138-0964-9905
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一、高級別潔凈室的應用
這里所指的高級別潔凈室是指潔凈度要求高，溫、濕度精度要求高，以及其他一些參數(shù)例如正壓、噪聲、微振、靜電、照度……等參數(shù)要求嚴格的潔凈室。是凈化級別為100級、10級、1級或更高級別的潔凈室。這類高級別潔凈室多用在電子工業(yè)中的微電子集成電路、半導體和光電子、航天、航空、醫(yī)療等高科技產(chǎn)業(yè)的科研與大生產(chǎn)中。是其不可缺少的重要的生產(chǎn)環(huán)境。
隨著我國微電予和光電子產(chǎn)業(yè)技術的迅速發(fā)展，高級別潔凈室等相應的生產(chǎn)環(huán)境技術也得到了長足的發(fā)展和提升。在我國已初步形成了超大規(guī)模集成電路的設計、芯片加工、封裝測試以及設備、材料的產(chǎn)業(yè)一條龍，而且這一發(fā)展的強勁勢頭越來越猛。
（一）微電子和光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
當今世界，微電子和光電子產(chǎn)業(yè)已成為一個國家、一個地區(qū)國民經(jīng)濟和科學技術發(fā)展的基礎和平臺，也是衡量一個國家和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和科學技術水平的重要標志。美、日、歐等發(fā)達國家都極為重視，紛紛投入大量的人力、物力、財力開發(fā)和研究。
（二）微電子和光電子對生產(chǎn)環(huán)境的要求
就微電子生產(chǎn)來說，隨著集成電路的集成度不斷提高，特征線寬尺寸越來越小，加工越來越精細，反復加工工序數(shù)也越來越多，硅片面積越來越大，被污染的機率就越來越高，進而對生產(chǎn)環(huán)境的要求也就更加嚴格。而光電子產(chǎn)業(yè)，隨著TFT-LCD的玻璃基板的面不斷增大,由93年第一代TFT產(chǎn)品玻璃基板面積只有300㎜×400㎜，經(jīng)過短短的十年，到了2003年第七代TFT-LCD產(chǎn)品已經(jīng)問世，它的基板面積擴大為1800㎜×2100㎜，是第一代面積的30倍。因此光電子與微電子一樣，隨其技術的飛速發(fā)展，對生產(chǎn)環(huán)境的要求也就越來越高。
微電子和光電子的生產(chǎn)環(huán)境不儀包括有建筑、結構、空氣、水以及氣體、溶劑等原材料，還有聲、光、電、磁、振等等環(huán)境。例如建筑形式、層高承重、防微振、裝修材料；空氣的潔凈度、溫濕度、壓力；水和氣體的純度重金屬含量以及噪聲、照度、靜電、電磁波等等。總體來說，微電子和光電子對生產(chǎn)環(huán)境要求可用更“精”、更“凈”、更“純”來描寫。
微電子和光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展給生產(chǎn)環(huán)境技術，其中包括高級別潔凈室的建筑技術的發(fā)展，帶來了極大的挑戰(zhàn)和機遇，不僅僅帶來了廣闊和豐厚的市場，同時也帶來了新的研究課題和技術難關。例如如何降低日益攀升的潔凈室的建造費用和運行費用，如何處理電子工業(yè)不斷的升級換代和潔凈室建造相適應的矛盾，如何解決低濃度分子級的化學污染物質對生產(chǎn)的影響，以及如何處理生產(chǎn)過程排放的有毒、有害廢氣、廢水和廢物的污染等問題。這些課題都擺在我們從事潔凈室建造和生產(chǎn)環(huán)境研究的人們面前，希望我們能給予解決。
