實驗室潔凈系統

  一、定義

  潔凈室主要之作用在于控制產品(如硅芯片等)所接觸之大氣的潔凈度日及溫濕度，使產品能在一個良好之環境空間中生產、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每立方米空氣中粒子直徑大于劃分標準的粒子數量來規定。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是小的微乎其微，但是對于光學構造而言，哪怕是一點點的灰塵都會產生非常大的負面影響，所以在光學構造產品的生產上，無塵是必然的要求。

  每立方米將小于0.3微米粒徑的微塵數量控制在3500個以下，就達到了國際無塵標準的A級。目前應用在芯片級生產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用在一些等級較高芯片生產上。微塵數量被嚴格控制在每立方米1000個以內，這也就是業內俗稱的1K級別。

  潔凈室用途主要有以下三個：

  空氣潔凈室：已經建造完成并可以投入使用的潔凈室(設施)。它具備所有有關的服務和功能。但是，在設施內沒有操作人員操作的設備。

  靜態潔凈室：各種功能完備、設定安裝妥當，可以按照設定使用或正在使用的潔凈室(設施)，但是設施內沒有操作人員。

  動態潔凈室：處于正常使用的潔凈室，服務功能完善，有設備和人員;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生。

  3、溫度和濕度之控制。

  4、壓力之調節。

  5、 有害氣體之排除。

  6、結構物與隔間之氣密性。

  7、靜電之防制。

  8、電磁干擾預防。

  9、安全因素之考慮。

  10、節能之考量。

  三、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、建筑結構等所產生的塵埃之移動、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，因此經過此過濾器過濾的空氣可說十分干凈。然而潔凈室內除了人以外，尚有機器等之發塵源，這些發生的塵埃一旦擴散，即無法保持潔凈空間，因此必須利用氣流將發生的塵埃迅速排出室外。

  風速的控制

  潔凈室內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，此氣流速度屬微風區域，易受人、機器等的動作而干擾趨于混亂、雖提高風速可抑制此一擾亂之影響而保持潔凈度、但因風速的提高，將影響運轉成本的增加，所以應在滿足要求的潔凈度水準之時，能以適當的風速供應，以達到適當的風速供應以達到經濟性效果。

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

  影響因素

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

  一般操作臺或生產設備等表面的氣流分流點，應設于潔凈室空間與隔墻板間距2/3之處，如此可使作業人員工作時，氣流可從制程區內部流向作業區，而將微塵帶走;若分流點配置在制程區前方，將成為不當的氣流分流，此時大部份的氣流將流至制程區之后，作業員操作所引起的塵埃將被帶到設備后面，工作臺因而將受到污染，良率也勢必降低。

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

  四、潔凈室之構成

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

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

  (2)空調系統：包括空氣艙、過濾器系統、風車等。

  (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造，一般是用鋼筋或骨水泥，但無論是何種構造，必須滿足如下之條件：

  A.不會因溫度變化與振動而發生裂痕;

  B.不易產生微塵粒子，且很難附著粒子;

  C.吸濕性小;

  D.為了維持室內之濕度條件，熱絕緣性要高;

  五、潔凈室按用途分類(可分為兩大類)

  工業潔凈室

  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，內部一般保持正壓狀態。它適用于精密機械工業、電子工業(半導體、集成電路等)宇航工業、高純度化學工業、原子能工業、光磁產品工業(光盤、膠片、磁帶生產)LCD(液晶玻璃)、電腦硬盤、電腦磁頭生產等多行業。

  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。同時其內部材料要能經受各種滅菌劑侵蝕，內部一般保證正壓。實質上其內部材料要能經受各種滅菌處理的工業潔凈室。例：制藥工業、醫院(手術室、無菌病房)食品、化妝品、飲料產品生產、動物實驗室、理化檢驗室、血站等。

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

  六、潔凈室標準規范

  國內標準規范

  (1).潔凈廠房設計規范 GB50073-2001

  (2).醫院潔凈手術部建筑技術規范GB50333-2002

  (3).醫藥工業潔凈廠房設計規范GB 50457-2008

  (4).傳染病醫院建筑設計規范

  (5).醫藥工業潔凈室(區)懸浮粒子的測試方法GB/T16292-1996

  (6).QS認證質量手冊

  (7).GMP 藥品生產質量管理規范

  國際標準規范

  ISO系列

  (1)ISO14644-1 空氣潔凈度等級劃分

  (2)ISO14644-2 為認證ISO14644-1的 連續的相符性的測試和監測技術要求

  (3)ISO14644-3 測試方法

  (4)ISO14644-4 設計建造啟動

  (5)ISO14644-5 運行(Operations)

  (6)ISO14644-6 術語和定義

  (7)ISO14644-7 分離裝置(潔凈空氣罩、手套箱、分離器和微循環設備

  (8)ISO14644-8 分子污染

  (9)ISO14644-9 潔凈化學品(液體)

  七、行業應用

  潔凈工程是一個應用行業非常普遍的基礎性配套產業，目前在電子信息、半導體、光電子、精密制造、醫藥衛生、生物工程、航天航空、汽車噴涂等眾多行業均有應用，并根據行業的精密與無塵要求，等級差別也較大。

  目前級別最高的當屬航天航空的航空倉，基本是屬于1級，屬于特殊領域，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車間，物聯網芯片的發展將是未來需求的一大方向。