一、定義

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準的粒子數(shù)量來規(guī)定。也就是說所謂無塵并非100%沒有一點灰塵，而是控制在一個非常微量的單位上。當(dāng)然這個標準中符合灰塵標準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，哪怕是一點點的灰塵都會產(chǎn)生非常大的負面影響，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，就達到了國際無塵標準的A級。目前應(yīng)用在芯片級生產(chǎn)加工的無塵標準對于灰塵的要求高于A級，這樣的高標主要被應(yīng)用在一些等級較高芯片生產(chǎn)上。微塵數(shù)量被嚴格控制在每立方米1000個以內(nèi)，這也就是業(yè)內(nèi)俗稱的1K級別。

 

潔凈室用途主要有以下三個：

 

空氣潔凈室：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)潔凈室：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)潔凈室：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、控管項目

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。

 

三、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)。氣流非直線型運動而呈不規(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、伴有回流或渦流的潔凈室。

 

原理：亂流潔凈室靠送風(fēng)氣流不斷稀釋室內(nèi)空氣，將污染空氣逐漸稀釋，來實現(xiàn)潔凈的（亂流潔凈室一般設(shè)計在千級以上至30萬級凈化級別）。

 

特性：亂流潔凈室是靠多次換氣來實現(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）

 

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

 

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

 

優(yōu)點：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：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)停止運轉(zhuǎn)再激活，欲達需求之潔凈度，往往須耗時相當(dāng)長一段時間。

層流式(Laminar)

層流式空氣氣流運動成一均勻之直線形，空氣由覆蓋率100%之過濾器進入室內(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：

 

(1)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)污染較嚴重。

 

優(yōu)點：構(gòu)造簡單，運轉(zhuǎn)后短時間內(nèi)即可變成穩(wěn)定。

 

缺點：建造費用比亂流式高，室內(nèi)空間不易擴充。

 

(2)垂直層流式：房間天花板完全以ULPA過濾器覆蓋，空氣由上往下吹，可得較高之潔凈度，在制程中或工作人員所產(chǎn)生的塵埃可快速排出室外而不會影響其它工作區(qū)域。

 

優(yōu)點：管理容易，運轉(zhuǎn)開始短時間內(nèi)即可達穩(wěn)定狀態(tài)，不易為作業(yè)狀態(tài)或作業(yè)人員所影響。

 

缺點：構(gòu)造費用較高，彈性運用空間困難，天花板之吊架相當(dāng)占空間，維修更換過濾器較麻煩。

復(fù)合式(Mixed Type)

復(fù)合式為將亂流式及層流式予以復(fù)合或并用，可提供局部超潔凈之空氣。

 

(1)潔凈隧道(Clean Tunnel)：以HEPA或ULPA過濾器將制程區(qū)域或工作區(qū)域100%覆蓋使?jié)崈舳鹊燃壧岣咧?0級以上，可節(jié)省安裝運轉(zhuǎn)費用。

 

此型式需將作業(yè)人員之工作區(qū)與產(chǎn)品和機器維修予以隔離，以避免機器維修時影響了工作及品質(zhì)，ULSI制程大都采用此種型式。

 

潔凈隧道另有二項優(yōu)點：A.彈性擴充容易； B.維修設(shè)備時可在維修區(qū)輕易執(zhí)行。

 

(2)潔凈管道(Clean Tube)：將產(chǎn)品流程經(jīng)過的自動生產(chǎn)線包圍并凈化處理，將潔凈度等級提至100級以上。因產(chǎn)品和作業(yè)員及發(fā)塵環(huán)境相互隔離，少量之送風(fēng)即可得到良好之潔凈度，可節(jié)省能源，不需人工的自動化生產(chǎn)線為最適宜使用。藥品、食品業(yè)界及半導(dǎo)體業(yè)界均適用。

 

(3)并裝局部潔凈室(Clean Spot)：將潔凈室等級10,000~100,000之亂流潔凈室內(nèi)之產(chǎn)品制程區(qū)的潔凈度等級提高為10~1000級以上，以為生產(chǎn)之用；潔凈工作臺、潔凈棚、裝配式潔凈室、潔凈衣柜即屬此類。

