洁净室及其控制技术ppt课件

洁净室及其控制技术,1,什么是洁净室？,洁净室Cleanroom:空气悬浮粒子浓度受控的房间。它的建造和使用应减少室内诱入、产生滞留粒子。室内其它有关参数如温度、湿度、压力等按要求进行控制。摘自GB50073-2001洁净厂房设计规范,由于半导体工业所制作的集成电路元件尺寸越来越小，在一块小小的芯片上，整合了许许多多的元器件，因此在制造的过程中就必须防止外界杂质污染源(包括尘埃、金属离子、各类有机物等)，因为这些污染源可以造成元器件性能的劣化及产品成品率和可靠性的降低。所以制造集成电路必须在洁净的环境中进行，以尽量将污染源和硅片隔离。,背景,第1节洁净室定义、分类与应用,2,半导体工厂洁净室示意图,3,根据洁净的程度一般净化，粗效过滤器。中等净化，粗、中效过滤器。超净净化，粗、中、高三级效过滤器。根据洁净室的用途工业洁净室，控制非生物微粒的污染。生物洁净室，控制生物微粒的污染。一般生物洁净室隔离生物洁净室,第1节洁净室定义、分类与应用,4,根据气流流型单向流非单向流混合流,第1节洁净室定义、分类与应用,5,第2节空气洁净度标准与控制对象,控制对象：最小微粒直径，微粒数量。一、控制的最小粒径（1）生产的机械角度考虑；（2）白炽灯作光源的散射光式粒子计数器测试；（3）大规模集成电路生产要求控制0.1m。二、控制的微粒数量原则：（1）现有措施能达到；（2）经济上能明显区别；（3）记忆方便。,6,三、被控制的含尘浓度的具体规定1、何状态下的含尘浓度动态、静态、空态2、何范围内的含尘浓度离地0.81.5m高的区域。,洁净度的控制对象,7,空气洁净度标准,2.1洁净度等级标准（工程中所依据的各项标准和规范）空气洁净度：洁净空气中含尘量多少的程度（即含尘浓度）。1、美国空军技术条令世界上第一个洁净度标准。1961年3月问世。美国联邦标准的基石。2、美国联邦标准2091963年12月问世。0.5m5.0m3、美国联邦标准FS209E,8,表2-1美国联邦标准（USAFederalStandard）209E（1992年）,9,洁净室的洁净度是如何确定的？,1立方英尺为单位空间直径0.5微米的尘埃粒子为比较标准,Class1：大于0.5微米的粒子少于1个Class10：大于0.5微米的粒子少于10个Class100：大于0.5微米的粒子少于100个Class1000：大于0.5微米的粒子少于1000个Class10000：大于0.5微米的粒子少于10000个,10,表2-1美国联邦标准（USAFederalStandard）209E（1992年）,11,各种要求粒径d的粒子最大允许浓度由公式确定。FS209E英制单位制计算公式：式中：N大于或等于要求粒径的粒子最大允许浓度（pc/ft3）Nc洁净度等级d要求的粒径（m），其值为0.15.0。0.5常数，其量纲为m。,FS209E国际单位制计算公式：式中：CM大于或等于要求粒径的粒子最大允许浓度（pc/m3）M洁净度等级,12,某洁净室用0.2m粒径的粒子检验，允许浓度限制为7.5104个/m3，相当于美国联邦标准209E国际单位制M多少级？,13,表2-2洁净室及洁净区空气中悬浮粒子洁净度等级ISO14644-1、GB50073-2001,14,各种要求粒径D的粒子最大允许浓度Cn由公式确定。式中：Cn大于或等于要求粒径的粒子最大允许浓度（pc/m3）；Cn是以四舍五入至相近的整数，有效位数不超过三位。N洁净度等级，数字不超出9，洁净度等级整数之间的中间数可以按0.1为最小允许递增量。D要求的粒径（m），其值为0.15.0。0.1常数，其量纲为m。,15,某洁净室用0.2m粒径的粒子检验，允许浓度限制为7.5104个/m3，相当于洁净厂房设计规范多少级？,16,洁净度等级标准,我国1、洁净厂房设计规范GBJ73-842、现在标准中国国家标准GB50073-2001（等同采用国际标准ISO14644-1）特点：与旧规范相比，控制粒径2种增加到6种；4个级别增加到9个级别。另，允许采用整数间的中间级别。,17,尘埃粒子直径的示意图,尘埃粒直径（单位：m）,18,在太平洋中游弋的一条鲣鱼,以ISO1级的洁净度为例来计算洁净度1级的上限是1m3空气中0.1m粒子10个，即浮游粒子在空气中的体积比：根据世界地理知识，可查到太平洋的面积为16500万km2、平均深度为4282m、体积为70700万km3。一条鲣鱼的体积大约为0.004m3即一条鲣鱼在太平洋中的体积比：,19,生物洁净室相关标准1、美国航空航天管理局洁净室和洁净工作台微生物控制标准2、现在标准医药工业洁净厂房空气洁净度标准GMP-97。