凈化工程是指控制產(chǎn)品 (如硅芯片等) 所接觸大氣的潔凈度及溫濕度，使產(chǎn)品能在一個(gè)良好的環(huán)境空間中生產(chǎn)、制造。此環(huán)境空間的設(shè)計(jì)施工過(guò)程即可稱為凈化工程。
基本信息中文名稱
凈化工程
外文名稱
Purification engineering
工程性質(zhì)
環(huán)境保護(hù)
東莞凈化工程公司
應(yīng)用
制造業(yè)
原理
亂流潔凈室，單向流潔凈室
作用
控制產(chǎn)品 (如硅芯片等) 所接觸之大氣的潔凈度及溫濕度
亂流潔凈室亂流潔凈室的主要特點(diǎn)是從來(lái)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(lái)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(dòng)，將會(huì)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(lái)描述亂流潔凈室更確切、更。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(gè)過(guò)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€(gè)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(dòng)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。
折疊單向流潔凈室單向流潔凈室一般有兩種類(lèi)型，即水平流和垂直流。在水平流系統(tǒng)中，氣流是從一面墻流向另一面墻。在垂直流系統(tǒng)中，氣流是從吊頂流向地面。對(duì)要求潔凈室的懸浮粒子濃度或微生物濃度更低的場(chǎng)合，就使用單向氣流。以前稱這類(lèi)潔凈室為"層流"潔凈室。單向流和層流的名稱均說(shuō)明了其氣流的狀況:氣流以一個(gè)方向流動(dòng)(或是垂直的或是水平的)，并以一般是0.3米/秒至0.5米/秒(60英尺/分鐘至100英尺/分鐘)的均速流過(guò)整個(gè)空間。由滿布潔凈室吊頂?shù)倪^(guò)濾器向室內(nèi)送風(fēng)。氣流有如一個(gè)空氣活塞，向下流經(jīng)室內(nèi)，帶走污染物，然后從地面排出。又在與外部的一些新鮮空氣混合后，再循環(huán)至過(guò)濾器。人員和工藝所產(chǎn)生的懸浮污染可立即被這種空氣清除掉，而紊流通風(fēng)系統(tǒng)采用的是混合與稀釋原理。在一間沒(méi)有任何障礙物的空房間，單向流用比前面提到的低得多的風(fēng)速，就可以很快將污染物清除。但在一個(gè)操作間，機(jī)器以及機(jī)器周?chē)邉?dòng)的人員，會(huì)對(duì)氣流形成障礙。障礙物可以使單向流變成紊流，從而在障礙物周?chē)纬蓺饬鲌F(tuán)。人員的活動(dòng)也可以使單向流變成紊流。在這些紊流中，由于風(fēng)速較低，空氣稀釋程度較小，從而使得污染濃度較高。因此，必須將風(fēng)速保持在0.3米/秒至0.5米/秒(60英尺/分鐘至100英尺/分鐘)的范圍里，以便使中斷的單向流能快速恢復(fù)，充分稀釋障礙物周?chē)闪鲄^(qū)的污染。用風(fēng)速可以正確地表示出單向流，因?yàn)轱L(fēng)速越高室內(nèi)就越潔凈。而每小時(shí)換氣次數(shù)與房間的體積有關(guān)，如吊頂?shù)母叩停虼瞬贿m合用來(lái)表示單向流。單向流室內(nèi)的送風(fēng)量是紊流室的很多倍(10到100倍)。
折疊潔凈室中的溫濕度控制
潔凈空間的溫濕度主要是根據(jù)工藝要求來(lái)確定，但在滿足工藝要求的條件下，應(yīng)考慮到人的舒適度感。隨著空氣潔凈度要求的提高，出現(xiàn)了工藝對(duì)溫濕度的要求也越來(lái)越嚴(yán)的趨勢(shì)。具體工藝對(duì)溫度的要求以后還要列舉，但作為總的原則看，由于加工精度越來(lái)越精細(xì)，所以對(duì)溫度波動(dòng)范圍的要求越來(lái)越小。例如在大規(guī)模集成電路生產(chǎn)的光刻曝光工藝中，作為掩膜板材料的玻璃與硅片的熱膨脹系數(shù)的差要求越來(lái)越小。直徑100 um的硅片，溫度上升1度，就引起了0.24um線性膨脹，所以必須有±0.1度的恒溫，同時(shí)要求濕度值一般較低，因?yàn)槿顺龊挂院螅瑢?duì)產(chǎn)品將有污染，特別是怕鈉的半導(dǎo)體車(chē)間，這種車(chē)間溫度不宜超過(guò)25度，濕度過(guò)高產(chǎn)生的問(wèn)題更多。相對(duì)濕度超過(guò)55%時(shí)，冷卻水管壁上會(huì)結(jié)露，如果發(fā)生在精密裝置或電路中，就會(huì)引起各種事故。相對(duì)濕度在50%時(shí)易生銹。此外，濕度太高時(shí)將通過(guò)空氣中的水分子把硅片表面粘著的灰塵化學(xué)吸附在表面難以清除。相對(duì)濕度越高,粘附的越難去掉，但當(dāng)相對(duì)濕度低于30%時(shí)，又由于靜電力的作用使粒子也容易吸附于表面，同時(shí)大量半導(dǎo)體器件容易發(fā)生擊穿。對(duì)于硅片生產(chǎn)濕度范圍為35-45%。