 

潔凈工作臺：等級Class 1~100級。

 

潔凈棚：為在亂流式之潔凈室空間內(nèi)以防靜電之透明塑料布圍成一小空間，采用獨立之HEPA或ULPA及空調(diào)送風(fēng)機組而成為一較高級之潔凈空間，其等級為10~1000級，高度在2.5米左右，覆蓋面積約10m2以下，四支支柱并加裝活動輪，可為彈性運用。

 

四、氣流的流動

氣流的重要性

潔凈室的潔凈度往往受到氣流的影響，換言之，即人、機器隔間、建筑結(jié)構(gòu)等所產(chǎn)生的塵埃之移動、擴散受到氣流的支配。

 

潔凈室系利用HEPA、ULPA過濾空氣，其塵埃的收集率達99.97~99.99995%之多，因此經(jīng)過此過濾器過濾的空氣可說十分干凈。然而潔凈室內(nèi)除了人以外，尚有機器等之發(fā)塵源，這些發(fā)生的塵埃一旦擴散，即無法保持潔凈空間，因此必須利用氣流將發(fā)生的塵埃迅速排出室外。

風(fēng)速的控制

潔凈室內(nèi)的氣流是左右潔凈室性能的重要因素，一般潔凈室的氣流速度是選0.25~0.5m/s之間，此氣流速度屬微風(fēng)區(qū)域，易受人、機器等的動作而干擾趨于混亂、雖提高風(fēng)速可抑制此一擾亂之影響而保持潔凈度、但因風(fēng)速的提高，將影響運轉(zhuǎn)成本的增加，所以應(yīng)在滿足要求的潔凈度水準之時，能以最適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速供應(yīng)，以達到適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速供應(yīng)以達到經(jīng)濟性效果。

 

另一方面欲達到潔凈室潔凈度之穩(wěn)定效果，均一氣流之保持亦為一重要因素，均一氣流若無法保持，表示風(fēng)速有異，特別是在壁面，氣流會延著壁面發(fā)生渦流作用，此時要實現(xiàn)高潔凈度事實上很困難。

 

垂直層流式方向要保持均一氣流必須：(a)吹出面的風(fēng)速不可有速度上的差異；(b)地板回風(fēng)板吸入面之風(fēng)速不可有速度上的差異。速度過低或過高(0.2m/s，0.7m/s)均有渦流之現(xiàn)象發(fā)生，而0.5m/s之速度，氣流則較均一，目前一般潔凈室，其風(fēng)速均取在0.25~0.5m/s之間。

影響因素

影響潔凈室的氣流因素很多，如制程設(shè)備、人員、潔凈室組裝材、照明器具等，同時對于生產(chǎn)設(shè)備上方氣流的分流點，亦應(yīng)列入考慮因素。

 

一般操作臺或生產(chǎn)設(shè)備等表面的氣流分流點，應(yīng)設(shè)于潔凈室空間與隔墻板間距2/3之處，如此可使作業(yè)人員工作時，氣流可從制程區(qū)內(nèi)部流向作業(yè)區(qū)，而將微塵帶走；若分流點配置在制程區(qū)前方，將成為不當(dāng)?shù)臍饬鞣至鳎藭r大部份的氣流將流至制程區(qū)之后，作業(yè)員操作所引起的塵埃將被帶到設(shè)備后面，工作臺因而將受到污染，良率也勢必降低。

 

潔凈室內(nèi)的工作桌等障礙物，在相接處均會有渦流現(xiàn)象發(fā)生，相對地在其附近之潔凈度將會較差，在工作桌面鉆上回風(fēng)孔，將使渦流現(xiàn)象減少最低；組裝材料之選擇是否恰當(dāng)、設(shè)備布局是否完善，亦為氣流是否成為渦流現(xiàn)象之重要因素。

 

五、潔凈室之構(gòu)成

潔凈室的構(gòu)成是由下列各項系統(tǒng)所組成(在所組成的系統(tǒng)分子中是缺一不可的)，否則將無法構(gòu)成一完整且品質(zhì)良好的潔凈室：

