การวิเคราะห์เทคโนโลยีวิศวกรรมห้องสะอาด

1. การกำจัดอนุภาคฝุ่นละอองในห้องปลอดฝุ่น

หน้าที่หลักของห้องคลีนรูมคือการควบคุมความสะอาด อุณหภูมิ และความชื้นของบรรยากาศที่ผลิตภัณฑ์ (เช่น ชิปซิลิคอน ฯลฯ) สัมผัส เพื่อให้ผลิตภัณฑ์สามารถผลิตและแปรรูปได้ในพื้นที่ที่มีสภาพแวดล้อมที่ดี เราเรียกพื้นที่นี้ว่าห้องคลีนรูม ตามมาตรฐานสากล ระดับความสะอาดส่วนใหญ่กำหนดโดยจำนวนอนุภาคต่อลูกบาศก์เมตรของอากาศที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่ามาตรฐานการจำแนกประเภท กล่าวอีกนัยหนึ่ง ห้องที่เรียกว่าปลอดฝุ่นไม่ได้ปราศจากฝุ่น 100% แต่ถูกควบคุมให้มีขนาดเล็กมาก แน่นอนว่าอนุภาคที่ตรงตามมาตรฐานฝุ่นในมาตรฐานนี้มีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับฝุ่นทั่วไปที่เราเห็น แต่สำหรับโครงสร้างออปติคัล แม้แต่ฝุ่นเพียงเล็กน้อยก็ส่งผลกระทบเชิงลบอย่างมาก ดังนั้นการปลอดฝุ่นจึงเป็นข้อกำหนดที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการผลิตผลิตภัณฑ์โครงสร้างออปติคัล

การควบคุมจำนวนอนุภาคฝุ่นที่มีขนาดอนุภาคใหญ่กว่าหรือเท่ากับ 0.5 ไมครอนต่อลูกบาศก์เมตร ให้น้อยกว่า 3520 อนุภาคต่อลูกบาศก์เมตร จะเป็นไปตามมาตรฐานปลอดฝุ่นระดับสากล Class A มาตรฐานปลอดฝุ่นที่ใช้ในการผลิตและแปรรูประดับชิปมีข้อกำหนดด้านฝุ่นที่สูงกว่า Class A และมาตรฐานที่สูงเช่นนี้ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตชิประดับสูงบางรุ่น จำนวนอนุภาคฝุ่นถูกควบคุมอย่างเข้มงวดที่ 35,200 อนุภาคต่อลูกบาศก์เมตร ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่า Class B ในอุตสาหกรรมห้องคลีนรูม

2. สภาพห้องสะอาด 3 ประเภท

ห้องคลีนรูมเปล่า: ห้องคลีนรูมที่สร้างขึ้นและสามารถใช้งานได้จริง มีสิ่งอำนวยความสะดวกและฟังก์ชันการทำงานที่เกี่ยวข้องครบถ้วน อย่างไรก็ตาม ไม่มีอุปกรณ์ใดๆ ที่ถูกควบคุมโดยผู้ปฏิบัติงานภายในห้องคลีนรูม

ห้องคลีนรูมแบบคงที่: สิ่งอำนวยความสะดวกห้องคลีนรูมที่มีฟังก์ชั่นครบครัน การตั้งค่าและการติดตั้งที่ถูกต้อง โดยสามารถใช้งานได้ตามการตั้งค่าหรือใช้งานอยู่ แต่ไม่มีผู้ปฏิบัติงานอยู่ในสถานที่นั้น

ห้องคลีนรูมแบบไดนามิก: ห้องคลีนรูมที่ใช้งานปกติ โดยมีฟังก์ชันการบริการ อุปกรณ์ และบุคลากรที่ครบครัน หากจำเป็น ก็สามารถดำเนินงานปกติได้