,20,中国药品生产洁净室（区）的空气洁净度标准,注1：大于100000级的参数是参考美国联邦标准洁净室和洁净区内空气浮游粒子洁净等级；注2：空气洁净度的测试以静态条件为依据，测试方法应符合国家医药管理工业洁净室和洁净区悬浮粒子的测试方法中有关规定；注3：对于空气洁净度为100级的洁净室，室内大于等于5m尘粒的计数，应进行多次采样，当其多次出现时，方可认为该测试数值是可靠的。,21,第3节洁净室的工作原理及其应用,洁净室控制微粒污染的主要途径：1.控制污染源，减少污染发生量；2.迅速有效地排除室内已经发生的污染；3.有效地阻止室外的污染侵入。（或有效地防止室内污染逸至室外）,22,洁净室的四原则,1、增大换气次数2、设备发尘部位应有排气3、室内的气流形式应使得灰尘难以在产品上附着,1、过滤器本身及外框无漏风2、洁净室需保持一定的正压3、作业人员需穿洁净服并经风淋4、带入的工具、材料等必须擦洗干净,1、正确穿着洁净服2、不使用容易发尘的物品及材料3、减少不必要的人员走动4、不用的物品严禁带入,1、清扫作业不留死角，特别是不易清扫的角落和设备周围2、尽量减少风管、配管暴露于洁净室内3、实施标准化的清扫作业,23,洁净室的洁净度是如何维持的？,过滤、送风量、压力梯度、气流组织,24,HEPAFilter高效过滤器HighEfficiencyParticulateAirFilter,ULPAFilter高效过滤器UltraLowPenetrationAirFilter,灰尘是如何去除的呢？,25,过滤器去除灰尘的效率如何呢？（举例）,26,灰尘又是如何产生的呢？,摘自GB50073-2001洁净厂房设计规范,27,除了灰尘还要防止什么呢？,酸、碱SOX、NH3、HCl、HF等有机物VOCDBP等掺杂物P、B等金属物Al、Cu、W等,28,这些化学物质有什么危害呢？,29,化学物质又是如何产生的呢？,30,化学物质去除的效率如何呢？,活性炭,化学过滤器,31,活性炭是如何吸附化学物质的呢？,活性炭的小孔组织有非常大量的内表面，约1000M2/g吸附发生在活性炭的内表面被吸附的化学分子通过扩散进入活性炭庞大的小孔组织，抵达微孔。碰撞发生在微孔表面。活性炭通过它的弱吸引力有效地抓住化学分子物理吸附活性炭表面和分子间的相互作用是较弱的，不可能留住较轻的不稳定化学分子使用精制活性炭（酸、碱、有机）来对应不同的化学气体分子化学吸附,32,化学过滤器和FFU的HEPA/ULPA的安装关系,33,有了HEPA、ULPA，还要进行新风的空气净化（湿度控制）,等湿升温（冬季工况）,等焓加湿,冷却除湿,等湿升温,等焓加湿（夏季工况）,冷却除湿,等湿升温,34,一、原理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。所以气流扩散的越快，越均匀，那么稀释的效果当然越好。特点：从来流到出流之间气流的流通断面是变化的。流态实质：非均匀流（急变流）,非单向流（乱流）洁净室,洁净室的空调系统及其气流组织形式,35,二、气流组织高效过滤器顶送（有扩散板和无扩散板）；流线型散流器顶送；局部孔板送风；侧送。,非单向流（乱流）洁净室,36,利用风管上送侧排为非单向流洁净室易控制大范围的空气流动,37,直接利用空调箱侧送侧回不能形成同一方向气流，是乱流适合洁净度要求不高的洁净室,利用风管和地板上送下回为混合流洁净室适合有较高洁净度和较大热负荷要求的洁净室但必须确保架空地板高度,38,三、效果根据非单向流洁净室的工作原理，它可以达到的洁净度一般为100010000（6-7）级，如果设计合理，部分情况下可达100（5）级。室内换气次数越大，一般来说，所得洁净度也越高。100000级洁净室，换气次数小于20次/小时10000级洁净室，换气次数20-60次/小时1000级洁净室，换气次数60-150次/小时,非单向流（乱流）洁净室,39,一、基本原理在单向流洁净室内，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掺混作用，而是靠推出作用将室内脏空气沿整个断面排至室外，从而达到净化室内空气的目的。二、特点（1）全室断面上的流速比较均匀。（2）至少在工作区内流线平行。流线平行指时均流线彼此平行。（3）至少在工作区内没有涡流。