1. Verwijdering van stofdeeltjes in een stofvrije cleanroom
De belangrijkste functie van een cleanroom is het beheersen van de reinheid, temperatuur en luchtvochtigheid van de atmosfeer waaraan producten (zoals siliciumchips, enz.) worden blootgesteld, zodat de producten in een goede omgeving kunnen worden geproduceerd en gefabriceerd. We noemen deze ruimte een cleanroom. Volgens internationale normen wordt het reinheidsniveau voornamelijk bepaald door het aantal deeltjes per kubieke meter lucht met een diameter groter dan de classificatienorm. Met andere woorden, wat stofvrij wordt genoemd, is niet 100% stofvrij, maar wordt gecontroleerd tot een zeer kleine eenheid. Natuurlijk zijn de deeltjes die aan de stofnorm voldoen al zeer klein in vergelijking met het gewone stof dat we zien, maar voor optische structuren kan zelfs een kleine hoeveelheid stof een zeer grote negatieve impact hebben. Daarom is stofvrijheid een onmisbare vereiste bij de productie van optische structuren.
Door het aantal stofdeeltjes met een deeltjesgrootte van 0,5 micron of meer per kubieke meter te beperken tot minder dan 3520 per kubieke meter, wordt voldaan aan klasse A van de internationale stofvrije norm. De stofvrije norm die wordt gebruikt bij de productie en verwerking van chips stelt hogere eisen aan stof dan klasse A, en een dergelijke hoge norm wordt voornamelijk gebruikt bij de productie van bepaalde geavanceerde chips. Het aantal stofdeeltjes wordt strikt gecontroleerd op 35.200 per kubieke meter, wat in de cleanroomindustrie algemeen bekend staat als klasse B.
2. Drie soorten cleanroom-toestanden
Lege cleanroom: een cleanroomfaciliteit die gebouwd is en in gebruik genomen kan worden. Alle relevante voorzieningen en functies zijn aanwezig. Er is echter geen apparatuur in de faciliteit die door operators wordt bediend.
Statische cleanroom: een cleanroomfaciliteit met complete functionaliteit, de juiste instellingen en installatie, die kan worden gebruikt volgens de instellingen of in gebruik is, maar waar geen operators aanwezig zijn.
Dynamische cleanroom: een cleanroom in normaal gebruik, met alle benodigde servicefuncties, apparatuur en personeel; indien nodig kunnen er normale werkzaamheden worden uitgevoerd.
3. Controle-items
(1). Kan stofdeeltjes die in de lucht zweven verwijderen.
(2). Kan de vorming van stofdeeltjes voorkomen.
(3). Regeling van temperatuur en vochtigheid.
(4). Drukregeling.
(5). Eliminatie van schadelijke gassen.
(6). Luchtdichtheid van constructies en compartimenten.
(7). Voorkomen van statische elektriciteit.
(8). Preventie van elektromagnetische interferentie.
(9). Rekening houden met veiligheidsfactoren.
(10). Overweging van energiebesparing.
4. Classificatie
Turbulente stromingstype
De lucht komt de cleanroom binnen vanuit de airconditioningunit via het luchtkanaal en het luchtfilter (HEPA) in de cleanroom, en wordt via de scheidingswanden of verhoogde vloeren aan beide zijden van de cleanroom weer afgevoerd. De luchtstroom beweegt niet lineair, maar vertoont een onregelmatige, turbulente of wervelende beweging. Dit type is geschikt voor cleanrooms van klasse 1.000 tot 100.000.
Definitie: Een cleanroom waar de luchtstroom ongelijkmatig en niet parallel loopt, met terugstroming of wervelstromen.
Principe: Turbulente cleanrooms vertrouwen op de luchttoevoer die de binnenlucht continu verdunt en de vervuilde lucht geleidelijk verdunt om reinheid te bereiken (turbulente cleanrooms worden over het algemeen ontworpen voor reinheidsniveaus van 1.000 tot 300.000).
