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净化工程原理及等级参数

净化工程原理及等级参数

  在一定空间范围内,将空气中的▓微粒子、有害空气、细菌等污染物排除,并将室内温度、洁净度、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的▓工程学科。净化工程所特别设计的▓房间,不论外在空气条件如何变化,室内均具有维持原先所设定要求之洁净度、温湿度及压力等性能。
  1.原理
  乱流洁净室
  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。
  单向流洁净室
  单向流洁净室一般有两种类型,即水平流和垂直流。在水平流系统中,气流是□□从一面墙流向另一面墙。在垂直流系统中,气流是□□从吊顶流向地面。对要求洁净室的▓悬浮粒子浓度或微生物浓度更低的▓场合,就使用单向气流。以前称这类洁净室为“层流”洁净室。单向流和层流的▓名称均说明了其气流的▓状况:气流以一个方向流动(或是□□垂直的▓或是□□水平的▓),并以一般是□□0.3米/秒至0.5米/秒(60英尺/分钟至100英尺/分钟)的▓均速流过整个空间。图1是□□典型的▓垂直流洁净室的▓剖面图。从图中可以看出,由满布洁净室吊顶的▓高效过滤器向室内送风。气流有如一个空气活塞,向下流经室内,带走污染物,然后从地面排出。又在与外部的▓一些新鲜空气混合后,再循环至高效过滤器。人员和工艺所产生的▓悬浮污染可马上被这种空气清除掉,而紊流通风系统采用的▓是□□混合与稀释原理。在一间没有任何障碍物的▓空房间,单向流用比前面提到的▓低得多的▓风速,就可以很快将污染物清除。但在一个操作间,机器以及机器周围走动的▓人员,会对气流形成障碍。障碍物可以使单向流变成紊流,从而在障碍物周围形成气流团。人员的▓活动也可以使单向流变成紊流。在这些紊流中,由于风速较低,空气稀释程度较小,从而使得污染浓度较高。因此,必须将风速保持在0.3米/秒至0.5米/秒(60英尺/分钟至100英尺/分钟)的▓范围里,以便使中断的▓单向流能快速恢复,充分稀释障碍物周围紊流区的▓污染。用风速可以正确地表示出单向流,因为风速越高室内就越洁净。而每小时换气次数与房间的▓体积有关,如吊顶的▓高低,因此不适合用来表示单向流。单向流室内的▓送风量是□□紊流室的▓很多倍(10到100倍)。所以这样的▓洁净室的▓建造和运行费用要高得多。
  2.控制
  洁净室中的▓温湿度控制
  洁净空间的▓温湿度主要是□□根据工艺要求来确定,但在满足工艺要求的▓条件下,应考虑到人的▓舒适度感。随着空气洁净度要求的▓提高,出现了工艺对温湿度的▓要求也越来越严的▓趋势。
  具体工艺对温度的▓要求以后还要列举,但作为总的▓原则看,由于加工精度越来越精细,所以对温度波动范围的▓要求越来越小。例如在大规模集成电路生产的▓光刻曝光工艺中,作为掩膜板材料的▓玻璃与硅片的▓热膨胀系数的▓差要求越来越小。直径100um的▓硅片,温度上升1度,就引起了0.24um线性膨胀,所以必须有±0.1度的▓恒温,同时要求湿度值一般较低,因为人出汗以后,对产品将有污染,特别是□□怕钠的▓半导体车间,这种车间不宜超过25度。
  湿度过高产生的▓问题更多。相对湿度超过55%时,冷却水管壁上会结露,如果发生在精密装置或电路中,就会引起各种事故。相对湿度在50%时易生锈。此外,湿度太高时将通过空气中的▓水分子把硅片表面粘着的▓灰尘化学吸附在表面耐难以清除。相对湿度越高,粘附的▓难去掉,但当相对湿度低于30%时,又由于静电力的▓作用使粒子也容易吸附于表面,同时大量半导体器件容易发生击穿。对于硅片生产最佳温度范围为35—45%。
  气压规定
  对于大部分洁净空间,为了防止外界污染侵入,需要保持内部的▓压力(静压)高于外部的▓压力(静压)。压力差的▓维持一般应符合以下原则:
  1.洁净空间的▓压力要高于非洁净空间的▓压力。
  2.洁净度级别高的▓空间的▓压力要高于相邻的▓洁净度级别低的▓空间的▓压力。
  3.相通洁净室之间的▓门要开向洁净度级别高的▓房间。
  压力差的▓维持依靠新风量,这个新风量要能补偿在这一压力差下从缝隙漏泄掉的▓风量。所以压力差的▓物理意义就是□□漏泄(或渗透)风量通过洁净室的▓各种缝隙时的▓阻力。
  洁净室中的▓气流速度规定
  这里要讨论的▓气流速度是□□指洁净室内的▓气流速度,在其他洁净空间中的▓气流速度在讨论具体设备时再说明。
  对于乱流洁净室由于主主要靠空气的▓稀释作用来减轻室内污染的▓程度,所以主要用换气次数这一概念,而不直接用速度的▓概念,不过对室内气流速度也有如下要求;
  (1)送风口出口气流速度不宜太大,和单纯空调房间相比,要求速度衰减更快,扩散角度更大。
  (2)吹过水平面的▓气流速度(例如侧送时回流速度)不宜太大,以免吹起表面微粒重返气流,而造成再污染,这一速度一般不宜大干0.2m/s。
  对于平行流洁净室《习惯上称层流洁净室),由于主要靠气流的▓“活塞打挤压作用排除行染,所以截面上的▓速度就是□□非常重要的▓指标。过去都参考美国20gB标准,采用0.45m/s.但人们也都了解到这样大速度所需要的▓通风量是□□极大的▓,为了节能,也都在探求降低速一风速的▓可行性。
  在我国,《空气洁净技术措施》和<洁净厂房设计规范))都是□□这样规定的▓
  垂直平行流(层流)洁净室≥0.25m/s
  水平平行流(层流)洁净室≥0.35m/s
  研究表明以上规定基本上满足控制污染的▓要求,但认为应区别不同情况分出不同的▓档别,更能体现节能的▓目的▓。
  噪声控制
  洁净室噪声标准一般均严于保护健康的▓标准,目的▓在于保障操作正常进行,满足必要的▓谈话联系及安全舒适的▓工作环境。因此衡量洁净室的▓噪声主要指标是□□:
  1.烦恼的▓效应
  由于噪声,使人感到不安宁而产生烦恼情绪,一般分为极安静、很安静、较安静、稍嫌吵闹,比较吵闹和极吵闹7个烦恼等级。凡反应水平属于很吵闹和极吵闹者,即为高烦恼,高烦恼人数在总人数中的▓百分比即为高烦恼率。
  2.对工作效率的▓影响
  这主要看三方面的▓反应水平,这三个方面是□□:集中精神,动作准确性,工作速度;
  3.对综合通讯的▓干扰
  这主要分为:清楚或满意,稍困难,困难,不可能
  对以上三方面指标都用A声级来评价。在50年代曾提出用一条频谱曲线作为评价标准即各频带中心频率的▓声压级不得超过该曲线。后来了解到刷A等级来计量噪声与噪声的▓语音干扰和烦恼程度更为台适,可以代替倍频带声压级作为评价标准的▓指标。
  根据中国建筑科学研究院建筑物理研究所1981年为编制《洁净厂房设计规范》而进行的▓测定资料,在65dB(A)以下时,只有30%的▓人感到高烦恼。在65—70dB(A)时,其影响对工作效率的▓三方面反应表现出较低水平;在60dB(A)以下说话清楚满意.60~75dB(A)时有一定困难,犬于75dB很困难。因此认为洁净室噪声水平以65d)为宜,此时可使高烦恼率小于30%;保证一般通话;对工作效率影响很小。
  照明控制
  由于洁净室内的▓工作内容大都有精细的▓要求,而且又都是□□密闭性房屋,所以对照明一向有很高的▓要求。这里有必要先说明一下无窗洁净室的▓照明方式:
  (1)一般照明
  它指不考虑特殊的▓局部需要,为照亮整个被照面积而设置的▓照明。
  (2)局部照明
  这是□□指为增加某一指定地点(如工作点)的▓照度而设置的▓照明。但在室内照明由一般不单独使用局部照明。
  (3)混合照明
  这是□□指工作面上的▓照度由一般照明和局部照明合成的▓照明,其中一般照明的▓照度按《洁净厂房设计规范》应占总照度的▓10%—15%,但不低干150LX。单位被照面积上接受的▓光通量即是□□照明单位勒克斯(LX)。
  国外洁净室的▓强度要求极高,例如美国关于洁净室的▓几个标准的▓要求是□□.
