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行業(yè)規(guī)范  INDUSTRY

首頁 > 行業(yè)規(guī)范
潔凈室(潔凈度參照標(biāo)準(zhǔn))

ISO 14644 根據(jù)懸浮粒子濃度這個唯一指標(biāo)來劃分潔凈室(區(qū))及相關(guān)受控環(huán)境中空氣潔凈度的等級,并且僅考慮粒徑限值(低限)在0.1um~5.0um 范圍內(nèi)呈累積分布的粒子群。根據(jù)粒子徑,可以劃分為常規(guī)粒子(0.1um~5.0um)、超微粒子(<0.1um)和宏粒子(>5.0um)。
 
■美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)(USA Federal Standard)209E(1992年)
潔凈度級別 粒 徑 (um)
  0.1 0.2 0.3 0.5 5.0
1 35.0 7.50 3.00 1.00 NA
10 350 75.0 30.0 10.0 NA
100 NA 750 300 100 NA
1000 NA NA NA 1000 7.0
10000 NA NA NA 10000 70.3
100000 NA NA NA 100000 700

■中國藥品生產(chǎn)潔凈室(區(qū))的空氣潔凈度標(biāo)準(zhǔn)

 
潔凈度級別 塵埃最允許數(shù)/平方米     微生物最大允許數(shù)
  ≥0.5um ≥5um 浮游菌個/立方米 沉降菌個/皿.30min
100 3500 0 5 1
10000 350,000 2,000 100 3
100000 3,500,000 20,000 500 10
300000 10,500,000 61,800 NA 15
國家藥品監(jiān)督管理局1999年8月1日發(fā)布實(shí)施 

 
■基于≥0.5um粒徑的各國潔凈度等級近似對照表
個/M3≥ 0.5um ISO14644-1(1999) US 209E (1992) US 209D (1988) EEC GGMP (1989) FRANCE AFNOR(1981) GERMANY VDI 2083(1990) JAPAN JAOA(1989)
1 - - - - - - -
3.5 2 - - - - 0 2
10.0 - M1 - - - - -
35.3 3 M1.5 1 - - 1 3
100 - M2 - - - - -
353 4 M2.5 10 - - 2 4
1,000 - M3 - - - - -
3,530 5 M3.5 100 A+B 4,000 3 5
10,000 - M4 - - - - -
35,300 6 M4.5 1,000 1,000 - 4 6
100,000 - M5 - - - - -
353,000 7 M5.5 10,000 C 400,000 5 7
1,000,000 - M6 - - - - -
3,530,000 8 M6.5 100,000 D 4,000,000 6 8
10,000,000 - M7 - - - - -

■基于≥0.5um粒徑的各國潔凈度等級近似對照表
空氣潔凈度等級(N)      大于或等于表中粒徑的最大濃度限值(pc/m3)
  0.1um 0.2um 0.3um 0.5um 1um 5um
1 10 2        
2 100 24 10 4    
3 1000 237 102 35 8  
4 10000 2370 1020 352 83  
5 100000 23700 10200 3520 832 29
6 1000000 237000 102000 35200 8320 293
7       352000 83200 2930
8       3520000 832000 29300
9       35200000 8320000 293000


       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。

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。

  潔凈室最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(diǎn)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(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個以下,就達(dá)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。0.5uM及以下的微塵數(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,而至少在工作區(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,層流潔凈室這個名詞是不貼切的,國外某些標(biāo)準(zhǔn)和文章也指出這一點(diǎn),例如英國標(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)邦德國標(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,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,這種流動狀態(tài)也可稱平行流或單向流。1977年中國在《空氣潔凈技術(shù)措施》中選用了“平行流”這個術(shù)語,在該術(shù)語后面同時也指出習(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)臟空氣沿整個斷面排至室外,達(dá)到凈化室內(nèi)空氣的目的。所以,前聯(lián)邦德國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空氣活塞,沿著房間這個“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)缴喜吭偎拖聛恚茐牧松鲜?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。

  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: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。

  來流的紊動性大,則將影響后面的單向流特性;來流未充滿流動截面,則將影響后面是否能形成“活塞流”和形成的快慢;而來流未充滿流動截面也是來流素動的一個因素。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截面。但是,對一間房間而不是一段管道來說,讓氣流從頭至尾完全充滿流動截面也是不現(xiàn)實(shí)的。

  最初,確實(shí)認(rèn)為這種單向平行的氣流應(yīng)該充滿整個潔凈室,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“在有限的領(lǐng)域內(nèi)全部空氣沿平行流線以等速流動的意思”,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房間中占支配地位,例如在整個工作區(qū)這一層空間保證了單向流,這個房間就是單向流潔凈室。前面介紹過的國內(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,而中國最早在《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。現(xiàn)在國際上則習(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,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€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,迅速向四周擴(kuò)散、混合,同時把差不多同樣數(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。

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