1. Удаление пылевых частиц в чистом помещении без пыли.
Основная функция чистой комнаты — контроль чистоты, температуры и влажности воздуха, в котором находятся изделия (например, кремниевые чипы и т. д.), чтобы производство и изготовление продукции проходили в благоприятных условиях. Мы называем это пространство чистой комнатой. Согласно международной практике, уровень чистоты в основном определяется количеством частиц на кубический метр воздуха диаметром, превышающим классификационный стандарт. Другими словами, так называемая «пыленепроницаемость» не означает 100% отсутствие пыли, а контроль на очень низком уровне. Конечно, частицы, соответствующие пылевому стандарту, уже очень малы по сравнению с обычной пылью, которую мы видим, но для оптических структур даже небольшое количество пыли окажет очень большое негативное воздействие, поэтому отсутствие пыли является неизбежным требованием при производстве оптических структур.
Контроль количества пылевых частиц размером 0,5 микрона на кубический метр и более до уровня менее 3520/кубический метр позволит достичь класса А международного стандарта по отсутствию пыли. Стандарт по отсутствию пыли, используемый в производстве и обработке микросхем, предъявляет более высокие требования к содержанию пыли, чем класс А, и такой высокий стандарт в основном используется при производстве некоторых микросхем более высокого уровня. Количество пылевых частиц строго контролируется на уровне 35 200 на кубический метр, что в индустрии чистых помещений обычно соответствует классу В.
2. Три типа состояний чистых помещений
Пустая чистая комната: это чистое помещение, которое уже построено и готово к использованию. Оно оснащено всеми необходимыми коммуникациями и функциями. Однако в помещении отсутствует оборудование, используемое операторами.
Статическая чистая комната: чистое помещение с полным набором функций, надлежащими настройками и оборудованием, которое может использоваться в соответствии с заданными настройками или находится в процессе эксплуатации, но в помещении отсутствуют операторы.
Динамическая чистая комната: чистая комната в обычном режиме эксплуатации, со всеми необходимыми сервисными функциями, оборудованием и персоналом; при необходимости может выполняться обычная работа.
3. Контрольные элементы
(1). Может удалять частицы пыли, плавающие в воздухе.
(2). Может предотвратить образование пылевых частиц.
(3). Контроль температуры и влажности.
(4). Регулирование давления.
(5). Устранение вредных газов.
(6). Воздухонепроницаемость конструкций и отсеков.
(7). Предотвращение статического электричества.
(8). Предотвращение электромагнитных помех.
(9). Учет факторов безопасности.
(10). Рассмотрение вопроса энергосбережения.
4. Классификация
Тип турбулентного потока
Воздух поступает в чистое помещение из блока кондиционирования через воздуховод и воздушный фильтр (HEPA), а возвращается через перегородки или фальшполы с обеих сторон чистого помещения. Воздушный поток движется нелинейно, а представляет собой нерегулярный турбулентный или вихревой поток. Этот тип подходит для чистых помещений класса 1000-100000.
Определение: Чистое помещение, в котором поток воздуха неравномерно распределен и не параллелен друг другу, сопровождается обратным потоком или вихревыми течениями.
Принцип: В турбулентных чистых помещениях используется поток подаваемого воздуха для непрерывного разбавления воздуха внутри помещения и постепенного разбавления загрязненного воздуха для достижения чистоты (турбулентные чистые помещения обычно проектируются с уровнем чистоты выше 1000–300 000).
Особенности: В чистых помещениях с турбулентной вентиляцией для достижения необходимого уровня чистоты используется многократная вентиляция. Количество вентиляционных циклов определяет уровень очистки (чем больше вентиляционных циклов, тем выше уровень чистоты).
(1) Время самоочищения: это время, когда чистое помещение начинает подавать воздух в чистое помещение в соответствии с расчетным числом вентиляции, и концентрация пыли в помещении достигает расчетного уровня чистоты. Для класса 1000 ожидаемое время составляет не более 20 минут (для расчета можно использовать 15 минут), для класса 10000 — не более 30 минут (для расчета можно использовать 25 минут), для класса 100000 — не более 40 минут (для расчета можно использовать 30 минут).
(2) Частота вентиляции (рассчитана 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, легко расширяемая чистая комната, в некоторых местах специального назначения беспыльный чистый стол может использоваться для повышения класса чистоты помещения.