 

(1)天花板系統(tǒng)：包括吊桿(Ceiling rod)、綱梁(I-Beam或U-Beam)、天花板格子梁(Ceiling grid或Ceilingframe)。

 

(2)空調(diào)系統(tǒng)：包括空氣艙、過濾器系統(tǒng)、風(fēng)車等。

 

(3)隔墻板(Partitional wall)：包括窗戶、門。

 

(4)地板：包括高架地板或防靜電舒美地板。

 

(5)照明器具：包括日光燈、黃色燈管等。

 

潔凈室之建筑主體構(gòu)造，一般是用鋼筋或骨水泥，但無論是何種構(gòu)造，必須滿足如下之條件：

 

A.不會因溫度變化與振動而發(fā)生裂痕；

 

B.不易產(chǎn)生微塵粒子，且很難附著粒子；

 

C.吸濕性小；

 

D.為了維持室內(nèi)之濕度條件，熱絕緣性要高；

 

六、潔凈室按用途分類（可分為兩大類）

工業(yè)潔凈室

以無生命微粒的控制為對象。主要控制空氣塵埃微粒對工作對象的污染，內(nèi)部一般保持正壓狀態(tài)。它適用于精密機械工業(yè)、電子工業(yè)（半導(dǎo)體、集成電路等）宇航工業(yè)、高純度化學(xué)工業(yè)、原子能工業(yè)、光磁產(chǎn)品工業(yè)（光盤、膠片、磁帶生產(chǎn)）LCD（液晶玻璃）、電腦硬盤、電腦磁頭生產(chǎn)等多行業(yè)。

生物潔凈室

主要控制有生命微粒（細菌）與無生命微粒（塵埃）對工作對象的污染。又可分為；

 

A、 一般生物潔凈室：主要控制微生物（細菌）對象的污染。同時其內(nèi)部材料要能經(jīng)受各種滅菌劑侵蝕，內(nèi)部一般保證正壓。實質(zhì)上其內(nèi)部材料要能經(jīng)受各種滅菌處理的工業(yè)潔凈室。例：制藥工業(yè)、醫(yī)院（手術(shù)室、無菌病房）食品、化妝品、飲料產(chǎn)品生產(chǎn)、動物實驗室、理化檢驗室、血站等。

 

B、 生物學(xué)安全潔凈室：主要控制工作對象的有生命微粒對外界和人的污染。內(nèi)部要保持與大氣的負壓。例：細菌學(xué)、生物學(xué)、潔凈實驗室、物物工程（重組基因、疫苗制備）

 

七、潔凈室污染源知識

1、發(fā)塵量

潔凈室內(nèi)的發(fā)塵量，來自設(shè)備的可考慮通過局部排風(fēng)排除，不流入室內(nèi)；產(chǎn)品，材料等在運送過程中的發(fā)塵與人體發(fā)塵量相比，一般極小，可忽略；由于金屬半壁（彩鋼夾心板）的應(yīng)用來自建筑表面的發(fā)塵也很少，一般占10%以下，發(fā)塵主要來自人，占90%左右。在人的發(fā)塵量上，由于服裝材料和樣式的改進，發(fā)塵絕對量也不斷減少。

 

A、材質(zhì)：棉質(zhì)發(fā)塵量最大，以下依次為棉、的確良、去靜電純滌綸、尼龍。

 

B、樣式：大掛式發(fā)塵量最大，上下分裝型次之，全罩型最少；

 

C、活動：動作時的發(fā)塵量一般達到靜止時間3-7倍；

 

D、清洗：用溶劑洗滌的發(fā)塵量降至用一般水清洗的五分之一。

 

室內(nèi)維護結(jié)構(gòu)表面發(fā)塵量，以地面為準，大約相應(yīng)8平方米地面時的表面發(fā)塵量與一個靜止的人的發(fā)塵量相當(dāng)。

2、發(fā)菌量

工作人員產(chǎn)生的污染：

 

