(a)垂直单向流 (b)水平单向流
图一 单向流气流流型
b、非单向流洁净室
非单向流洁净室的净化原理是稀释原理。是用一定量的洁净空气来充淡稀释室内产生的污染粒子。洁净空气量越多稀释后的洁净度就越高。因此洁净的送风量(换气次数)不同,室内空气的洁净度等级也不相同。在“规范”中规定:6级洁净室的换气次数为50~60次/时;7级洁净室的换气次数为15~25次/时;8级和9级洁净室的换气次数为10~15次/时。洁净度级别不同其初投资和运行费也不相同。最常用的非单向流洁净室的气流流型主要有顶送下回、顶送下侧回和顶送顶回。
(a)顶送
下回 (b)顶送下侧回 (c)顶送顶回
图二 非单向流气流流型
c、混合流洁净室
混合流洁净室是将垂直单向流和非单向流两种型式的气流组合在一个洁净室中。混合流洁净室可大大压缩垂直单向流的面积,只将其应用在必要的关键工序和关键部位中,用大面积的非单向流来替代垂直单向流。这样不仅大大地节省建造投资而且也大大地节省了运行费用。这种混合流洁净室目前广泛地应用在微电子(超大规模集成电路)的光电子(液晶显示器LCD、等离子PDP、发光二极管LED和薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器TFT-LCD)等大面积高洁净度等级的电子工业洁净厂房中。
图三 混合流气流流型
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d、矢流洁净室
矢流洁净室是用圆弧形高效空气过滤器构成的圆弧形送风装置,经圆弧形高效过滤器送出的气流是放射形的洁净气流,流线不产生交叉,灰尘粒子也是被放射形气流带到回风口,回风口设在对面墙的下侧。矢流洁净室可用较少量的洁净送风来实现较高洁净度级别(5级)的洁净室。这种气流流型在美国和日本较多(在日本称为对角流),而我国在工程中应用较少。
图四 矢流气流流型
B、洁净室按用途和主要控制对象来分类
按使用用途和主要控制对象洁净室又可分为工业洁净室、生物洁净室和生物安全实验室。 a、工业洁净室
工业洁净室的主要控制对象是灰尘粒子。它广泛应用于电子工业、光电子工业、机械化工工业、光学工业、航天事业等。
在电子工业中微电子(集成电路)工业对洁净室的洁净度级别要求最高。而且,随着微电子技术的不断发展,集成度的不断提高,光刻线宽的不断变小对洁净室洁净度等级的要求也越来越高。根据国际半导体工业协会(SIA)对未来集成电路发展趋势,以及对洁净生产环境中尘粒控制的趋势预测可以看到微电子工业对洁净室洁净度的要求。
SIA对集成电路发展和对洁净生产环境控制趋势的预测
年代 项目 集成度 线宽(μm) 控制粒径(μm) 空气中含尘浓度 (个/m3 0.1μm) 洁净度等级(推荐) 1995 64M 0.35 0.035 114 2 1998 256M 0.25 0.025 64 1.5 2001 1G 0.18 0.018 35 1.5 2004 4G 0.13 0.013 20 1 2007 16G 0.10 0.01 12 1 2010 64G 0.07 0.007 8 0.5 微电子工业用洁净室洁净度级别的实例
洁净度 等级 2 3 4 5 6 7
气流流型 单向流 单向流 单向流 单向流 混合流 非单向流 非单向流 平均风速 (m/s) 0.3~0.5 0.3~0.5 0.3~0.5 0.2~0.5 0.1~0.3 / / 换气次数 (次/时) / / / / / 70~160 30~70 应用实例 光刻、严格密封的半导体加工区 工作区、半导体加工区 工作区、多层掩膜加工区、高密度磁盘制造区、半导体服务区、公共设施区 公共设施区、多层加工区、半导体服务区 服务区、表面处理区 12
8 非单向流 / 10~20 服务区 电子、光电子产品生产对生产环境的要求
