洁净室介绍

洁净室  

洁净室 

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量生产。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，从而达到适当的微粒洁净度级别。 

目录 

二、洁净室原理  

1. 单向流（层流）洁净室原理  2. 乱流洁净室原理  三、控管项目  四、分类  

1. 乱流式（Turbulent Flow)  2. 层流式（Laminar)  3. 复合式（Mixed Type)  五、气流的流动  

1. 气流的重要性  

2. 风速的控制  3. 影响因素  六、洁净室之构成  

七、洁净室按用途分类（可分为两大类）  

1. 工业洁净室  2. 生物洁净室  八、洁净室污染源知识  

1. 1、发尘量  

2. 2、发菌量  九、洁净室标准规范  

1. G内标准规范  

2. G际标准规范  十、行业应用详细参数  十一、洁净室八大特点  十二、洁净室从业人员规范  

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**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。按照G际惯例，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%没有一点灰尘，而是控制在一个非常微量的单位上。当然这个标准中符合灰尘标准的颗粒相对于我们常见的灰尘已经是小的微乎其微，但是对于光学构造而言，哪怕是一点点的灰尘都会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G际无尘标准的A级。目前应用在芯片级生产加工的无尘标准对于灰尘的要求高于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严格控制在每立方米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投入使用的洁净室（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几乎没有什么变化，加上进风静压箱和高效过滤器的均压均流作用，全室断面上的流速比较均匀，而**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室的三大特点。这里的流线单向平行，是指时均流线彼此平行，方向单一。  

  单向流洁净室的流态从雷诺数判断是紊流的，所以所谓层流洁净室的层流和流体力学上的层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，G外某些标准和文章也指出这一点，例如英G标准BS-5295就曾把所谓层流洁净室定义为单向流洁净室，只是照顾习惯在括号中注明为层流。前联邦德G标准VDl- 2083则用“非紊流的置换流”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室出现的紊（乱）流洁净室而在当时采用的习惯用语，“层流系统”的确切意思并不是分层流动，而是紊流的置换流，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G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**室外，达到净化室内空气的目的。所以，前联邦德G有人称单向流洁净室的气流为“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”，向前（下）推进，而使尘粒只能前（下）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有效迭风截面。  #p#分页标题#e#

  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恢复能力）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，让气流从头**尾完全充满流动截面也是不现实的。  

  **初，确实认为这种单向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，人们又指出这种单向流只是“在有限的*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G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孔板顶送，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（也有称矢流洁净室的），这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？  

  乱流洁净室的名称是借用于日文，但是日文的乱流就是紊流的意思，而中G**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上的紊流这一专有名词。现在G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形式：    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局部孔板顶送    ⑷侧送  

  具有这些送风形式的洁净室，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室的净化原理。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。  

  乱流洁净室的主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，将会彼此撞击，将有回流、旋涡产生。这就决定乱流洁净室的流态实质是：突变流；非均匀流。  

  这比用紊流来描述乱流洁净室更确切、更全面。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形式，则即使流速极低，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，而且还有全室范围内的大的回流、旋涡所发生的掺混。  

  所以，概括地说，乱流洁净室的作用原理是：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，这股干净气流稀释着室内污染的空气，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。所以乱流洁净室的原理就是稀释作用。  

三、控管项目 

  1、能除去空气中飘游之微尘粒子。    2、能防止微尘粒子之产生。    3、温度和湿度之控制。    4、压力之调节。    5、 有害气体之排除。    6、结构物与隔间之气密性。    7、静电之防制。    8、电磁干扰预防。    9、安全因素之考虑。    10、节能之考量。  

  空气净化方法    1 、整体净化：可分为层流型和湍流型。层流是指空气由一侧全面地以同速流向另一侧，使室内产生的尘粒或细菌不会向四周扩散而被平推出室外，而达到好的除菌效果。    ⑴高效过滤除菌技术：空气洁净主要靠高效或超高效过滤设备，向特定的环境内输送洁净空气并能保持空气的洁净度。过滤洁净原理：①网截阻留；②筛孔阻留；③静电吸引阻留；④惯性碰撞和布朗运动阻留。因此，过滤洁净技术是一种综合作用的结果。  #p#分页标题#e#