1）皮膚：人類通常每四天完成一次皮膚的完全脫換，人類每分鐘脫落約1000片皮膚（平均大小為30*60*3微米）

 

2）頭發(fā)：人類的頭發(fā)（直徑約為50~100微米）一直在脫落。

 

3）口水：包括鈉、酶、鹽、鉀、氯化物及食品微粒。

 

4）日常衣物：微粒、纖維、硅土、纖維素、各種化學(xué)品和細菌。

 

5）人類靜止和坐立每分鐘將產(chǎn)生10000個大于0.3微米的微粒。

 

6）人類在頭部和軀干做動作時每分鐘將產(chǎn)生1000000個大于0.3微米的微粒。

 

7）人類以0.9m/s的速度行走時每分鐘將產(chǎn)生5000000個大于0.3微米的微粒。

 

分析國外試驗資料可以認為：

 

（１） 潔凈室內(nèi)當(dāng)工作人員穿無菌服時：

 

靜止時的發(fā)菌量一般為10-300個/min.人

 

軀體一般活動時的發(fā)菌量為 150-1000個/min.人

 

快步行走時的發(fā)菌量為 900-2500個/min.人

 

（２） 咳嗽一次一般為 70~700個/ min.人

 

噴嚏一次一般為 4000~62000個/ min.人

 

（３） 穿平常衣服時發(fā)菌量 3300~62000個/ min.人

 

（４） 無口罩發(fā)菌量:有口罩發(fā)菌量 1:7~1:14

 

（５） 發(fā)菌量：發(fā)塵量 1:500~1:1000 據(jù)國內(nèi)事例：

 

（６） 手術(shù)中人員發(fā)菌量 878個/ min.人

 

所以，可知潔凈室內(nèi)無菌衣人員的靜態(tài)發(fā)菌量一般不超過300個/ min.人，動態(tài)發(fā)菌量一般不超過1000個/ min/人，以此作為計算依據(jù)是可行的。

 

八、潔凈室標準規(guī)范

國內(nèi)標準規(guī)范

（1）.潔凈廠房設(shè)計規(guī)范 GB50073-2001

 

（2）.醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范GB50333-2002

 

（3）.醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計規(guī)范GB 50457-2008

 

（4）.傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范

 

（5）.醫(yī)藥工業(yè)潔凈室（區(qū)）懸浮粒子的測試方法GB/T16292-1996

 

（6）.QS認證質(zhì)量手冊

 

（7）.GMP 藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范

 

國際標準規(guī)范　ISO系列

 

（1）ISO14644-1 空氣潔凈度等級劃分

 

（2）ISO14644-2 為認證ISO14644-1的 連續(xù)的相符性的測試和監(jiān)測技術(shù)要求

 

（3）ISO14644-3 測試方法

 

（4）ISO14644-4 設(shè)計建造啟動

 

（5）ISO14644-5 運行(Operations)

 

（6）ISO14644-6 術(shù)語和定義

 

（7）ISO14644-7 分離裝置(潔凈空氣罩、手套箱、分離器和微循環(huán)設(shè)備

 

（8）ISO14644-8 分子污染

 

（9）ISO14644-9 潔凈化學(xué)品（液體）

 

IEST系列

 

潔凈空氣：

 

RP-CC001高效與超高效過濾器

 

RP-CC002單向流裝置

 

RP-CC006潔凈室測試RP-CC007超高效過濾器測試

 

RP-CC008氣體吸收裝置

 

RP-CC016潔凈室非揮發(fā)性殘留物質(zhì)的沉積率

 

RP-CC021高效與超高效過濾器過濾器介質(zhì)測試

 

RP-CC034高效與超高效過濾器過濾器檢漏

 

潔凈室與潔凈環(huán)境：

 

RP-CC006潔凈室測試

 

RP-CC012潔凈室設(shè)計要點

 

RP-CC016潔凈室非揮發(fā)性殘留物質(zhì)的沉積率

 

RP-CC018潔凈室管理運行與檢測程序

 

RP-CC022潔凈室與受控環(huán)境中的靜電

 