氣壓規(guī)定
對(duì)于大部分潔凈空間，為了防止外界污染侵入，需要保持內(nèi)部的壓力(靜壓)高于外部的壓力(靜壓)。壓力差的維持一般應(yīng)符合以下原則:
1.潔凈空間的壓力要高于非潔凈空間的壓力。
2.潔凈度級(jí)別高的空間的壓力要高于相鄰的潔凈度級(jí)別低的空間的壓力。
壓力差的維持依靠新風(fēng)量，這個(gè)新風(fēng)量要能補(bǔ)償在這一壓力差下從縫隙漏泄掉的風(fēng)量。所以壓力差的物理意義就是漏泄(或滲透)風(fēng)量通過(guò)潔凈室的各種縫隙時(shí)的阻力。
潔凈室中的氣流速度規(guī)定
這里要討論的氣流速度是指潔凈室內(nèi)的氣流速度，在其他潔凈空間中的氣流速度在討論具體設(shè)備時(shí)再說(shuō)明。
對(duì)于亂流潔凈室 由于主主要靠空氣的稀釋作用來(lái)減輕室內(nèi)污染的程度，所以主要用換氣次數(shù)這一概念，而不直接用速度的概念，不過(guò)對(duì)室內(nèi)氣流速度也有如下要求;
(1)送風(fēng)口出口氣流速度不宜太大，和單純空調(diào)房間相比，要求速度衰減更快，擴(kuò)散角度更大。
(2)吹過(guò)水平面的氣流速度(例如側(cè)送時(shí)回流速度)不宜太大，以免吹起表面微粒重返氣流，而造成再污染，這一速度一般不宜大干0.2m/s。
對(duì)于平行流潔凈室《習(xí)慣上稱層流潔凈室，由于主要靠氣流的"活塞打擠壓作用排除行染，所以截面上的速度就是非常重要的指標(biāo)。過(guò)去都參考美國(guó)20gB標(biāo)準(zhǔn)，采用0.45m/s.但人們也都了解到這樣大速度所需要的通風(fēng)量是極大的，為了節(jié)能，也都在探求降低風(fēng)速的可行性。
在我國(guó)，《空氣潔凈技術(shù)措施》和(潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范)都是這樣規(guī)定的
垂直平行流(層流)潔凈室≥0.25m/s
水平平行流(層流)潔凈室≥0.35 m/s
噪聲控制
潔凈室噪聲標(biāo)準(zhǔn)一般均嚴(yán)于保護(hù)健康的標(biāo)準(zhǔn)，目的在于保障操作正常進(jìn)行，滿足必要的談話聯(lián)系及舒適的工作環(huán)境。因此衡量潔凈室的噪聲主要指標(biāo)是:
1.煩惱的效應(yīng)
由于噪聲，使人感到不安寧而產(chǎn)生煩惱情緒，一般分為極安靜、很安靜、較安靜、稍嫌吵鬧，比較吵鬧和極吵鬧7個(gè)煩惱等級(jí)。凡反應(yīng)水平屬于很吵鬧和極吵鬧者，即為高煩惱，高煩惱人數(shù)在總?cè)藬?shù)中的百分比即為高煩惱率。
2.對(duì)工作效率的影響
這主要看三方面的反應(yīng)水平，這三個(gè)方面是:集中精神，動(dòng)作準(zhǔn)確性，工作速度;
3.對(duì)綜合通訊的干擾
這主要分為:清楚或滿意，稍困難，困難，不可能
對(duì)以上三方面指標(biāo)都用A聲級(jí)來(lái)評(píng)價(jià)。在50年代曾提出用一條頻譜曲線作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)即各頻帶中心頻率的聲壓級(jí)不得超過(guò)該曲線。后來(lái)了解到刷A等級(jí)來(lái)計(jì)量噪聲與噪聲的語(yǔ)音干擾和煩惱程度更為臺(tái)適，可以代替倍頻帶聲壓級(jí)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)。
向有很高的要求。這里有必要先說(shuō)明一下無(wú)窗潔凈室的照明方式:
(1)一般照明
它指不考慮特殊的局部需要，為照亮整個(gè)被照面積而設(shè)置的照明。
(2)局部照明
這是指為增加某一指定地點(diǎn)(如工作點(diǎn))的照度而設(shè)置的照明。但在室內(nèi)照明由一般不單獨(dú)使用局部照明。
(3)混合照明
這是指工作面上的照度由一般照明和局部照明合成的照明，其中一般照明的照度按《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》應(yīng)占總照度的10%-15%，但不低干150LX。 單位被照面積上接受的光通量即是照明單位勒克斯(LX)。
國(guó)外潔凈室的強(qiáng)度要求，例如美國(guó)關(guān)于潔凈室的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的要求是.