Недостатки: частицы пыли, образующиеся в результате турбулентности, всплывают в помещении и с трудом удаляются, что может легко загрязнить технологическую продукцию. Кроме того, если систему остановить, а затем снова включить, часто требуется много времени для достижения необходимой чистоты.
Ламинарный поток
Ламинарный поток воздуха движется по равномерной прямой линии. Воздух поступает в помещение через фильтр со 100% охватом и возвращается через приподнятый пол или перегородки с обеих сторон. Этот тип подходит для использования в чистых помещениях с более высоким классом чистоты, как правило, от 1 до 100. Существует два типа:
(1) Горизонтальный ламинарный поток: Горизонтальный воздух выдувается из фильтра в одном направлении и возвращается системой возврата воздуха через противоположную стенку. Пыль выводится наружу в направлении потока. Как правило, загрязнение более серьезное на стороне, расположенной ниже по потоку.
Преимущества: Простая конструкция, стабилизация состояния в короткие сроки после начала эксплуатации.
Недостатки: Стоимость строительства выше, чем при турбулентном потоке, и расширение внутреннего пространства затруднено.
(2) Вертикальный ламинарный поток: потолок помещения полностью покрыт ULPA-фильтрами, и воздух продувается сверху вниз, что позволяет достичь более высокой чистоты. Пыль, образующаяся в процессе работы или от персонала, может быть быстро выведена наружу, не затрагивая другие рабочие зоны.
Преимущества: Простота в управлении, стабильное состояние достигается в короткие сроки после начала работы, и система не подвержена влиянию режима работы или действий операторов.
Недостатки: высокая стоимость строительства, сложность гибкого использования пространства, потолочные крепления занимают много места, а также хлопотно ремонтировать и заменять фильтры.
Композитный тип
Композитный тип представляет собой сочетание турбулентного и ламинарного потоков, что позволяет получать локально сверхчистый воздух.
(1) Чистый туннель: Использование HEPA или ULPA фильтров для покрытия 100% технологической или рабочей зоны позволяет повысить уровень чистоты до класса выше 10, что может снизить затраты на установку и эксплуатацию.
Этот тип оборудования требует изоляции рабочей зоны оператора от продукции и зоны технического обслуживания, чтобы избежать влияния на работу и качество во время технического обслуживания оборудования.
Чистые туннели обладают еще двумя преимуществами: А. Легкость и гибкость расширения; Б. Техническое обслуживание оборудования можно легко проводить в зоне технического обслуживания.
(2) Очистка труб: Окружить и очистить автоматизированную производственную линию, по которой проходит поток продукта, и повысить уровень чистоты до класса выше 100. Поскольку продукт, оператор и пылеобразующая среда изолированы друг от друга, небольшой объем подачи воздуха может обеспечить хорошую чистоту, что позволяет экономить энергию и наиболее подходит для автоматизированных производственных линий, не требующих ручного труда. Применимо в фармацевтической, пищевой и полупроводниковой промышленности.
(3) Чистая зона: Уровень чистоты зоны обработки продукции в турбулентной чистой комнате с уровнем чистоты 10 000–100 000 повышается до 10–1000 или выше для производственных целей; к этой категории относятся чистые рабочие столы, чистые навесы, сборные чистые комнаты и чистые шкафы.
Чистый верстак: класс 1~100.
Чистая кабина: небольшое пространство, окруженное антистатической прозрачной пластиковой тканью, в условиях турбулентной чистой комнаты. В ней используются независимые HEPA- или ULPA-фильтры и кондиционеры, что позволяет создать чистое пространство более высокого уровня, высотой около 2,5 метров (10-1000 м), площадью около 10 м² или менее. Кабина имеет четыре опоры и оснащена передвижными колесами для удобства использования.
5. Поток воздуха
Важность воздушного потока
На чистоту чистого помещения часто влияет циркуляция воздуха. Другими словами, движение и распространение пыли, образующейся от людей, машинных отсеков, строительных конструкций и т. д., контролируется потоком воздуха.
В чистой комнате используются фильтры HEPA и ULPA для очистки воздуха, а степень улавливания пыли достигает 99,97–99,99995%, поэтому воздух, прошедший через эти фильтры, можно считать очень чистым. Однако, помимо людей, в чистой комнате также присутствуют источники пыли, такие как оборудование. Как только образующаяся пыль распространяется, поддерживать чистоту в помещении становится невозможно, поэтому необходимо использовать циркуляцию воздуха для быстрого удаления образующейся пыли наружу.