二、高級別潔凈室的送風方式
高級潔凈室的送風方式集國內和國外的作法主要有集中送風、分散送風和FFU加新風機組和干盤管三種送風方式。
（一）集中送風方式
集中送風就是潔凈室的凈化空氣全部經(jīng)過設在空調機房的空氣處理機進行預凈化和熱濕處理后再用大風機大風管送到潔凈室的上技術夾層，這些空氣依靠高的壓力克服滿布在吊頂上的高效過濾器（HEPA）或超高效過濾器（ULPA）的阻力，被過濾的潔凈的空氣送入潔凈室內，實現(xiàn)潔凈室的100級、10級或1級潔凈度和所要求的溫、濕度等參數(shù)的生產(chǎn)環(huán)境。潔凈室的回風經(jīng)過活動地板格柵進入下技術夾層后，再用大風管由風機抽網(wǎng)到空調機房內的空氣處理機，再與室外的新鮮空氣混合重復進行凈化和熱濕處理。這樣反復連續(xù)循環(huán)運行。
集中送風方式的優(yōu)缺點
優(yōu)點：空調處理機集中數(shù)量較少，管理方便，溫、濕度，噪聲容易控制，投資較少。適應工藝的變化有一定的靈活性。
缺點：循環(huán)風量大、風機的壓頭高，耗電量大、運行費高、空調機房面積大、風管占空間大。
（二）分散送風方式
這種分散送風方式比較適用于集成電路芯片生產(chǎn)的海灣和隧道式的工藝布置。這樣的工藝布置是人為地將生產(chǎn)空間分為多個操作區(qū)（白區(qū)）和多個設備區(qū)（灰區(qū)）。白區(qū)是生產(chǎn)操作區(qū)。其潔凈度要求高，溫、濕等參數(shù)的要求嚴格。相反灰區(qū)是設備區(qū)，其潔凈度和溫濕度等參數(shù)的要求都低于白區(qū)。在設計凈化送風系統(tǒng)時，將一個白區(qū)和一個灰區(qū)設計成一個小的凈化空調系統(tǒng)，白區(qū)為送風區(qū)，灰區(qū)為回風區(qū)。將該小系統(tǒng)的空氣處理循環(huán)機組直接設置在該區(qū)送回風技術夾層頂上的空間內，經(jīng)過處理的空氣先送入白區(qū)的送風技術夾層再經(jīng)過高效過濾的或超高效過濾器后進入白區(qū)，這樣白區(qū)的潔凈度和溫度、相對濕度等都能滿足生產(chǎn)環(huán)境要求。回風由白區(qū)經(jīng)活動格柵地板進入白區(qū)和灰區(qū)相通的下技術夾層，由于灰區(qū)是設備區(qū)，對空氣參數(shù)要求較低，即使是白區(qū)的回風也是能滿足灰區(qū)的需要。灰區(qū)的回風經(jīng)由頂部再回到循環(huán)機組，這樣反復不間斷地進行循環(huán)運行。整個潔凈廠房有多個白區(qū)和灰區(qū)，因此有多個分散的小送風系統(tǒng)。潔凈室所需要的新鮮空氣可單獨集中設新風處理系統(tǒng)，也可由小送風系統(tǒng)分散處理。
分散送風方式和優(yōu)缺點
優(yōu)點：系統(tǒng)小而且分散，每個小系統(tǒng)的溫濕度都可單獨控制，能滿足不同區(qū)域極高的溫、濕度要求。系統(tǒng)小送風壓頭低，初投資和運行費用都比較低，噪聲也可控制。
缺點：最大缺點是不靈活，工藝變更后很難適應。此外，增加了建筑的總高度。循環(huán)機組數(shù)量多又在吊頂上面，若有漏水處理困難，同時管理也不方便。
