потолочная система: включая потолочную балку, двутавровую или U-образную балку, потолочную решетку или потолочный каркас.
(2) Система кондиционирования воздуха: включая воздушную кабину, систему фильтров, ветряную мельницу и т. д.
(3) Перегородка: включая окна и двери.
(4) Пол: включая приподнятый пол или антистатичный пол.
(5) Осветительные приборы: плоские светодиодные лампы для очистки.
Основная конструкция чистого помещения обычно изготавливается из стальных прутков или костного цемента, но независимо от типа конструкции она должна соответствовать следующим условиям:
А. Не возникнет трещин из-за перепадов температур и вибраций;
B. Частицы пыли образуются нелегко, и частицам трудно прикрепляться;
C. Низкая гигроскопичность;
Г. Для поддержания условий влажности в чистом помещении теплоизоляция должна быть высокой;
7. Классификация по назначению
Промышленная чистая комната
Целью является контроль за неодушевлёнными частицами. В основном, система контролирует загрязнение воздуха пылевыми частицами, попадающими на рабочий объект, и поддерживает внутри положительное давление. Система подходит для точного машиностроения, электронной промышленности (полупроводники, интегральные схемы и т.д.), аэрокосмической промышленности, химической промышленности высокой чистоты, атомной энергетики, производства оптических и магнитных изделий (CD, плёнки, лент), ЖК-дисплеев (жидкокристаллического стекла), жёстких дисков, компьютерных головок и других отраслей.
Биологическая чистая комната
В основном контролирует загрязнение рабочих объектов живыми частицами (бактериями) и неживыми частицами (пылью). Его можно разделить на:
A. Биологическая чистая комната общего назначения: в основном предназначена для контроля микробного (бактериального) загрязнения. В то же время внутренние материалы должны быть устойчивы к воздействию различных стерилизующих агентов, а внутреннее пространство, как правило, должно обеспечивать избыточное давление. В частности, внутренние материалы должны выдерживать различные виды стерилизации, характерные для промышленных чистых помещений. Примеры: фармацевтическая промышленность, больницы (операционные, стерильные палаты), пищевая и косметическая промышленность, производство напитков, лаборатории для животных, лаборатории физико-химических исследований, станции забора крови и т. д.
B. Биологическая безопасность: чистое помещение: главным образом, контролирует загрязнение окружающей среды и людей живыми частицами рабочего объекта. Внутреннее давление должно поддерживаться отрицательным по отношению к атмосферному. Примеры: бактериология, биология, чистые лаборатории, физическая инженерия (рекомбинантные гены, разработка вакцин).
Время публикации: 07 февраля 2025 г.