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行业规范  INDUSTRY

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洁净室(洁净度参照标准)

ISO 14644 根据悬浮粒子浓度这个唯一指标来划分洁净室(区)及相关受控环境中空气洁净度的等级,并且仅考虑粒径限值(低限)在0.1um~5.0um 范围内呈累积分布的粒子群。根据粒子径,可以划分为常规粒子(0.1um~5.0um)、超微粒子(<0.1um)和宏粒子(>5.0um)。
 
■美国联邦标准(USA Federal Standard)209E(1992年)
洁净度级别 粒 径 (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

■中国药品生产洁净室(区)的空气洁净度标准

 
洁净度级别 尘埃最?#24066;?#25968;/平方米     微生物最大?#24066;?#25968;
  ≥0.5um ≥5um 浮游菌个/立方米 沉降菌个/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
国家药品监督管理局1999年8月1日发布实施 

 
■基于≥0.5um粒径的各国洁净度等级近似对照表
个/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粒径的各国洁净度等级近似对照表
空气洁净度等级(N)      大于或等于表中粒径的最大浓度限值(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


       洁净室(Clean Room),亦称为无尘室或清净室。它是污染控制的基础,没有洁净室,污染敏感零件不可能批?#21487;?#20135;。在FED-STD-2里面,洁净室被定义为具备空气过滤、分配、优化、构造材料和装置的房间,其中特定的规则的操作程序以控制空气悬浮微粒浓度,从而达到?#23454;?#30340;微粒洁净度级别。

一、定义

  洁净室是指将一定空间范围内之空气中的微粒子、有害空气、细菌等之污染物排除,并将室内之温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪音振动及照明、静电控制在某一需求范围内,而所给予特别设计之房间。亦即是不论外在之空气条件如何变化,其室内均能俱有维持原先所设定要求之洁净度、温湿度及压力等性能之特性。

  洁净室最主要之作用在于控制产品(如硅芯片等)所接触之大气的洁净度日及温湿度,使产品能在一个良好之环境空间中生产、制造,此空间我们称之为洁净室。按?#23637;使?#20363;,无尘净化级别主要是根据每立方米空气中粒子直径大于划分标准的粒子数量来规定。也就是说所谓无尘并非100%没有一点?#39029;荊?#32780;是控制在一个非常微量的单位上。当然这个标准中符合?#39029;?#26631;准的颗粒相对于我们常见的?#39029;?#24050;经是小的微乎其微,但是对于光学构造而言,哪怕是一点点的?#39029;径?#20250;产生非常大的负面影响,所以在光学构造产品的生产上,无尘是必然的要求。

  每立方米将小于0.3微米粒径的微尘数量控制在3500个以下,就达到了国际无尘标准的A级。目前应用在芯片级生产加工的无尘标?#32423;?#20110;?#39029;?#30340;要求高于A级,这样的高标主要被应用在一些等级较高芯片生产上。0.5uM及以下的微尘数量被?#32454;?#25511;制在每立方米1000个以内,这也就是业内俗称的1K级别。

洁净室状态分为以下三种

  空态:已经建造完成并可以?#24230;?#20351;用的洁净室(设施)。它具备所有有关的服务和功能。但是,在设施内没有操作人员操作的设备。

  静态:各种功能完备、设定安装妥当,可以按照设定使用或正在使用的洁净室(设施),但是设施内没有操作人员。

  动态:处于正常使用的洁净室,服务功能完善,有设备和人员;如果需要,可从事正常的工作。

二、洁净室原理

单向流(层流)洁净室原理

  [1]在洁净室内,从送风口到回风口,气流流经途中的断面?#36127;?#27809;有什么变化,加上进风静压箱和高效过滤器的均压均流作用,全室断面?#31995;?#27969;速比较均匀,而至少在工作区内流线单向平行,没有涡流。这也就是单向流洁净?#19994;?#19977;大特点。这里的流线单向平行,是指时均流线彼此平行,方向单一。

 

  单向流洁净?#19994;?#27969;态从雷诺数判断是紊流的,所以所谓层流洁净?#19994;?#23618;流和流体力学?#31995;?#23618;流是完全不同的概念。因此,层流洁净室这个名词是不贴切的,国外某些标准和文章也指出这一点,例如英国标准BS-5295就曾把所谓层流洁净室定义为单向流洁净室,只是?#23637;?#20064;惯在括号中注明为层流。前联邦德国标准VDl- 2083则用“非紊流的?#27809;?#27969;”这一术语,并在注中指出,层流这一概念只是为了区别早于层流洁净?#39029;?#29616;的紊(乱)流洁净室而在当时采用的习惯用语,“层流系统”的?#38750;?#24847;思并不是分层流动,而是紊流的?#27809;?#27969;,用本章提到的概念是紊流的渐变流。在流体力学中,这种流动状态也可称平行流或单向流。1977年中国在《空气洁净技术措施》中选用了“平行流”这个术语,在该术语后面同时也指出习惯上称“层流”。

  在单向流洁净室内,干净气流不是一股或几股,而是充满全室断面,所以这种洁净室不是靠洁净气流对室内脏空气的掺混稀释作用,而是靠洁净气流推出作用将室内脏空气沿整个断面排至室外,达到净化室内空气的目的。所以,前联邦德国有人称单向流洁净?#19994;?#27668;流为“活塞流”、“平推流”前苏联称之为“被挤压的弱空气射流”。干净空气就好比一个空气活塞,沿着房间这个“气缸”,向?#22467;?#19979;)?#24179;?#32780;使尘粒只能?#22467;?#19979;)进,没有返回,把原有的含尘浓度高的空气挤压出房间。

