洁净室工程

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。按照国际惯例，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，就达到了国际无尘标准的A级。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。
 

二、洁净室的使用

1 .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。

2 .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。

3 .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。

四、乱流洁净室原理

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）

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

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，稀释的效果就越好。所以乱流洁净室的原理就是稀释作用。

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。
 

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、高级纸浆制滤材、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（万级至百级）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高级别。
 

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%。

1 .乱流式：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。

优点：构造简单，运转后短时间内即可变成稳定。

缺点：建造费用比乱流式高，室内空间不易扩充。

⑵垂直层流式：房间天花板完全以ULPA过滤器覆盖，空气由上往下吹，可得较高之洁净度，在制程中或工作人员所产生的尘埃可快速排出室外而不会影响其它工作区域。

优点：管理容易，运转开始短时间内即可达稳定状态，不易为作业状态或作业人员所影响。

缺点：构造费用较高，弹性运用空间困难，天花板之吊架相当占空间，维修更换过滤器较麻烦。

2 .复合式

复合式为将乱流式及层流式予以复合或并用，可提供局部超洁净之空气。

⑴洁净隧道（Clean Tunnel）：以HEPA或ULPA过滤器将制程区域或工作区域100%覆盖使洁净度等级提高至10级以上，可节省安装运转费用。

此型式需将作业人员之工作区与产品和机器维修予以隔离，以避免机器维修时影响了工作及品质，ULSI制程大都采用此种型式。

洁净隧道另有二项优点：A.弹性扩充容易； B.维修设备时可在维修区轻易执行。

⑵洁净管道（Clean Tube）：将产品流程经过的自动生产线包围并净化处理，将洁净度等级提至100级以上。因产品和作业员及发尘环境相互隔离，少量之送风即可得到良好之洁净度，可节省能源，不需人工的自动化生产线为***适宜使用。药品、食品业界及半导体业界均适用。

⑶并装局部洁净室（Clean Spot）：将洁净室等级10,000~100,000之乱流洁净室内之产品制程区的洁净度等级提高为10~1000级以上，以为生产之用；洁净工作台、洁净工作棚、洁净风柜即属此类。

洁净工作台：等级Class 1~100级。

洁净工作棚：为在乱流式之洁净室空间内以防静电之透明塑料布围成一小空间，采用独立之HEPA或ULPA及空调送风机组而成为一较高级之洁净空间，其等级为10~1000级，高度在2.5米左右，覆盖面积约10m2以下，四支支柱并加装活动轮，可为弹性运用。

气流的重要性

洁净室的洁净度往往受到气流的影响，换言之，即人、机器隔间、建筑结构等所产生的尘埃之移动、扩散受到1 .气流的支配

洁净室系利用HEPA、ULPA过滤空气，其尘埃的收集率达99.97~99.99995%之多，因此经过此过滤器过滤的空气可说十分干净。然而洁净室内除了人以外，尚有机器等之发尘源，这些发生的尘埃一旦扩散，即无法保持洁净空间，因此必须利用气流将发生的尘埃迅速排出室外。

2 .风速的控制

洁净室内的气流是左右洁净室性能的重要因素，一般洁净室的气流速度是选0.25~0.5m/s之间，此气流速度属微风区域，易受人、机器等的动作而干扰趋于混乱、虽提高风速可抑制此一扰乱之影响而保持洁净度、但因风速的提高，将影响运转成本的增加，所以应在满足要求的洁净度水准之时，能以***适当的风速供应，以达到适当的风速供应以达到经济性效果。

另一方面欲达到洁净室洁净度之稳定效果，均一气流之保持亦为一重要因素，均一气流若无法保持，表示风速有异，特别是在壁面，气流会延着壁面发生涡流作用，此时要实现高洁净度事实上很困难。

垂直层流式方向要保持均一气流必须：（a）吹出面的风速不可有速度上的差异；（b）地板回风板吸入面之风速不可有速度上的差异。速度过低或过高（0.2m/s，0.7m/s）均有涡流之现象发生，而0.5m/s之速度，气流则较均一，一般洁净室，其风速均取在0.25~0.5m/s之间。