,单向流（层流）洁净室,洁净室的空调系统及其气流组织形式,40,单向流（层流）洁净室,三、单向流洁净室的分类1、垂直单向流洁净室（1）顶棚满布高效过滤器送风，全地板格栅回风典型的垂直单向流洁净室优点：可获得均匀向下的单向气流，因而自净能力强，能够达到最高的洁净度级别。缺点：顶棚结构较复杂，造价和维护费用高，高效过滤器堵漏较困难。,41,利用FFU和地板上送下回易形成垂直单向流适合有较高洁净度要求的洁净室但必须确保架空地板高度,42,气流组织：（1）顶棚满布高效过滤器送风，全地板格栅回风（2）侧布高效过滤器顶棚阻尼层送风，全地板格栅回风（3）顶棚和侧面双布高效过滤器送风，全地板格栅回风（4）全顶棚送风，两侧下回风,单向流（层流）洁净室,43,2、水平单向流洁净室,单向流（层流）洁净室,（1）送风墙满布高效过滤器水平送风，全墙面回风（2）“隧道”式单向流送风,44,混合流洁净室,45,洁净厂房设计规范规定：1-4级应垂直单向流5级应垂直单向流或水平单向流6-9级宜非单向流,46,洁净室的构造是怎样的？,47,洁净室的造价与运行费用,不同级别洁净室厂房的送风量、冷量、投资、耗电指标（仅供参考）,48,洁净室的温度是如何控制的？,CoolingUnit干冷盘管干冷盘管温差小，温度分布均匀，控制精度高主要用于小范围作业室的温度控制,AirHandlingUnit空调机自带循环风机，可处理风量较大主要用于较大范围用力室的温度控制,49,洁净室的热负荷从哪里来？,50,洁净室为什么还要控制压差？,洁净室的压差就是使洁净室与周围的空间必须维持一定的静压差，洁净度不同的洁净室之间，或洁净室与一般房间之间保持适当的压差值，其目的是为了保证在洁净度等级低的区域其洁净度遭受破坏时，洁净度等级高的区域可以免受邻室的污染。,知道了吗洁净室内为什么要随手关门？,不同洁净等级的洁净室之间应维持不小于5Pa的压差，级别高的区域为正压；洁净区与非洁净区之间也应维持不小于5Pa的压差；洁净区与室外也应维持不小于10Pa的压差。,51,自动洗手装置,Airshower风淋室,Cleanbench洁净工作台,Cleanbooth层流罩,Passbox传递窗,洁净室配套设施净化设施,52,洁净室配套设施高灵敏度烟感探测器,53,第4节生物洁净室技术,一般生物洁净室隔离式生物洁净室（生物安全实验室）,54,生物洁净室,生物洁净室定义生物洁净室主要控制悬浮粒子生物微粒的污染。其内部材料要能经受各种灭菌剂侵蚀，房间一般保持正压，实际上是结构和材料允许作灭菌处理的工业洁净室。,过滤除菌消毒除菌紫外线消毒除菌,55,生物洁净室设计,生物洁净室设计的特点过滤器的选择生物洁净室可采用亚高效过滤器或过滤效率较低的高效过滤器作为末端过滤器。防止交叉污染的措施（1）工艺布局合理，按照GMP设计建筑（2）净化空调系统设计合理,56,生物洁净室设计,（3）净化空调系统设计合理不同的污染气流不要合到一起，除非各种污染气流经过滤处理并符合要求后。对于产生剧毒性、强致敏性、高生物活性或粉尘性微粒的洁净室，应单独设净化空调系统。若回风经过滤或吸附等处理后，仍不能避免交叉污染则不要回风。严格控制房间正负压，防止相邻房间气流出现反灌现象，这一点在生物洁净室的设计及使用过程中应特别重视。,57,生物洁净室设计,（4）值班系统设计目前许多生物洁净厂房的工作班次为单班制，下班后，为防止室外污染物渗入洁净室，或室内危险气体逸至其他房间或室外，应设值班运行系统，维持房间正负压。在潮湿环境，值班时需供冷水去除空气水分，防止室内表面长霉；在寒冷地区，值班时需供热水，防止室内储水容器或管路冻结。,58,生物安全实验室,确保操作生物危险因子的工作人员不受实验对象的伤害；确保周围环境不受其污染；确保实验因子保持原有本性所采取综合措施的实验室。,三项技术措施样品隔离技术（机械、气幕），防止传染因子进入环境接触人体定向流技术（三级负压系统），防止传染因子扩散消毒灭菌技术（物理、化学），灭活传染因子,59,生物安全实验室,一级屏障（primarybarrier）是操作者和被操作对象之间的隔离，也称一级隔离如生物安全柜分3级-I、II、III级个体防护装备口罩、面具、眼镜，防护衣、帽、裤、鞋、靴、袜、手套、正压服等,60,一级屏障,61,二级屏障(secondarybarrier)生物安全实验室和外部环境的隔离，也称二级隔离实验室的设施结构通风空调系统给水排水系统电气和控制系统二级隔离的防护能力取决于实验室分区和定向气流一般按照实验因子污染的概率把实验室分为洁净、半污染和污染三个区,生物安全实验室,62,P1-P4(Physicalprotection，物