人工光300lx有較好的效果，當(dāng)工件精細(xì)程度更高時(shí)，500x也是允許的。對(duì)于要紅燈照明的地方，如電子行業(yè)的光刻車(chē)間，其照度一般為(25-501x)，
用天然光時(shí)可允許更高的照度，因而對(duì)工作是有利的，所以今后潔凈室的照明既采用人工光也采用天然光可能是有前途的，這也是為了節(jié)能而出現(xiàn)的一種動(dòng)向。
防靜電
潔凈室中由于靜電引起的的事故屢有發(fā)生，因此潔凈室的防靜電能力如何已成為評(píng)價(jià)其質(zhì)量的一個(gè)不可忽視的方面。
所謂靜電，是由于摩擦等原因破壞了物體中正(+)負(fù)<一)電荷等量的均勻的電中性狀態(tài)，而使電荷過(guò)剩，物體呈帶電狀態(tài)，由于這些電荷平時(shí)是不流動(dòng)的，故稱靜電。
在潔凈室內(nèi)靜電導(dǎo)致的事故有以下幾方面;
1.靜電電引起的靜電電擊，引起人的不和恐懼感，并可造成二次傷害(例如人因受電擊而摔倒，由摔倒又致傷);
2.靜電放電引起的放電電流，可導(dǎo)致諸如半導(dǎo)體元件等破壞和誤動(dòng)作，例如將50塊P- MOS電路放在塑料袋內(nèi)，搖晃數(shù)次后，與非門(mén)柵極嚴(yán)重?fù)舸┱哂?jì)39塊，失效率競(jìng)達(dá)78%，這是因?yàn)榘雽?dǎo)體器件對(duì)靜電放電十分靈敏;
3.靜電放電產(chǎn)生的電磁波可導(dǎo)致電子儀器和裝置的雜音和誤動(dòng)作;
4.靜電放電的發(fā)光可導(dǎo)致照相肢片等感光破壞;
5.靜電的力學(xué)現(xiàn)象可導(dǎo)致篩孔被粉塵堵塞，紡紗線紛亂，印刷品深淺不均和制品污染;
靜電事故的產(chǎn)生主要在于靜電的產(chǎn)生和積累，而氣流的流動(dòng)，氣流和管道、風(fēng)口、過(guò)濾器等摩擦，人體和衣服的摩擦，衣服之間的摩擦，工藝上的研磨，噴涂、射流、洗滌、攪拌、粘合和剝離等操作，所有選些都可能產(chǎn)生靜電，在一般情況下，越是電導(dǎo)率小的非導(dǎo)體(絕緣體)，由于電荷產(chǎn)生后不易流動(dòng)，因此表現(xiàn)為越容易帶電。
靜電問(wèn)題所以在潔凈室中特別嚴(yán)重，是因?yàn)椴坏跐崈羰抑芯邆淝笆霎a(chǎn)生靜電的多種工藝因素，而且因?yàn)闈崈羰抑械脑S多材料如塑料地面、墻面，尼龍、的確良等工作服都有很高的電阻率，都極易產(chǎn)生靜電和集聚靜電，在潔凈室的靜電災(zāi)害未被重視以前，這些材料料是被廣泛采用的。
折疊控制產(chǎn)品 (如硅芯片等) 所接觸之大氣的潔凈度及溫濕度，使產(chǎn)品能在一個(gè)良好之環(huán)境空間中生產(chǎn)、制造。此空間的設(shè)計(jì)施工過(guò)程即可稱為凈化工程。折疊亂流式 (Turbulent Flow)空氣由空調(diào)箱經(jīng)風(fēng)管與潔凈室內(nèi)之空氣過(guò)濾器(HEPA) 進(jìn)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(yùn)動(dòng)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(jí)1,000-100,000級(jí)。
優(yōu)點(diǎn):構(gòu)造簡(jiǎn)單、系統(tǒng)建造成本低，潔凈室的擴(kuò)充比較容易，在某些特殊用途場(chǎng)所，可并用無(wú)塵工作臺(tái)，提高潔凈室等級(jí)。
缺點(diǎn):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(yùn)轉(zhuǎn)再，欲達(dá)需求之潔凈度，往往須耗時(shí)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間。
層流式(Laminar)
等級(jí)名稱
等級(jí)限值
0.1μm
0.2μm
0.3μm
0.5μm
5μm
容積單位
容積單位
容積單位
容積單位
容積單位
國(guó)際單位
英制
單位
m
Ft
m
Ft