Kenmerken: Turbulente cleanrooms maken gebruik van meerdere ventilatiekanalen om de gewenste reinheid en reinheidsniveaus te bereiken. Het aantal ventilatieverversingen bepaalt het zuiveringsniveau (hoe meer ventilatieverversingen, hoe hoger het reinheidsniveau).
(1) Zelfreinigingstijd: verwijst naar de tijd vanaf het moment dat de cleanroom begint met het toevoeren van lucht aan de cleanroom volgens het ontworpen ventilatiegetal totdat de stofconcentratie in de ruimte het ontworpen reinheidsniveau bereikt. Voor klasse 1.000 wordt een maximale duur van 20 minuten verwacht (15 minuten mag worden gebruikt voor de berekening), voor klasse 10.000 een maximale duur van 30 minuten (25 minuten mag worden gebruikt voor de berekening) en voor klasse 100.000 een maximale duur van 40 minuten (30 minuten mag worden gebruikt voor de berekening).
(2) Ventilatiefrequentie (ontworpen volgens de bovenstaande eisen voor zelfreinigingstijd) klasse 1.000: 43,5-55,3 keer/uur (standaard: 50 keer/uur) klasse 10.000: 23,8-28,6 keer/uur (standaard: 25 keer/uur) klasse 100.000: 14,4-19,2 keer/uur (standaard: 15 keer/uur)
Voordelen: eenvoudige structuur, lage systeemkosten, gemakkelijk uit te breiden cleanroom, in bepaalde speciale ruimtes kan een stofvrije cleanbank worden gebruikt om de cleanroomclassificatie te verbeteren.
Nadelen: stofdeeltjes die door turbulentie ontstaan, zweven in de binnenruimte en zijn moeilijk af te voeren, waardoor procesproducten gemakkelijk kunnen worden verontreinigd. Bovendien duurt het vaak lang voordat de vereiste reinheid is bereikt als het systeem wordt stilgezet en vervolgens weer wordt ingeschakeld.
Laminaire stroming
Bij laminaire luchtstroming beweegt de lucht in een uniforme, rechte lijn. De lucht komt de ruimte binnen via een filter met een dekkingsgraad van 100% en wordt via de verhoogde vloer of de scheidingswanden aan beide zijden weer afgevoerd. Dit type is geschikt voor gebruik in cleanroomomgevingen met hogere cleanroomklassen, over het algemeen klasse 1 tot en met 100. Er zijn twee typen:
(1) Horizontale laminaire stroming: Horizontale lucht wordt in één richting uit het filter geblazen en via het retourluchtsysteem aan de tegenoverliggende wand teruggevoerd. Stof wordt met de luchtstroom mee naar buiten afgevoerd. Over het algemeen is de vervuiling aan de stroomafwaartse zijde ernstiger.
Voordelen: Eenvoudige structuur, kan na ingebruikname snel stabiel worden.
Nadelen: De bouwkosten zijn hoger dan bij turbulente stroming, en de binnenruimte is niet gemakkelijk uit te breiden.
(2) Verticale laminaire stroming: Het plafond van de ruimte is volledig bedekt met ULPA-filters en de lucht wordt van boven naar beneden geblazen, waardoor een hogere reinheid wordt bereikt. Stof dat tijdens het proces of door het personeel wordt gegenereerd, kan snel naar buiten worden afgevoerd zonder andere werkruimten te beïnvloeden.
Voordelen: Eenvoudig te beheren, een stabiele toestand kan binnen korte tijd na de start van de werkzaamheden worden bereikt en is niet snel beïnvloed door de operationele omstandigheden of de bediening.
Nadelen: Hoge bouwkosten, lastige flexibele ruimtebenutting, plafondbeugels nemen veel ruimte in beslag en lastig te repareren en filters te vervangen.
Samengesteld type
Het composiettype combineert turbulente en laminaire stroming, waardoor lokaal ultraschone lucht kan worden geproduceerd.