产品工序 空气洁净度等级 温度 相对湿度 相对低级别 (级) (℃) (%) 洁净室的正压 (Pa) 拉单晶 4~5(0.3μm) 23±2 45±5 ≥5 半导切、磨、抛 5~7(0.3μm) 23±2 45±5 ≥5 体材清洗 4~7(0.3μm) 23±2 45±5 ≥5 料 外延 3~5(0.3μm) 23±2 45±5 ≥5 芯氧化、扩散、清洗、刻蚀、2~5 片(0.1~0.3μm) 23±1 45±5 ≥5 制薄膜,离子注入 造(光刻 1~4(0.1~0.3) 22±0.1 23±1 45±5 ≥5 前工检测 3~6(0.1~0.3) 23±2 45±5 ≥5 序) 设备区 6~8(0.1~0.3) 23±5 45±10 ≥5 封装 (后划片,键合 5~7(0.3) 21±1 50±5 ≥5 工序) 封装 6~8(0.3) 23±1 50±5 ≥5 薄膜光刻、 2~3(0.1) 23±1 45±5 ≥5 TFT 刻蚀、剥离 LCD 涂复 1~3(0.1) 23±1 45±5 ≥5 模块 4~5(0.3) 23±2 45±10 ≥5 组装 6~7(0.3) 23±2 45±5 ≥5 STN-LCD 6~7(0.3) (局部5级) 23±2 45±5 ≥5 HDD 制造区 3~4(0.1) 23±1 45±5 ≥5 其他区 6~7(0.3) 23±1 45±10 ≥5 PDP 核心区 5(0.3) 23±1 45±5 ≥5 支持区 6~7(0.3) 23±2 45~60 ≥5 锂电 干工艺区 6~7(0.5) 23±2 2 ≥5 池 其他区 7~8(0.5) 23±2 15 ≥5 彩色 显象涂屏电子枪装配荧光粉 7(0.5) 23±2 45±5 ≥5 管 锥子墨涂复荫罩 8(0.5) 23±2 45±5 ≥5 电子 仪器 微型计算机装配 8(0.5) 20~23±2 / ≥5 印制 线路照像、制版,干膜 7~8(0.5) 22±2 40~60 ≥5 板 预制棒 6~7(0.3) 24±2 50±5 ≥5 光导 纤维 拉丝 5~7(0.3) 22±1 50±5 ≥5 光盘制造 6~8(0.3) 23±1 50±10 ≥5 高密度磁带制造 6~8(0.5) (局部5级) 23±1 50±10 ≥5 磁头核心区 5(0.3) 23±2 60±5 ≥5 生产 清洗区 6(0.3) 21±2 < 70 ≥5 注:此表摘自《电子工业洁净厂房设计规范》
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电子工业产品对生产环境的要求实例(我国现已建成投产的工程)
序号 1 工程项目 ×××集成电路前工序生产线 洁净生产环境 控制粒径 尺寸(μm) 0.1 洁净度等级(级) 温度 (℃) 22±0.1 相对湿度 (%) 45±3 备注 单向流 单向流 2 ×××集成电路前工序生产线 0.1 1.5 22±0.1 43±3 1.5 (微环境) 单向流 单向流 混合流 单向流 混合流 3 4 5 6 7 ×××TFT-LCD生产线 ×××磁头生产线 ×××光导纤维生产线 ×××高密度磁带生产线 ×××彩色显示器生产线 0.3 0.3 0.3 0.5 0.5 4 5 7 (局部5) 5 7 (局部5) 22±1 22±2 24±2 23±1 22±1 55±5 60±5 / 50±5 55±5 b、生物洁净室
生物洁凈室主要的控制对象是微生物、病菌等活的有生命的粒子,是不断地生长、繁殖的粒子。它所产生的污染不仅仅是微生物本身,而且,还有它们新陈代谢产生的二次污染。生物洁净室主要应用在医疗、制药、食品、生物工程、实验动物饲养以及生物安全等行业之中。
随着党中央“以人为本”方针的深入贯彻,党和国家更加重视广大人民的衣、食、住、行和身体健康。同时,随着全国人民生活水平的不断提高,人们也更加重视饮食的质量和卫生的状况,更加关心身体的健康和医疗、医药的质量和水平。为了确保医疗、医药、食品的质量卫生,为其服务的生物洁净室,生物洁净技术就是必须的环境条件。
下面举例说明生物洁净室在医药、实验动物饲养、食品,医疗等行业中的应用。 (a) 医药行业