RP-CC023潔凈室中的微生物

 

RP-CC024微電子設(shè)備震動測量與說明

 

RP-CC026潔凈室運行

 

RP-CC027潔凈室與受控環(huán)境中人員與行為

 

RP-CC034高效與超高效過濾器過濾器檢漏

 

特殊應(yīng)用：

 

RP-CC029使用噴漆器要考慮的污染控制因素

 

運行保障：

 

RP-CC003凈室與受控環(huán)境的服裝系統(tǒng)要點

 

RP-CC004凈室與受控環(huán)境用抹布材料評估

 

RP-CC005凈室與受控環(huán)境用手套和指套

 

RP-CC020潔凈室文件材料與格式

 

設(shè)備：

 

RP-CC002單向流裝置

 

RP-CC013設(shè)備校準與檢驗程序

 

RP-CC015潔凈室生產(chǎn)設(shè)備與輔助設(shè)備

 

RP-CC034高效與超高效過濾器過濾器檢漏

 

術(shù)語：

 

RP-CC011污染控制領(lǐng)域術(shù)語和定義

 

文獻：

 

RP-CC009污染控制領(lǐng)域的標準、準則、方法與相關(guān)文件概覽

 

九、行業(yè)應(yīng)用

潔凈工程是一個應(yīng)用行業(yè)非常廣泛的基礎(chǔ)性配套產(chǎn)業(yè)，目前在電子信息、半導(dǎo)體、光電子、精密制造、醫(yī)藥衛(wèi)生、生物工程、航天航空、汽車噴涂等眾多行業(yè)均有應(yīng)用，并根據(jù)行業(yè)的精密與無塵要求，等級差別也較大。

 

目前級別最高的當(dāng)屬航天航空的航空倉，基本是屬于1級，屬于特殊領(lǐng)域，面積相對較小。

 

另外對級別要求較高的是生化實驗室和高精納米材料生產(chǎn)車間，物聯(lián)網(wǎng)芯片的發(fā)展將是未來需求的一大方向。

 

十、詳細參數(shù)

潔凈標準與潔凈等級 (ISO 國際標準）

 

各粒徑檔最大容許粒子濃度 (顆/m3)

經(jīng)濟和科技發(fā)達的國家和地區(qū)都有自己的空氣潔凈標準和規(guī)范標準，都規(guī)定了有關(guān)的潔凈度等級，例如美國、日本、西歐、北歐、俄羅斯等。我國于1984年頒布《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》（GBJ73-84），1996年該規(guī)范進行了較大的修改，1990年頒布《潔凈室施工及驗收規(guī)范》（JGJ71-90）以指導(dǎo)施工和驗收的重要文件。目前，該規(guī)范在重新修訂中。

 

GBJ73-84規(guī)定的潔凈度等級

 

等級每立方米（升）空氣中》0.5μm塵粒數(shù) 每立方米（升）空氣中》5μm塵粒數(shù)

附：

根據(jù)潔凈室國際標準ISO14644： 百級潔凈室就是5級。

對于百級潔凈室，其室內(nèi)氣流流型為垂直單向流或水平單向流，氣流流速為：0.2~0.5m/s，百級潔凈室0.5μm的塵埃粒子數(shù)為：3520PCS/m3。正常情況下其滿布比達到80%，垂直單向流滿布比不應(yīng)小于60%，水平單向流滿布比不應(yīng)小于40%，否則就是局部單向流了。

單向流潔凈室下限風(fēng)速建議值：

為了保證潔凈室能控制以下四種污染的最小風(fēng)速：

a. 當(dāng)污染氣流多方位散布時，送風(fēng)氣流要能有效控制污染的范圍；

b. 當(dāng)污染氣流與送風(fēng)氣流同向時，送風(fēng)氣流要能有效控制污染氣流到達下游的擴散范圍；

c. 當(dāng)污染氣流與送風(fēng)氣流逆向時，送風(fēng)氣流能把污染氣流抑制在必要的距離之內(nèi)；

d. 在全室被污染的情況下，足以在合適的時間迅速使室內(nèi)空氣自凈