(1) Schone tunnel: Gebruik HEPA- of ULPA-filters om 100% van het procesgebied of werkgebied te bedekken en zo het reinheidsniveau te verhogen tot boven klasse 10, wat kan besparen op installatie- en bedrijfskosten.
Bij dit type is het noodzakelijk dat de werkplek van de operator afgescheiden is van het product en het machineonderhoud, om te voorkomen dat het werk en de kwaliteit tijdens het onderhoud worden beïnvloed.
Schone tunnels hebben nog twee andere voordelen: A. Ze zijn gemakkelijk en flexibel uit te breiden; B. Apparatuuronderhoud kan eenvoudig in de onderhoudsruimte worden uitgevoerd.
(2) Clean Tube: Omringt en zuivert de automatische productielijn waar de productstroom doorheen gaat en verhoogt het reinheidsniveau tot boven klasse 100. Doordat het product, de operator en de stofproducerende omgeving van elkaar zijn geïsoleerd, kan met een kleine hoeveelheid luchttoevoer een goede reinheid worden bereikt. Dit bespaart energie en is het meest geschikt voor geautomatiseerde productielijnen die geen handarbeid vereisen. Het is toepasbaar in de farmaceutische, voedingsmiddelen- en halfgeleiderindustrie.
(3) Schone plek: Het reinheidsniveau van het productverwerkingsgebied in de turbulente cleanroom met een cleanroomniveau van 10.000~100.000 wordt verhoogd tot 10~1000 of hoger voor productiedoeleinden; schone werkbanken, schone loodsen, geprefabriceerde cleanrooms en schone kasten vallen onder deze categorie.
Schone werkbank: klasse 1~100.
Clean booth: Een kleine ruimte, omgeven door een antistatisch, transparant plastic doek, in een turbulente cleanroomomgeving. Door gebruik te maken van onafhankelijke HEPA- of ULPA-filters en airconditioningunits, wordt een cleanroom van een hoger niveau gecreëerd, met een niveau van 10 tot 1000, een hoogte van ongeveer 2,5 meter en een oppervlakte van ongeveer 10 m² of minder. De cabine heeft vier steunpilaren en is voorzien van wielen voor flexibel gebruik.
5. Luchtstroom
Het belang van luchtstroom
De reinheid van een cleanroom wordt vaak beïnvloed door de luchtstroom. Met andere woorden, de beweging en verspreiding van stof afkomstig van mensen, machinecompartimenten, gebouwconstructies, enz. worden beheerst door de luchtstroom.
De cleanroom maakt gebruik van HEPA- en ULPA-filters voor luchtfiltering, met een stofafvangpercentage van maar liefst 99,97 tot 99,99995%. De lucht die door deze filters wordt gefilterd, is dus zeer schoon. Naast mensen zijn er echter ook stofbronnen zoals machines in de cleanroom. Zodra dit stof zich verspreidt, is het onmogelijk om de ruimte schoon te houden. Daarom moet er gebruik worden gemaakt van luchtstroom om het stof snel naar buiten af te voeren.
Beïnvloedende factoren
Er zijn veel factoren die de luchtstroom in een cleanroom beïnvloeden, zoals procesapparatuur, personeel, cleanroomassemblagematerialen, verlichting, enzovoort. Tegelijkertijd moet ook rekening worden gehouden met het afbuigingspunt van de luchtstroom boven de productieapparatuur.
Het afbuigpunt voor de luchtstroom op het oppervlak van een algemene werktafel of productiemachine moet zich op 2/3 van de afstand tussen de cleanroomruimte en de scheidingswand bevinden. Op deze manier kan de luchtstroom tijdens het werk van de operator van binnenuit de procesruimte naar de werkruimte stromen en het stof afvoeren. Als het afbuigpunt zich vóór de procesruimte bevindt, ontstaat er een onjuiste luchtstroomafbuiging. In dat geval stroomt het grootste deel van de luchtstroom naar de achterkant van de procesruimte, waardoor het stof dat door de operator wordt veroorzaakt naar de achterkant van de apparatuur wordt meegevoerd. Dit leidt tot vervuiling van de werktafel en een onvermijdelijke afname van de opbrengst.