3 .影响因素

影响洁净室的气流因素很多，如制程设备、人员、洁净室组装材、照明器具等，同时对于生产设备上方气流的分流点，亦应列入考虑因素。

一般操作台或生产设备等表面的气流分流点，应设于洁净室空间与隔墙板间距2/3之处，如此可使作业人员工作时，气流可从制程区内部流向作业区，而将微尘带走；若分流点配置在制程区前方，将成为不当的气流分流，此时大部份的气流将流至制程区之后，作业员操作所引起的尘埃将被带到设备后面，工作台因而将受到污染，良率也势必降低。

洁净室内的工作桌等障碍物，在相接处均会有涡流现象发生，相对地在其附近之洁净度将会较差，在工作桌面钻上回风孔，将使涡流现象减少***低；组装材料之选择是否恰当、设备布局是否完善，亦为气流是否成为涡流现象之重要因素。

洁净室的构成是由下列各项系统所组成（在所组成的系统分子中是缺一不可的），否则将无法构成一完整且品质良好的洁净室：

⑴天花板系统：包括吊杆（Ceiling rod）、纲梁（I-Beam或U-Beam）、天花板格子梁（Ceiling grid或 Ceilingframe）。

⑵空调系统：包括空气舱、过滤器系统、风车等。

⑶隔墙板（Partitional wall）：包括窗户、门。

⑷地板：包括高架地板或防静电舒美地板。

⑸照明器具：包括日光灯、黄色灯管等。

洁净室之建筑主体构造，一般是用钢筋或骨水泥，但无论是何种构造，必须满足如下之条件：

A.不会因温度变化与振动而发生裂痕；

B.不易产生微尘粒子，且很难附着粒子；

C.吸湿性小；

D.为了维持室内之湿度条件，热绝缘性要高。

1 .工业洁净室

以无生命微粒的控制为对象。主要控制空气尘埃微粒对工作对象的污染，内部一般保持正压状态。它适用于精密机械工业、电子工业（半导体、集成电路等）宇航工业、高纯度化学工业、原子能工业、光磁产品工业（光盘、胶片、磁带生产）LCD（液晶玻璃）、电脑硬盘、电脑磁头生产等多行业。

2 .生物洁净室

主要控制有生命微粒（细菌）与无生命微粒（尘埃）对工作对象的污染。又可分为：

A、 一般生物洁净室：主要控制微生物（细菌）对象的污染。同时其内部材料要能经受各种灭菌剂侵蚀，内部一般保证正压。实质上其内部材料要能经受各种灭菌处理的工业洁净室。例：制药工业、医院（手术室、无菌病房）食品、化妆品、饮料产品生产、动物实验室、理化检验室、血站等。

B、 生物学安全洁净室：主要控制工作对象的有生命微粒对外界和人的污染。内部要保持与大气的负压。例：细菌学、生物学、洁净实验室、物物工程（重组基因、疫苗制备）。

1、发尘量

洁净室内的发尘量，来自设备的可考虑通过局部排风排除，不流入室内；产品，材料等在运送过程中的发尘与人体发尘量相比，一般极小，可忽略；由于金属半壁（彩钢夹心板）的应用来自建筑表面的发尘也很少，一般占10%以下，发尘主要来自人，占90%左右。在人的发尘量上，由于服装材料和样式的改进，发尘绝对量也不断减少。