（三）加新風機組和干盤管送風方式
這種送風方式不設循環(huán)機組只有新風機組，新風由新風機組進行熱濕和凈化處理，新風機組負責保證潔凈室內的相對濕度，而大量的凈化風量由多臺（FFU）風機過濾器單元，就地循環(huán)進行凈化處理，循環(huán)空氣經(jīng)過干冷盤管降溫來保證潔凈室的溫度。
這種送風方式不僅具有在相同的初投資條件下，運行費用大大降低等優(yōu)點，而沒有龐大的空氣處理機只有新風機組，因此大大地省掉了空調機房的面積，更主要的是它具較大的靈活性，適應工藝的迅速變化。與此同時也存在噪聲偏大，局部溫、濕度難以控制，必要時須另設小的空調機組等缺點。這種送風方式在目前的集成電路芯片廠和TFT-LCD彩色液晶顯示器生產(chǎn)廠得以廣泛采用。但在設計和建造時要注意以下幾點
1、新風機組：因新風機組是保證潔凈室相對濕度的唯一設備，所以其加濕和去濕的能力一定要保證，自動控制要到位。而且對新風的處理?？紤]到當?shù)厥彝饪諝獾奈廴緺顩r，成份和生產(chǎn)工藝的要求來設置必要的處理功能段。
2、干盤管：干盤管是保證潔凈室溫度的設備，它補充新風冷量的不足部分?？蓡闻_控制也可多臺群控。一般干盤管最少要雙排，翅片間距3毫米，而面風速為1.5m/s；冷水溫度宣比潔凈室空氣露點高2℃。最好設滴水盤。
3、FFU：出風速度要均勻、應為平均風速±20%的均勻度。FFU的余壓應大于100pa，噪聲最好低于50dB（A）其模數(shù)尺寸宜與格柵地板的模數(shù)相同，其風機可單臺控制，單臺調速。壽命應為30000—50000小時。
三、高級別潔凈室的特點
高級別潔凈室尤其是微電子和光電子的科研、試制、生產(chǎn)用的高級別潔凈室就其建造和運行的角度存在著：建造投資費用高，運行管理費用大，靈活適應性強，安全可靠性好四大特點。
（一）建造投資費用高
高級別潔凈室的建造費用很高，一般來說，100級垂直單向流的潔凈室，其室內裝修（墻、頂、地、門、窗等）和空調凈化系統(tǒng)（包括制冷空調設備和管道配件、凈化設備和配件等）的初投資大約為10000元人民幣每平方米，如果加上純水制備設備和系統(tǒng)管道，純氣發(fā)生和系統(tǒng)管道，廢水治理設備和管道，消防系統(tǒng)，供配電和自控系統(tǒng)，真空清掃系統(tǒng)等等，其單位面積的建造投資費用要高達25000—30000元人民幣每平米。
（二）運行管理費用大
因為高級別潔凈室凈化風量大，新風量也大，溫濕度要求嚴格，所以空氣熱濕處理和空氣輸配的能量消耗大，耗電多，運行費用貴。
（三）靈活適應性強
因為，科學技術的發(fā)展很快，高科技的產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，尤其是電子工業(yè)的發(fā)展更是日新月異，像集成電路的發(fā)展兩三年就更新一代，TFT-LCD的發(fā)展速度更快,—兩年就上一個臺階。這就要求為其服務的高級別的潔凈室必須能適應其發(fā)展速度，有極好的靈活性和適應性。因為建造一個潔凈廠房是百年大計，不是一、二年就會拆掉重建。因此在設計和建造潔凈廠房時，就?？紤]到工藝的發(fā)展、變更就要考慮到潔凈廠房的靈活性和適應性。從一個潔凈廠房的靈活適應角度，可將其分為三個層次，第一是不可變的部分。無論怎樣改都不能改變的部分。如基礎、梁、柱等結構部分，第二是可變但不容易變的部分。如潔凈室的圍護、裝修等，第三是可變而且容易改變的部分。如動力、空氣、水、氣體溶劑的供給部分和廢氣、廢水、廢料等排放部分。