3. รายการควบคุม

(1). สามารถกำจัดฝุ่นละอองที่ลอยอยู่ในอากาศได้

(2). สามารถป้องกันการเกิดฝุ่นละอองได้

(3). การควบคุมอุณหภูมิและความชื้น

(4). การควบคุมแรงดัน

(5). การกำจัดก๊าซที่เป็นอันตราย

(6) ความแน่นของอากาศของโครงสร้างและช่องต่างๆ

(7). การป้องกันไฟฟ้าสถิตย์

(8). การป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

(9) การพิจารณาปัจจัยด้านความปลอดภัย

(10). การพิจารณาการประหยัดพลังงาน

4. การจำแนกประเภท

ประเภทการไหลแบบปั่นป่วน

อากาศจะเข้าสู่ห้องคลีนรูมจากกล่องปรับอากาศผ่านท่อลมและตัวกรองอากาศ (HEPA) ในห้องคลีนรูม และไหลกลับจากแผงผนังกั้นหรือพื้นยกสูงทั้งสองด้านของห้องคลีนรูม การไหลเวียนของอากาศจะไม่เป็นเส้นตรง แต่จะแสดงสภาวะปั่นป่วนหรือไหลวนที่ไม่สม่ำเสมอ การไหลเวียนแบบนี้เหมาะสำหรับห้องคลีนรูมระดับ 1,000-100,000

คำจำกัดความ: ห้องสะอาดที่มีการไหลของอากาศด้วยความเร็วไม่สม่ำเสมอและไม่ขนานกัน โดยมีการไหลย้อนกลับหรือกระแสน้ำวนร่วมด้วย

หลักการ: ห้องคลีนรูมแบบปั่นป่วนต้องอาศัยการไหลเวียนของอากาศที่จ่ายไปเพื่อเจือจางอากาศภายในอาคารอย่างต่อเนื่องและค่อยๆ เจือจางอากาศที่เป็นมลพิษเพื่อให้เกิดความสะอาด (โดยทั่วไปห้องคลีนรูมแบบปั่นป่วนจะออกแบบให้มีระดับความสะอาดสูงกว่า 1,000 ถึง 300,000)

คุณสมบัติ: ห้องคลีนรูมที่มีสภาพปั่นป่วนต้องอาศัยระบบระบายอากาศหลายจุดเพื่อให้ได้ความสะอาดและระดับความสะอาด จำนวนครั้งที่ระบบระบายอากาศเปลี่ยนแปลงจะเป็นตัวกำหนดระดับความสะอาดในคำจำกัดความ (ยิ่งมีการเปลี่ยนแปลงระบบระบายอากาศมากเท่าไหร่ ระดับความสะอาดก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น)

(1) เวลาการฟอกอากาศตนเอง: หมายถึงเวลาที่ห้องสะอาดเริ่มจ่ายอากาศเข้าสู่ห้องสะอาดตามหมายเลขการระบายอากาศที่ออกแบบไว้ และความเข้มข้นของฝุ่นละอองในห้องถึงระดับความสะอาดที่ออกแบบไว้ คลาส 1,000 คาดว่าจะไม่เกิน 20 นาที (สามารถใช้ 15 นาทีในการคำนวณ) คลาส 10,000 คาดว่าจะไม่เกิน 30 นาที (สามารถใช้ 25 นาทีในการคำนวณ) คลาส 100,000 คาดว่าจะไม่เกิน 40 นาที (สามารถใช้ 30 นาทีในการคำนวณ)

(2) ความถี่การระบายอากาศ (ออกแบบตามข้อกำหนดเวลาการทำความสะอาดตัวเองข้างต้น) ชั้น 1,000: 43.5-55.3 ครั้ง/ชั่วโมง (มาตรฐาน: 50 ครั้ง/ชั่วโมง) ชั้น 10,000: 23.8-28.6 ครั้ง/ชั่วโมง (มาตรฐาน: 25 ครั้ง/ชั่วโมง) ชั้น 100,000: 14.4-19.2 ครั้ง/ชั่วโมง (มาตรฐาน: 15 ครั้ง/ชั่วโมง)