A、材质：棉质发尘量***大，以下依次为棉、的确良、去静电纯涤纶、尼龙。

B、样式：大挂式发尘量***大，上下分装型次之，全罩型***少。

C、活动：动作时的发尘量一般达到静止时间3-7倍。

D、清洗：用溶剂洗涤的发尘量降至用一般水清洗的五分之一。

室内维护结构表面发尘量，以地面为准，大约相应8平方米地面时的表面发尘量与一个静止的人的发尘量相当。

2、发菌量

工作人员产生的污染：

1）皮肤：人类通常每四天完成一次皮肤的完全脱换，人类每分钟脱落约1000片皮肤（平均大小为30*60*3微米）

2）头发：人类的头发（直径约为50~100微米）一直在脱落。

3）口水：包括钠、酶、盐、钾、氯化物及食品微粒。

4）日常衣物：微粒、纤维、硅土、纤维素、各种化学品和细菌。

5）人类静止和坐立每分钟将产生10000个大于0.3微米的微粒。

6）人类在头部和躯干做动作时每分钟将产生1000000个大于0.3微米的微粒。

7）人类以0.9m/s的速度行走时每分钟将产生5000000个大于0.3微米的微粒。

分析国外试验资料可以认为：

⑴ 洁净室内当工作人员穿无菌服时：

静止时的发菌量一般为10-300个/min.人

躯体一般活动时的发菌量为 150-1000个/min.人

快步行走时的发菌量为 900-2500个/min.人

⑵ 咳嗽一次一般为 70~700个/ min.人

喷嚏一次一般为 4000~62000个/ min.人

⑶ 穿平常衣服时发菌量 3300~62000个/ min.人

⑷ 无口罩发菌量：有口罩发菌量 1:7~1:14

⑸ 发菌量：发尘量 1:500~1:1000 据国内事例：

⑹ 手术中人员发菌量 878个/ min.人

所以，可知洁净室内无菌衣人员的静态发菌量一般不超过300个/ min.人，动态发菌量一般不超过1000个/ min/人，以此作为计算依据是可行的。

净化工程是一个应用行业非常广泛的基础性配套产业，在电子信息、半导体、光电子、精密制造、医药卫生、生物工程、航天航空、汽车喷涂等众多行业均有应用，并根据行业的精密与无尘要求，等级差别也较大。

目前级别***高的当属航天航空的航空仓，基本是属于1级，属于特殊领域，面积相对较小。

另外对级别要求较高的是生物化学实验室和高精纳米材料生产车间，互联网芯片的发展将是未来需求的一大方向。

详细参数

洁净标准与洁净等级 (ISO 国际标准）

各粒径档***大容许粒子浓度 （颗/m3）

ISO等级 0.1um 0.2um 0.3um 0.5um 1um 5um

1 10 2

2 100 24 10 4

3 1，000 237 102 35 8

4 10，000 2，370 1，020 32 83

5 100，000 23，700 10，200 3，520 832 29

6 1，000，000 237，000 102，000 35，200 8320 293

*点，采用更适合洁净室原理的圆弧转角；

第二点，系统自动控制运行，双门电子互锁，并设有光电感应器，单向通道风淋室，从非洁净区进入，关门后红外线感应有人就吹淋，吹淋后入门锁闭，只能从出门走出风淋室；

第三点，整体冷轧钢板制作，外表面静电喷塑处理；

第四点，门、底板、喷嘴均采用不锈钢制造，美观大方；

第五点，软键触按式时间继电器，LED显示及设置吹淋时间，范围在10-99s可调，吹淋时双门自动锁闭；

第六点，采用初、高效两级过滤系统，有隔板高效过滤器，过滤效率为：99.99%，确保净化级别；

第七点，风嘴出风口风速高达25m/s以上，吹到人体上风速18m/s以上；

第八点，采用EVA密封材料，密闭性能高。

为了避免和减少洁净室从业人员对洁净室造成的污染。任何洁净室工作以外的人员，在与洁净室工作人员捷星接触谈话时，要将自己背对过去，因为口鼻会向注视的方兴散发污染。

做到口鼻不对洁净室的工作区。

如果出现咳嗽或者打喷嚏的情况，要做到背对洁净室的工作区用手套掩住，然后及时更换手套。情况严重的者应立即离开洁净室区域，并向领导报告。

洁净室内不得放置于洁净室工作无关的物品。洁净室工作物品要排放有序。

当设备不能正常运转的时候，不要私自维修，要向领导报告，等*人员对洁净室进行维修。

患有呼吸道疾病的人，由于会对洁净室的空气造成污染，故不能进入洁净室工作

患有结膜炎或者其他产生分泌物的病症，或者患有皮肤类疾病的人员都是不适合在洁净室工作的。

另外需要注意的，洁净室的工作人员要对自己的口腔卫生，保持注意。洁净室工作人员要定期的进行身体健康状况的检查。