  100级:1080-16001x
  10000级:>lOOOlx
  100000级:>1000LX
  人工光300lx有较好的▓效果,当工件精细程度更高时,500x也是□□允许的▓。对于要红灯照明的▓地方,如电子行业的▓光刻车间,其照度一般为25—501x),
  用天然光时可允许更高的▓照度,因而对工作是□□有利的▓,所以今后洁净室的▓照明既采用人工光也采用天然光可能是□□有前途的▓,这也是□□为了节能而出现的▓一种动向。
  防静电
  洁净室中由于静电引起的▓的▓事故屡有发生,因此洁净室的▓防静电能力如何已成为评价其质量的▓一个不可忽视的▓方面。
  所谓静电,是□□由于摩擦等原因破坏了物体中正(+)负<一)电荷等量的▓均匀的▓电中性状态,而使电荷过剩,物体呈带电状态,由于这些电荷平时是□□不流动的▓,故称静电。
  在洁净室内静电导致的▓事故有以下几方面;
  1.静电电引起的▓静电电击,引起人的▓不安全和恐惧感,并可造成二次伤害(例如人因受电击而摔倒,由摔倒又致伤);
  2.静电放电引起的▓放电电流,可导致诸如半导体元件等破坏和误动作,例如将50块P-MOS电路放在塑料袋内,摇晃数次后,与非门栅极严重击穿者计39块,失效率竞达78%,这是□□因为半导体器件对静电放电十分灵敏;
  3.静电放电产生的▓电磁波可导致电子仪器和装置的▓杂音和误动作;
  4.静电放电的▓发光可导致照相肢片等感光破坏;
  5.静电的▓力学现象可导致筛孔被粉尘堵塞,纺纱线纷乱,印刷品深浅不均和制品污染;
  6.静电放电引起的▓最危险的▓灾害是□□成为可燃物的▓火源井引起爆炸,例如国外文献统计,在手术室使用爆炸性麻醉剂的▓86000次中,爆炸的▓36次,其中由静电引起的▓达21次;
  静电事故的▓产生主要在于静电的▓产生和积累,而气流的▓流动,气流和管道、风口、过滤器等摩擦,人体和衣服的▓摩擦,衣服之间的▓摩擦,工艺上的▓研磨,喷涂、射流、洗涤、搅拌、粘合和剥离等操作,所有选些都可能产生静电,在一般情况下,越是□□电导率小的▓非导体(绝缘体),由于电荷产生后不易流动,因此表现为越容易带电。
  静电问题所以在洁净室中特别严重,是□□因为不但在洁净室中具备前述产生静电的▓多种工艺因素,而且因为洁净室中的▓许多材料如塑料地面、墙面,尼龙、的▓确良等工作服都有很高的▓电阻率,都极易产生静电和集聚静电,在洁净室的▓静电灾害未被重视以前,这些材料料是□□被广泛采用的▓。
  3.作用
  控制产品(如硅芯片等)所接触之大气的▓洁净度及温湿度,使产品能在一个良好之环境空间中生产、制造。此空间的▓设计施工过程即可称为净化工程。
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