ข้อดี: โครงสร้างเรียบง่าย ต้นทุนการสร้างระบบต่ำ ขยายห้องคลีนรูมได้ง่าย ในบางสถานที่ที่มีจุดประสงค์พิเศษ สามารถใช้โต๊ะทำงานคลีนรูมที่ปราศจากฝุ่นเพื่อปรับปรุงเกรดห้องคลีนรูมได้

ข้อเสีย: ฝุ่นละอองที่เกิดจากความปั่นป่วนจะลอยอยู่ในพื้นที่ภายในอาคารและระบายออกได้ยาก ซึ่งอาจปนเปื้อนผลิตภัณฑ์ในกระบวนการได้ง่าย นอกจากนี้ หากระบบหยุดทำงานแล้วเปิดใช้งานอีกครั้ง มักจะใช้เวลานานกว่าจะทำความสะอาดได้ตามที่ต้องการ

การไหลแบบลามินาร์

อากาศไหลแบบลามินาร์จะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงสม่ำเสมอ อากาศจะเข้าสู่ห้องผ่านแผ่นกรองที่มีอัตราการครอบคลุม 100% และถูกส่งกลับผ่านพื้นยกสูงหรือแผ่นกั้นทั้งสองด้าน อากาศไหลแบบนี้เหมาะสำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมห้องคลีนรูมที่มีระดับความสะอาดสูง โดยทั่วไปจะอยู่ที่ระดับ 1-100 มีสองประเภท:

(1) การไหลแบบลามินาร์แนวนอน: อากาศในแนวนอนจะถูกพัดออกจากตัวกรองไปในทิศทางเดียว และกลับคืนโดยระบบอากาศกลับที่ผนังด้านตรงข้าม ฝุ่นจะถูกระบายออกสู่ภายนอกตามทิศทางของอากาศ โดยทั่วไปแล้ว มลพิษจะรุนแรงกว่าที่ปลายน้ำ

ข้อดี: โครงสร้างเรียบง่าย สามารถมีเสถียรภาพได้ในเวลาสั้นๆ หลังการใช้งาน

ข้อเสีย: ต้นทุนการก่อสร้างสูงกว่าการไหลแบบปั่นป่วน และพื้นที่ภายในขยายได้ไม่ง่าย

(2) การไหลแบบลามินาร์แนวตั้ง: เพดานห้องถูกปิดคลุมด้วยแผ่นกรอง ULPA อย่างมิดชิด และมีการเป่าลมจากด้านบนลงด้านล่าง เพื่อให้ได้ความสะอาดที่สูงขึ้น ฝุ่นที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการหรือจากพนักงานสามารถระบายออกสู่ภายนอกได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ส่งผลกระทบต่อพื้นที่ทำงานอื่นๆ

ข้อดี: จัดการง่าย สามารถบรรลุสถานะเสถียรได้ภายในระยะเวลาสั้นๆ หลังจากเริ่มดำเนินการ และไม่ได้รับผลกระทบจากสถานะการดำเนินการหรือผู้ปฏิบัติงานได้ง่าย

ข้อเสีย: ต้นทุนการก่อสร้างสูง ใช้พื้นที่อย่างยืดหยุ่นได้ยาก ขาแขวนเพดานกินพื้นที่มาก และยุ่งยากในการซ่อมแซมและเปลี่ยนแผ่นกรอง

ประเภทคอมโพสิต

ประเภทคอมโพสิตคือการผสมหรือใช้ประเภทการไหลแบบปั่นป่วนและประเภทการไหลแบบลามินาร์ร่วมกัน ซึ่งสามารถให้ปริมาณอากาศที่สะอาดเป็นพิเศษในพื้นที่ได้