“药品生产质量管理规范”(GMP)中规定:药品生产的洁净厂房内的生产环境参数如:温度和相对湿度以及压差等均是由生产工艺决定的,一般温度为18℃~24℃,相对湿度为45%~65%。在“药品生产质量管理规范”(GMP)的实施指南中规定的比较具体。即药品生产洁净厂房中的温度和相对湿度是以穿洁净工作服的操作人员不产生不舒服、不舒适为基准的。一般情况下:
药品生产的洁净度 (级) ISO 5级(100级) ISO 7级(10000级) ISO 8级(100,000级) > ISO 8级 温度 (℃) 20 ~ 24 20 ~ 24 18 ~ 28 18 ~ 28 相对湿度 (%) 45 ~ 65 45 ~ 65 50 ~ 65 50 ~ 65 洁净室(区)空气洁净度等级
洁净度等级 (级) 100 10000 100000 300000 尘粒最大允许浓度数/m3 ≥0.5μm 3500 350000 3500000 10500000 ≥5.0μm 0 2000 20000 60000 微生物最大允许数 浮游菌/ m3 5 100 500 / 沉降菌/皿 1 3 10 15 注:此表摘自《药品生产质量管理规范》。
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洁净室(区)空气洁净度等级
洁净度等级 (级) 100 10000 100000 300000 尘粒最大允许浓度数/m3 ≥0.5μm 3500 350000 3500000 10500000 ≥5.0μm 0 2000 20000 60000 微生物最大允许数 浮游菌/ m3 5 50 150 200 沉降菌/皿 0.5 1.5 3 5 注:此表摘自《兽药生产质量管理规范》。
代表欧洲多数国家的比利时JANSSEN制药国际公司指南(911001)中规定了药品生产洁净厂房中的温度和相对湿度:
车间名称 温度(T℃) 相对湿度(?%) 固体制剂车间 20 ~ 25 35 ~ 65 非固体制剂车间 20 ~ 25 / 包装车间 20 ~ 25 35 ~ 55 车间内仓库 20 ~ 25 35 ~ 55 车间外仓库 16 ~ 30 / 辅助用房,办公 20 ~ 25 / (b)实验动物饲养
实验动物繁殖,生产设施以及动物实验设施(设备)的环境要求如下:
实验动物繁殖,生产设施环境指标(静态)
指 标 参 数 小鼠、大鼠、豚鼠、地鼠 犬、猴、猫、兔、小型猪 鸡 普通环境 屏障环境 隔离环境 普通环境 屏障环境 隔离环境 隔离环境 温度(℃) 18~29 20~26 20~26 16~28 20~26 20~26 16~28 日温差(℃) / 4 4 / 4 4 4 相对湿度(%) 40~70 40~70 40~70 40~70 40~70 40~70 40~70 气流速度(m/s) 0.1~0.2 0.1~0.2 0.1~0.2 0.1~0.2 0.1~0.2 0.1~0.2 0.1~0.2 压力梯度(Pa) / 20~50 100~150 / 20~50 100~150 20~50 洁净度(级) / 10000 100 / 10000 100 10000 落下菌(个/皿) 30 3 无检出 30 3 无检出 3 氨浓度(mg/m3) 14 14 14 14 14 14 14 噪声,dB(A) 60 60 60 60 60 60 60 照工作照度 150~300 150~300 150~300 150~300 150~300 150~300 150~300 度 动物照度 15~20 15~20 15~20 100~200 100~200 100~200 5~10 昼夜明暗 12/12 12/12 12/12 12/12 12/12 12/12 12/12 交替时间(h) 10/14 10/14 10/14 10/14 10/14 10/14 10/14 换气次数(次/h) 8~10 10~20 20~50 8~10 10~20 20~50 10~20 15