十萬級潔凈室潔凈室(Clean Room)，亦稱無塵車間、無塵室或清凈室。潔凈室的主要功能為室內(nèi)污染控制，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，從而達到適當(dāng)?shù)奈⒘崈舳燃墑e。潔凈程度和控制污染的持續(xù)穩(wěn)定性，是檢驗潔凈室質(zhì)量的核心標準，該標準根據(jù)區(qū)域環(huán)境、凈化程度等因素，分為若干等級，常用的有標準和國內(nèi)區(qū)域行業(yè)標準，一些凈化工程公司，在通行標準之外，還設(shè)有自身執(zhí)行的高于化通行標準的凈化指標，凈化能力和環(huán)境適應(yīng)力遠超品牌。 潔凈室是指將一定空間范圍內(nèi)空氣中的微粒子、有害空氣、細菌等污染物排除，并將室內(nèi)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)計的房間。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*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，就達到了無塵標準的*。芯片級生產(chǎn)加工的無塵標準對于灰塵的要求高于*，這樣的高標主要被應(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)量被嚴格控制在每立方英寸1000個以內(nèi)，這也就是業(yè)內(nèi)俗稱的1K級別。 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。 單向流(層流)潔凈室原理 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。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*不同的概念。因此，層流潔凈室這個名詞是不貼切的，國外某些標準和文章也指出這一點，例如英國標準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)邦德國標準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，而使塵粒只能前(下)進，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?，破壞了上?活塞流"的狀態(tài)，危害*。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~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*充滿流動截面也是不現(xiàn)實的。 初，確實認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)濟上都是不利的。隨著認識的發(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)標準、措施中關(guān)于單向流潔凈室達到的高潔凈度，就是指在工作區(qū)內(nèi)達到的潔凈度。因此，密集布置的流線型散流器頂送和全孔板頂送，也被作為實現(xiàn)垂直單向流的手段使用。 亂流原理 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。上習(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(有擴散板和無擴散板 ⑵流線型散流器頂進 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)被包含進去了。 亂流潔凈室的主要特點是從來流到出流(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，這就因為它是一個突變流和非均勻流。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，一直達到平衡。所以氣流擴散得越快，越均勻，稀釋的效果就越好。所以亂流潔凈室的原理就是稀釋作用。

十萬級潔凈室