(1) อุโมงค์ทำความสะอาด: ใช้ตัวกรอง HEPA หรือ ULPA เพื่อครอบคลุมพื้นที่กระบวนการหรือพื้นที่ทำงาน 100% เพื่อเพิ่มระดับความสะอาดให้สูงกว่าคลาส 10 ซึ่งสามารถประหยัดต้นทุนการติดตั้งและการดำเนินการได้

ประเภทนี้ต้องแยกพื้นที่ทำงานของผู้ปฏิบัติงานออกจากการบำรุงรักษาผลิตภัณฑ์และเครื่องจักรเพื่อหลีกเลี่ยงการกระทบต่อการทำงานและคุณภาพในระหว่างการบำรุงรักษาเครื่องจักร

อุโมงค์ที่สะอาดมีข้อดีอีกสองประการ: A. ขยายและยืดหยุ่นได้ง่าย B. การบำรุงรักษาอุปกรณ์สามารถทำได้อย่างง่ายดายในพื้นที่การบำรุงรักษา

(2) ท่อสะอาด: ล้อมรอบและทำความสะอาดสายการผลิตอัตโนมัติที่การไหลของผลิตภัณฑ์ผ่าน และเพิ่มระดับความสะอาดให้สูงกว่าระดับ 100 เนื่องจากผลิตภัณฑ์ ผู้ปฏิบัติงาน และสภาพแวดล้อมที่ก่อให้เกิดฝุ่นละอองแยกจากกัน การจ่ายอากาศเพียงเล็กน้อยจึงสามารถทำให้เกิดความสะอาดที่ดี ซึ่งช่วยประหยัดพลังงานและเหมาะสมที่สุดสำหรับสายการผลิตอัตโนมัติที่ไม่ต้องใช้แรงงานคน ใช้ได้กับอุตสาหกรรมยา อาหาร และเซมิคอนดักเตอร์

(3) จุดสะอาด: ระดับความสะอาดของพื้นที่กระบวนการผลิตภัณฑ์ในห้องสะอาดแบบปั่นป่วนที่มีระดับห้องสะอาด 10,000~100,000 จะเพิ่มขึ้นเป็น 10~1,000 หรือสูงกว่าสำหรับวัตถุประสงค์ในการผลิต โต๊ะทำงานสะอาด โรงเก็บของสะอาด ห้องสะอาดที่สร้างไว้ล่วงหน้า และตู้เสื้อผ้าสะอาด ล้วนอยู่ในหมวดหมู่นี้

ม้านั่งสะอาด : ชั้น 1~100.

คลีนบูธ: พื้นที่ขนาดเล็กที่ล้อมรอบด้วยผ้าพลาสติกใสป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ในพื้นที่ห้องคลีนรูมที่มีสภาพปั่นป่วน ใช้แผ่นกรอง HEPA หรือ ULPA อิสระและเครื่องปรับอากาศ เพื่อยกระดับพื้นที่คลีนรูมให้สูงขึ้น มีระดับความสะอาด 10-1,000 ความสูงประมาณ 2.5 เมตร และพื้นที่ครอบคลุมประมาณ 10 ตารางเมตรหรือน้อยกว่า มีเสา 4 ต้น พร้อมล้อเลื่อนที่เคลื่อนย้ายได้เพื่อความยืดหยุ่นในการใช้งาน

5. การไหลเวียนของอากาศ

ความสำคัญของการไหลเวียนของอากาศ

ความสะอาดของห้องสะอาดมักได้รับผลกระทบจากการไหลเวียนของอากาศ กล่าวอีกนัยหนึ่ง การเคลื่อนที่และการแพร่กระจายของฝุ่นที่เกิดจากคน ห้องเครื่องจักร โครงสร้างอาคาร ฯลฯ จะถูกควบคุมโดยการไหลเวียนของอากาศ