（四）安全、可靠性好
從前面一、二兩條特點可以得出建造和使用這樣的潔凈室要付出何等的代價。但是為了生產(chǎn)出高可靠、高質量的高科技產(chǎn)品也必須具備這樣的生產(chǎn)環(huán)境。因為建造潔凈室的目的是為使用，是為了得到高成品率合格產(chǎn)品。為了達此目的設計和建造潔凈室必須把安全可靠放在第一位。保證所建造的潔凈室在潔凈度、溫濕度、風速、壓力等所有參數(shù)必須滿足生產(chǎn)工藝的要求，保證安全、可靠、不出事故。這一點絕不能馬虎，更不能打折扣，要萬無一失，只有這樣才能有效益，才能達到建造潔凈室的目的。
四、高級別潔凈室的空調負荷特點和節(jié)能
（一）潔凈室的空調負荷
潔凈室的凈化空調負荷由下面幾部分組成
1、室內負荷
主要包括
①室內作業(yè)人員的散熱、散濕負荷。
②室內照明燈具的散熱負荷。
③潔凈室圍護結構墻、頂、地、門、窗的傳熱、傳濕負荷。
④生產(chǎn)設備和生產(chǎn)過程的散熱、散濕負荷。
2、潔凈室新風處理的熱、濕負荷。夏季是降溫去濕，冬季是加熱、加濕。
3、空氣循環(huán)時風機,或FFU的溫升和水泵的溫升負荷。
（二）高級潔凈室的空調負荷特點
1、高級別潔凈室（100級,10級,1級）是垂直單向流潔凈室，其送風機的風量非常大，高達400-500次/小時換氣，而且風機的壓頭也很高，一般多在1000—1500pa，因此風機溫升的負荷大。按理論計算，在集中送風方式的系統(tǒng)中，風機的溫升為1.5℃，僅此一項的負荷就是500-700W/㎡，如果采用FFU送風方式，風機溫升的負荷也要250—350W/㎡。因此風機溫升的負荷大是其一個負荷特點。
2、服務于微電予和光電子的高級別潔凈室因工藝排風量大，所以新風量也很大，新風量一般在10-20次/h換氣；因此，處理如此多新風的負荷大約為400-800W/㎡；個別工藝的排風量更大，固新風負荷也還會更大。因此新風負荷大是其第二個負荷特點。
3、生產(chǎn)設備和生產(chǎn)過程的散熱、散濕負荷大，是高級別潔凈室的第三個負荷特點。生產(chǎn)負荷的大小是與工藝生產(chǎn)本身的性質、生產(chǎn)設各的密閉、保溫、通風以及水冷卻的情況有關。
4、圍護結構的傳熱、照明燈具的散熱以及作業(yè)人員的發(fā)熱這三項負荷相對比較小，三項負荷之和還不足總空調負荷的10%（其中照明負荷大約25—30W/㎡；圍護結構負荷大約20-30W/㎡；作業(yè)人員負荷大約10—15W/㎡），這是高級別潔凈室第四個負荷特點。
（三）高級別潔凈室空調凈化系統(tǒng)的節(jié)能
研究高級別潔凈室的空調凈化系統(tǒng)節(jié)能，應首先從分析其空調負荷特點入手，抓住空調負荷中的主要矛盾，才能事半功倍。從前面可知，高級別潔凈室空調負荷中占90%以上的負荷是新風負荷、風機溫升負荷和工藝設備和工藝過程負荷三項。這是它的主要矛盾。
1、降低新風空調負荷的節(jié)能措施
①減少排風量。改進工藝和工藝設備，盡可能不排風，少排風。采取密閉式排風罩在同等的排風效果下盡量減少排風量。
②減少正壓漏風量。加強潔凈室圍護結構的密封性，既能保持潔凈室必要的正壓值，又可減少所需的正壓漏風量。