Факторы влияния
На циркуляцию воздуха в чистом помещении влияет множество факторов, таких как технологическое оборудование, персонал, материалы для сборки чистого помещения, осветительные приборы и т. д. При этом необходимо учитывать и точку отвода воздушного потока над производственным оборудованием.
Точка отвода воздушного потока на поверхности рабочего 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 будет направляться изнутри технологической зоны в рабочую зону и удалять пыль; если же точка отвода расположена перед технологической зоной, это приведет к неправильному отводу воздушного потока. В этом случае большая часть воздуха будет направляться в заднюю часть технологической зоны, пыль, образующаяся в результате работы оператора, будет переноситься к задней части оборудования, что приведет к загрязнению рабочего стола и неизбежному снижению производительности.
В местах соприкосновения таких препятствий, как рабочие столы в чистых помещениях, будут возникать вихревые токи, и чистота вблизи них будет относительно низкой. Просверление отверстия для отвода воздуха на рабочем столе минимизирует явление вихревых токов; выбор соответствующих материалов для сборки и идеальная компоновка оборудования также являются важными факторами, влияющими на возникновение вихревых токов в воздушном потоке.
6. Состав чистой комнаты
Состав чистой комнаты включает в себя следующие системы (ни одна из которых не является обязательной в молекулярном составе системы), иначе невозможно будет сформировать полноценную и высококачественную чистую комнату:
(1) Потолочная система: включая потолочный стержень, двутавровую или U-образную балку, потолочную сетку или потолочный каркас.
(2) Система кондиционирования воздуха: включая воздушную кабину, систему фильтрации, ветряную мельницу и т. д.
(3) Перегородка: включая окна и двери.
(4) Пол: включая приподнятый пол или антистатический пол.
(5) Осветительные приборы: плоская светодиодная лампа для очистки воздуха.
Основная конструкция чистой комнаты обычно изготавливается из стальных прутков или костного цемента, но независимо от типа конструкции она должна соответствовать следующим условиям:
А. Трещины не образуются из-за перепадов температуры и вибраций;
Б. Образовывать пылевые частицы непросто, и частицам трудно к ним прикрепиться;
С. Низкая гигроскопичность;
D. Для поддержания необходимого уровня влажности в чистом помещении требуется высокая теплоизоляция;
7. Классификация по назначению
Промышленная чистая комната
Целью является контроль за воздействием неживых частиц. В основном, это контроль загрязнения воздуха пылевыми частицами, попадающими на обрабатываемый объект, при этом внутри помещения обычно поддерживается положительное давление. Подходит для применения в машиностроении, электронике (полупроводники, интегральные схемы и т. д.), аэрокосмической промышленности, химической промышленности (высокая чистота), атомной энергетике, производстве оптической и магнитной продукции (CD, пленка, ленты), ЖК-дисплеев (жидкокристаллическое стекло), жестких дисков для компьютеров, головок компьютеров и других отраслях.
Биологическая чистая комната
В основном, это контроль загрязнения обрабатываемого объекта живыми частицами (бактериями) и неживыми частицами (пылью). Его можно разделить на следующие категории:
А. Общая биологическая чистая комната: в основном контролирует загрязнение микробными (бактериальными) объектами. При этом ее внутренние материалы должны выдерживать воздействие различных стерилизующих средств, а внутри, как правило, должно поддерживаться избыточное давление. По сути, внутренние материалы должны выдерживать различные виды стерилизации, характерные для промышленных чистых комнат. Примеры: фармацевтическая промышленность, больницы (операционные, стерильные палаты), пищевая, косметическая, производство напитков, лаборатории для животных, физико-химические испытательные лаборатории, пункты сдачи крови и т. д.
B. Чистое помещение с биологической безопасностью: в основном контролирует загрязнение окружающей среды и людей живыми частицами, исходящими от обрабатываемого объекта. Внутреннее давление должно поддерживаться отрицательным по отношению к атмосферному. Примеры: бактериология, биология, чистые лаборатории, физическая инженерия (рекомбинантные гены, разработка вакцин).
Дата публикации: 07 февраля 2025 г.