ห้องคลีนรูมใช้แผ่นกรองอากาศ HEPA และ ULPA ซึ่งสามารถกรองฝุ่นได้สูงถึง 99.97-99.99995% จึงกล่าวได้ว่าอากาศที่กรองด้วยแผ่นกรองนี้สะอาดมาก อย่างไรก็ตาม นอกจากคนแล้ว ยังมีแหล่งกำเนิดฝุ่น เช่น เครื่องจักรในห้องคลีนรูมอีกด้วย เมื่อฝุ่นเหล่านี้แพร่กระจายออกไป การรักษาความสะอาดของพื้นที่จึงเป็นไปไม่ได้ ดังนั้นจึงต้องอาศัยการไหลเวียนของอากาศเพื่อระบายฝุ่นที่เกิดขึ้นออกไปภายนอกอย่างรวดเร็ว

ปัจจัยที่มีอิทธิพล

มีปัจจัยหลายประการที่ส่งผลต่อการไหลเวียนของอากาศในห้องคลีนรูม เช่น อุปกรณ์กระบวนการ บุคลากร วัสดุประกอบห้องคลีนรูม โคมไฟ ฯลฯ ในขณะเดียวกัน ควรพิจารณาจุดเบี่ยงของการไหลเวียนของอากาศเหนืออุปกรณ์การผลิตด้วย

จุดเปลี่ยนทิศทางลมบนพื้นผิวของโต๊ะปฏิบัติการทั่วไปหรืออุปกรณ์การผลิตควรตั้งไว้ที่ 2/3 ของระยะห่างระหว่างพื้นที่ห้องสะอาดและแผงกั้น ด้วยวิธีนี้ ขณะปฏิบัติงาน ลมสามารถไหลจากภายในพื้นที่ปฏิบัติงานไปยังพื้นที่ปฏิบัติงานและกำจัดฝุ่นได้ หากตั้งจุดเปลี่ยนทิศทางไว้ด้านหน้าพื้นที่ปฏิบัติงาน จะทำให้ลมไหลออกไม่ถูกต้อง ในเวลานี้ ลมส่วนใหญ่จะไหลไปด้านหลังพื้นที่ปฏิบัติงาน ฝุ่นที่เกิดจากการปฏิบัติงานของผู้ปฏิบัติงานจะถูกพัดพาไปด้านหลังอุปกรณ์ ส่งผลให้โต๊ะทำงานเกิดการปนเปื้อน และผลผลิตจะลดลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

สิ่งกีดขวางต่างๆ เช่น โต๊ะทำงานในห้องสะอาด จะมีกระแสเอ็ดดี้ที่บริเวณรอยต่อ และความสะอาดบริเวณใกล้เคียงจะค่อนข้างต่ำ การเจาะรูระบายอากาศกลับบนโต๊ะทำงานจะช่วยลดปรากฏการณ์กระแสเอ็ดดี้ได้ การเลือกวัสดุประกอบที่เหมาะสมและการจัดวางอุปกรณ์ที่สมบูรณ์แบบ ก็เป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อการเกิดปรากฏการณ์กระแสเอ็ดดี้

6. การจัดองค์ประกอบของห้องคลีนรูม

การประกอบห้องคลีนรูมประกอบด้วยระบบต่างๆ ดังต่อไปนี้ (ซึ่งไม่มีระบบใดที่จำเป็นในโมเลกุลของระบบ) หากไม่เช่นนั้นจะไม่สามารถสร้างห้องคลีนรูมที่สมบูรณ์และมีคุณภาพสูงได้:

(1) ระบบฝ้าเพดาน: รวมถึงโครงฝ้าเพดาน คานรูปตัว I หรือ U โครงฝ้าเพดาน หรือโครงฝ้าเพดาน