③提高新風空氣處理設備的效率。
2、降低風機溫升負荷的節(jié)能措施
①在確保潔凈室潔凈度的前提下，盡量減少送風量，盡量用局部高凈化來替代全面高凈化。
②加強空調設備和空調系統(tǒng)的密閉性，減少漏風量。
③采取凈化送風與空調送風分離的送風方案，使90%的凈化送風量就近循環(huán)以減少風機溫升負荷。
④采用FFU加新風機組加干盤管的送風方式以減少風機溫升負荷。
⑤提高風機效率，采取變頻措施。
3、工藝設備和工藝過程的發(fā)熱是工藝生產(chǎn)本身的問題，只能依靠工藝自己來解決。
4、除上述措施之外，還可采取如下措施
①加強水管和風管的保溫。
②減少冷熱源的跑、冒、滴、漏。
③采取熱回收充分利用廢熱。
④盡量利用天然能源作空調系統(tǒng)的預冷和預熱如太陽能、地下水、土壤能等。
⑤利用蓄冰和蓄熱等優(yōu)惠政策。
五、高級別潔凈室的靜電危害和防靜電
（一）靜電的危害
1、潔凈室存在有帶電體，灰塵就會附著在帶電體的表面，于是就成為了潔凈室的發(fā)塵源，會影響潔凈室的潔凈度。
2、電子工業(yè)的潔凈室在生產(chǎn)過程中會使用大量的易燃易爆的氣體和有機溶劑，潔凈室內的靜電就成了誘發(fā)爆炸和火災的導火線。
3、靜電放電產(chǎn)生火花，發(fā)出噪聲，會使精密電子儀器、計算機、控制設備誤動作。還會引起電子產(chǎn)品的電路破損、疲勞和感光的材料曝光失效。
4、靜電的電場會使半導體短路、疲勞、破損。
（二）靜電的起因
由于某種原因引起電荷的移動，正負電荷失去平衡物體就帶電了，這就是所謂的靜電。
靜電產(chǎn)生的原因有以下四種：
1、接觸帶電：兩種功函數(shù)不同的物體接觸時會引起電荷的移動，接觸面積越大，帶電量就越大，若施加外力就會增加兩物體的接觸面積，這就是磨擦帶電。滾動帶電、剝離帶電、噴射帶電也是這一原理。
2、感應帶電，通過導體表面上的靜電感應來產(chǎn)生感應電荷而帶電。
3、電暈帶電，附加高電壓的針狀電極的尖部會產(chǎn)生電暈放電產(chǎn)生離子與物體碰撞而帶電。
4、流動帶電，液體由管壁表面獲得電荷，隨液體的流動使液體又與管壁分離而引起的帶電現(xiàn)象叫流動帶電。
（三）潔凈室的防靜電措施
1、潔凈室圍護結構的防靜電，為了防止靜電集聚，潔凈室的圍護結構應采用高導電率的材料制作。圍護結構包括有墻、門、窗、頂和地?？轨o電地板的電阻值為10的6次方到9次方歐姆，導靜電地板的電阻值為10的4次方到6次方歐姆。目前多用塑料（PVC）塊材或卷材，以及防靜電還氧自流平。墻板和頂板（除布滿高效過濾器處外）的夾心保溫材料多為巖棉和鋁蜂窩等不燃材料，而用鋁板或彩鋼板作面板。墻板和地板都要有良好的接地措施產(chǎn)生的靜電能迅速地通過導電材料和地線導掉。
2、人員的防靜電措施，在潔凈室內的工作人員必須穿著防靜電潔凈工作服。防靜電潔凈工作服的織物中加入了導電的金屬纖維或碳素纖維。除此之外，必須時還在作業(yè)人員的手腕上配帶接地的導電腕環(huán)。
3、在生產(chǎn)工藝的允許條件下，可用提高潔凈室內空氣相對濕度的方法來消除靜電。當濕度在65%一70%的情況下，物體表面形成一層極薄的水膜，能溶解二氧化碳，增加表面的導電能力，使靜電不積累。
4、減少磨擦作業(yè)，以減少靜電的發(fā)生源。
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