  ⑵滤材结构：生物洁净室所用滤材级别多数为高效或超高效滤材，所用滤材有：玻璃棉制滤材、**纸浆制滤材、石棉纤维滤材、过氯乙烯纤维滤材等。高效滤材对空气中 0.5 μ m 的颗粒的阻留率能达到 90%~99% ，超高效滤材可阻留 0.3 μ m 的颗粒 99.9% 以上。    2 、局部净化  

  ⑴洁净层流罩：洁净层流罩是医院局部空气净化装置。一般可构成垂直层流方式，四周用透明围幕。整个罩内可保持高洁净度（万级**百级）空气。这种洁净层流罩可用于免疫功能低下病人的治疗保护，所以也称无菌病床层流罩。

  ⑵净化操作台：采用水平或垂直层流方式净化箱体内的空气，可使操作台内净化达到很**别。  

  ⑶静电吸附除菌净化技术：静电吸附除菌是利用工业电除尘的原理，在小型化技术方面有所创新。①采用细线放电极与蜂巢状铝箱收集极形成级线装置；②采用镜象力荷电吸附作用。  

  目前有一种三级净化装置，即预过滤 - 高效过滤 - 活性炭吸附，组合式正离子静电吸附除菌，并采用大风量空气净化，以保证室内空气净化次数，较好地解决了医院重点部门如手术室、 ICU 、母婴病房、血液透析室等有人情况下的空气持续消毒问题，可使医院室内空气的净化洁净度达到 10 万级 ~1 万级。  

  ⑷负离子净化技术：负离子是一种带负电的化学基团，能发生可逆性变化，存在时间极短，本身并无杀灭微生物的能力，主要是靠带电离子与空气中的微粒特别是微生物颗粒结合，形成多个颗粒凝聚变大从而迅速沉降，使空气达到净化的目的。空气中负离子只有在具备某些化学性质时，如活性氧离子等，它们才具有侵害蛋白质的能力从而杀灭微生物，因此负离子对空气净化的能力比较有限，对空气中微生物粒子清除率只能达到 70%~90%。  

四、分类 

乱流式（Turbulent Flow) 

  空气由空调箱经风管与洁净室内之空气过滤器（HEPA)进入洁净室，并由洁净室两侧隔间墙板或高架地板回风。气流非直线型运动而呈不规则之乱流或涡流状态。此型式适用于洁净室等级1,000-100,000级。  

  定义：气流以不均匀速度不平行流动、伴有回流或涡流的洁净室。  

  特性：乱流洁净室是靠多次换气来实现洁净与洁净级别。换气次数决定定义中的净化级别（换气次数越多，净化级别越高）  

  ⑴自净时间：是指洁净室按设计换气次数开始送风到洁净室，室内含尘浓度达到所设计的净化级别的时间。1,000级希望不超过20min（分钟） （可取15min计算） 10,000级希望不超过30min（分钟） （可取25min计算） 100,000级希望不超过40min（分钟） （可取30min计算）  

  ⑵换气次数（按上述自净时间要求设计）1,000级 43.5—55.3次/小时 （规范：50次/小时） 10,000级 23.8—28.6次/小时 （规范：25次/小时） 100,000级 14.4—19.2次/小时 （规范：15次/小时）  

  优点：构造简单、系统建造成本，洁净室之扩充比较容易，在某些特殊用途场所，可并用无尘工作台，提高洁净室等级。  

  缺点：乱流造成的微尘粒子于室内空间飘浮不易排出，易污染制程产品。另外若系统停止运转再激活，欲达需求之洁净度，往往须耗时相当长一段时间。  层流式（Laminar) 

  层流式空气气流运动成一均匀之直线形，空气由覆盖率100%之过滤器进入室内，并由高架地板或两侧隔墙板回风，此型式适用于洁净室等级需定较高之环境使用，一般其洁净室等级为Class 1~100。其型式可分为二种：  

  ⑴水平层流式：水平式空气自过滤器单方向吹出，由对边墙壁之回风系统回风，尘埃随风向排出室外，一般在下流侧污染较严重。