  在单向流洁净室以及单向流净化设备中,可以发现沿壁的和两个过滤器搭接处下方的反向气流。这种气流将把下方的污染传输到上部再送下来,破坏了上述“活塞流”的状态,危害极大。对于和外界有开口相通的局部净化设备,例如洁净工作台,这种气流将引射外界污染气流,在设计上一定要减小过滤器边框处所占的无效面积,更要设法使空间的壁面尽量接近过滤器?#34892;?#36845;风截面。

  通过上面分析,可以认为保证单向流洁净室特性(高洁净度和快速自净?#25351;?#33021;力)的重要先决条件有两个:①来流的洁净度;②来流的活塞流情况;

  对于来流的洁净度,对通过高效以上过滤器送风的单向流洁净室来说是不成问题的,而对于来流的“活塞流”情况,则需作进~步分析。

  根据流体力学原理,来流条件对以后的流动状况将有直接的重要影响,送风面出口气流也就是工作区的来流。

  来流的紊动性大,则将影响后面的单向流特性;来流未充满流动截面,则将影响后面是否能形成“活塞流”和形成的快慢;而来流未充满流动截面也是来流素动的一个因素。所以,在采用高效过滤器的条件下,保证单向流洁净室特性的必要条件是“活塞流”,而“活塞流”的必要条件则是来流充满流动截面。但是,对一间房间而不是一段管道来说,让气流从?#20998;?#23614;完全充满流动截面也是不现实的。

  最初,确?#31561;?#20026;这?#20540;?#21521;平行的气流应该充满整个洁净室,但这在技术上和经济上都是不利的。随着认识的发展,人们又指出这?#20540;?#21521;流只是“在有限的领域内全部空气沿平行流线以等速流动的意思”,并认为能极力抑制涡流的发生。通过全空间的清洁空气的单向流特性占支配地位的那样的房间,也称为单向流洁净室。这就是说,不要求在整个房间都具有单向平行的流线,均匀的速度,没有涡流,而是只要求单向平行流特性在这个房间中占支配地位,例如在整个工作区这一层空间保证了单向流,这个房间就是单向流洁净室。前面介绍过的国内外有关标准、措施中关于单向流洁净室达到的高洁净度,就是指在工作区内达到的洁净度。因此,密集布置的流线型散流器顶送和全?#35013;?#39030;送,也被作为实现垂直单向流的手段使用。

  乱流洁净室原理

  [2]洁净室按其气流状态来区分,主要分为乱流(非单向流)洁净室、单向流洁净室和辐流洁净室(也有称矢流洁净?#19994;模?#36825;一节主要讨论乱流洁净室。前面已经指出,不论是哪一种洁净室,都是紊流流态。那为什么不都叫紊流洁净室呢?

   乱流洁净?#19994;?#21517;称是借用于日文,但是日文的乱流就是紊流的意思,而中国最早在《空气洁净技术措施》中正式采用的乱流一词是兼有紊流的含义而不同于流体力学?#31995;?#32010;流这一专有名词。现在国际上则习惯称这种洁净室为非单向流洁净室。
 
  所谓乱流洁净室,一般包括以下各种送风?#38382;劍?/span>
   ⑴高效过滤器顶送(有扩散板和无扩散板
   ⑵流线型散流器顶进
   ⑶局?#38752;装?#39030;送
   ⑷侧送
 
  具有这些送风?#38382;?#30340;洁净室,如以雷诺数判断,显然属于紊流流态,但是如果把它们称为紊流洁净室就不合适。气流沿整个顶棚下送,室内速度达到0.25m/s 以上,这种室内的流动状态也是紊流,但在后面就会搞清楚,虽然这两种送风方式都造成室内紊流流态,但是就其净化室内空气的原理来说,却是根本不同的,后者属于单向流或平行流洁净?#19994;?#20928;化原理。所以如果把前者称为紊流洁净室,则后者也应被包含进去了。 

  乱流洁净?#19994;?#20027;要特点是从来流到出流(从送风口到回风口)之间气流的流通截面是变化的,洁净室截面比送风口截面大得多,因而不能在全室截面或者在全室工作区截面形成匀速气流。所以,送风口以后的流线彼此有很大或者越来越大的夹角,曲率半径很小,气流在室内不可能以单一方向流动,将会彼此?#19981;鰨?#23558;有回流、旋涡产生。这就决定乱流洁净?#19994;?#27969;态实质是?#21644;?#21464;流?#29615;?#22343;匀流。 

  这比用紊流来描述乱流洁净室更?#38750;小?#26356;全面。紊流主要决定于雷诺数,也就是主要受流速的影响,但是如果采用一个高效过滤器顶送的送风?#38382;劍?#21017;即使流速极低,也要产生上述各种结果,这就因为它是一个突变流和非均匀流。因此这种情况下不仅有流层之间因紊流流动而发生的掺混,而?#19968;?#26377;全室范围内的大的回流、旋涡所发生的掺混。 

  所以,概括地说,乱流洁净?#19994;?#20316;用原理是:当一股干净气流从送风口送入室内时,迅速向四周扩散、混合,同时把差不多同样数量的气流从回风口排走,这股干净气流稀?#22949;?#23460;内污染的空气,把原来含尘浓度很高的室内空气冲淡了,一直达到平衡。所以气流扩散得越快,越均匀,稀释的技果就越好。所以乱流洁净?#19994;?#21407;理就是稀释作用。

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