Obstakels zoals werktafels in cleanrooms veroorzaken wervelstromen op de verbindingspunten, waardoor de reinheid in de buurt ervan relatief slecht is. Het boren van een retourluchtgat in de werktafel minimaliseert het wervelstroomfenomeen; de juiste materiaalkeuze en een perfecte opstelling van de apparatuur zijn eveneens belangrijke factoren die bepalen of de luchtstroom een wervelstroomfenomeen wordt.
6. Samenstelling van de cleanroom
De samenstelling van een cleanroom is opgebouwd uit de volgende systemen (waarvan geen enkel onderdeel onmisbaar is voor de moleculaire structuur van het systeem), anders is het niet mogelijk een complete en hoogwaardige cleanroom te vormen:
(1) Plafondsysteem: inclusief plafondstang, I-balk of U-balk, plafondrooster of plafondframe.
(2) Airconditioningsysteem: inclusief luchtcabine, filtersysteem, ventilator, enz.
(3) Scheidingswand: inclusief ramen en deuren.
(4) Vloer: inclusief verhoogde vloer of antistatische vloer.
(5) Verlichtingsarmaturen: LED-zuiveringslamp met vlakke behuizing.
De hoofdstructuur van een cleanroom bestaat doorgaans uit stalen staven of beendercement, maar ongeacht het type structuur moet deze aan de volgende voorwaarden voldoen:
A. Er zullen geen scheuren ontstaan als gevolg van temperatuurschommelingen en trillingen;
B. Het is niet eenvoudig om stofdeeltjes te produceren, en het is moeilijk voor deeltjes om zich te hechten;
C. Lage hygroscopiciteit;
D. Om de vochtigheidsomstandigheden in een cleanroom te handhaven, moet de thermische isolatie hoog zijn;
7. Classificatie op basis van gebruik
Industriële cleanroom
Het doel is de beheersing van zwevende deeltjes. Het systeem beperkt voornamelijk de luchtvervuiling door stofdeeltjes die de werkruimte bedreigen, en zorgt ervoor dat er binnenin een positieve druk wordt gehandhaafd. Het is geschikt voor de precisie-machine-industrie, de elektronica-industrie (halfgeleiders, geïntegreerde schakelingen, enz.), de lucht- en ruimtevaartindustrie, de chemische industrie voor hoogzuivere producten, de atoomenergie-industrie, de optische en magnetische productenindustrie (cd-, film- en tapeproductie), lcd-schermen (vloeibaar kristalglas), computerharde schijven, computerkoppen en andere industrieën.
Biologische cleanroom
Het betreft voornamelijk de beheersing van de vervuiling door levende deeltjes (bacteriën) en levenloze deeltjes (stof) op het werkobject. Het kan worden onderverdeeld in:
A. Algemene biologische cleanroom: deze is voornamelijk bedoeld om de verontreiniging door micro-organismen (bacteriën) te beperken. Tegelijkertijd moeten de interne materialen bestand zijn tegen de erosie van diverse sterilisatiemiddelen en moet er doorgaans een positieve druk in de ruimte heersen. De interne materialen moeten bestand zijn tegen de verschillende sterilisatiebehandelingen die in industriële cleanrooms worden toegepast. Voorbeelden: farmaceutische industrie, ziekenhuizen (operatiekamers, steriele afdelingen), voedingsmiddelen-, cosmetica- en drankenproductie, dierenlaboratoria, fysische en chemische testlaboratoria, bloedbanken, enz.
B. Biologische cleanroom: deze is voornamelijk bedoeld om de verspreiding van levende deeltjes van het te behandelen object naar de buitenwereld en mensen te beperken. De interne druk moet onderdruk ten opzichte van de atmosfeer worden gehouden. Voorbeelden: bacteriologie, biologie, cleanrooms, fysische technologie (recombinante genen, vaccinbereiding).
Geplaatst op: 7 februari 2025