(2) ระบบปรับอากาศ ได้แก่ ห้องโดยสารอากาศ ระบบกรองอากาศ กังหันลม เป็นต้น

(3) ผนังกั้นห้อง : รวมถึงหน้าต่างและประตู

(4) พื้น: รวมถึงพื้นยกสูงหรือพื้นป้องกันไฟฟ้าสถิตย์

(5) อุปกรณ์ให้แสงสว่าง: โคมไฟฟอกอากาศแบบ LED

โครงสร้างหลักของห้องคลีนรูมโดยทั่วไปทำจากเหล็กเส้นหรือซีเมนต์กระดูก แต่ไม่ว่าจะเป็นโครงสร้างประเภทใดก็ตาม จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้:

A. จะไม่เกิดรอยแตกร้าวอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและการสั่นสะเทือน

ข. ฝุ่นละอองเกิดได้ยาก และอนุภาคต่างๆ ยึดเกาะได้ยาก

C. ความสามารถในการดูดความชื้นต่ำ

D. เพื่อรักษาสภาพความชื้นในห้องสะอาด จำเป็นต้องมีฉนวนกันความร้อนสูง

7. การจำแนกตามการใช้งาน

ห้องคลีนรูมอุตสาหกรรม

การควบคุมอนุภาคที่ไม่มีชีวิตคือวัตถุ หลักๆ แล้วคือการควบคุมมลพิษของฝุ่นละอองในอากาศที่เข้าสู่วัตถุที่ใช้งาน และโดยทั่วไปภายในจะรักษาสภาวะความดันเป็นบวก เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมเครื่องจักรความแม่นยำ อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ (เซมิคอนดักเตอร์ วงจรรวม ฯลฯ) อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อุตสาหกรรมเคมีที่มีความบริสุทธิ์สูง อุตสาหกรรมพลังงานปรมาณู อุตสาหกรรมผลิตภัณฑ์ออปติคัลและแม่เหล็ก (การผลิตซีดี ฟิล์ม เทป) จอแอลซีดี (กระจกคริสตัลเหลว) ฮาร์ดดิสก์คอมพิวเตอร์ การผลิตหัวคอมพิวเตอร์ และอุตสาหกรรมอื่นๆ

ห้องสะอาดทางชีวภาพ

หลักๆ แล้วคือการควบคุมมลพิษจากอนุภาคที่มีชีวิต (แบคทีเรีย) และอนุภาคที่ไม่มีชีวิต (ฝุ่น) สู่วัตถุที่ใช้งาน ซึ่งสามารถแบ่งได้เป็น

ก. ห้องสะอาดทางชีวภาพทั่วไป: หลักๆ แล้วควบคุมมลพิษของจุลินทรีย์ (แบคทีเรีย) ในขณะเดียวกัน วัสดุภายในต้องสามารถทนต่อการกัดกร่อนของสารฆ่าเชื้อต่างๆ และภายในโดยทั่วไปต้องรับประกันแรงดันบวก โดยพื้นฐานแล้ว วัสดุภายในต้องสามารถทนต่อการฆ่าเชื้อต่างๆ ในห้องสะอาดอุตสาหกรรมได้ ตัวอย่างเช่น อุตสาหกรรมยา โรงพยาบาล (ห้องผ่าตัด หอผู้ป่วยปลอดเชื้อ) อาหาร เครื่องสำอาง การผลิตผลิตภัณฑ์เครื่องดื่ม ห้องปฏิบัติการสัตว์ ห้องปฏิบัติการทดสอบทางกายภาพและเคมี สถานีตรวจเลือด ฯลฯ

B. ห้องสะอาดเพื่อความปลอดภัยทางชีวภาพ: หลักๆ แล้วควบคุมมลพิษของอนุภาคที่มีชีวิตของวัตถุที่ใช้งานต่อโลกภายนอกและผู้คน ความดันภายในต้องคงที่เป็นลบกับบรรยากาศ ตัวอย่างเช่น แบคทีเรียวิทยา ชีววิทยา ห้องปฏิบัติการสะอาด วิศวกรรมฟิสิกส์ (ยีนรีคอมบิแนนท์ การเตรียมวัคซีน)