洁净室如何避免微粒子污染

    我国设计规范[6]规定:不同等级的无尘车间以及洁净区和非洁净区之间的静压差应不小于0.5mmH2O(~5Pa),洁净区与室外的静压差应不小于1.OmmH2O(~l0Pa)。笔者认为该值似偏低,原因有三:
    1.正压是表示无尘车间抑制通过门窗缝隙污染室内空气的能力,或在短时间打开门窗时使渗入室内的污染物减少到最低限度的能力,正压大小表示抑制污染能力的强弱,当然不是正压越大越好(后面将谈到)。
    2.正压所需的风量有限,5Pa正压与10Pa正压所需风量仅差约1次/h,何乐而不为呢?显然正压值低限取l0Pa更优越些。
    3.美国联邦标准(FS209A~B)规定:当所有出入口关闭时,无尘车间与任何相邻的低洁净度区域之间的最低正压差为0.05英寸水柱(12.5Pa),这数值已被许多国家采用。
    无尘室内的浮游微粒子浓度,使用高性能的空气过滤器即可容易达到零水平,实际的生产现场由于作业者、机器、周边机械的发尘及基板运送时所接触的零件材料的发尘等,在制造品周边扬起了少许的微粒子,因而造成了元件清洁面的粒子污染。
    影响无尘室洁净度的原因
    1、室内污染源:建筑物组件、人员数量及操作活动、工艺设备、工艺材料及工艺加工本身等都是尘粒释放源,根据具体情况而异,变化很大;
    2、室内气流流型及分布:单向流要求均匀、平等的流线,但会受到工艺设备布置和位置变动及人员活动情况等的干扰形成局部涡流;而非单向流要求充混合,避免死角及温度分层;
    3、自净时间(恢复时间)的控制要求:洁净室中事故释放或带入污染物或空气气流的中断或正常操作时的间歇性对流气流或人及设备的移动等都会造成洁净度的恶化,恢复到原来洁净度的自净时间决定于气流速度;对自净时间的控制要求取决于此时间框架内(恶化的洁净度下),对产品生产的质量及成品率影响的承受能力;
    4、末级过滤器的效率:在一定的室内发尘量下,可采用较高效率的过滤器以降低气流速度;为节能应考虑采用较高效率的过滤器,并降低气流速度,或采用较低效率的过滤器并采用较高的气流速度,以求流量与阻力的乘积最小;
    5、经济性考虑:过大的气流速度造成投资及运行费用的增加,合适的气流速度为以上诸因素合理的综合,过大往往不必要,亦不一定有效果;
    无尘室内该如何防止微粒子污染呢?应遵守下列四项基本原则:
    一、不携入
      在无尘室内不携入微粒子的方法有:
      1)作业员进入无尘室前,机台、零件携入前应进行清洁处理;
      2)进入无尘室者在更衣室要穿着不发尘、不产生静电的具特殊导电性纤维材质的无尘服、帽、鞋、手套、口罩等。
      3)通过风淋室时利用高速干净空气除去附在衣服表面的粒子后,才能进入无尘室。
      4)机器及材料带进无尘室前,应尽可能在密封状态下带进无尘室前室保养后用超纯水擦拭,经风淋室吹淋后才进入无尘室。
      5)无尘室中须全程穿戴密闭式安全帽及佩戴附有过滤器的排气用小型风机于腰间。  
    二、不发生
      在控制最大污染源--人在无尘室内的微粒子发尘量的同时,也应控制第二大污染源-制造机台的发尘量。因物品在移动时,所产生的摩擦及接触剥离会造成发尘,而物品在移动时也会有微粒子的发生。故为了控制发尘量达到最小限度应采取以下对策:
      1)减少接触剥离发尘的动作形态;
      2)采用磨耗发尘小的材质;
      3)采用发尘小的润滑油;
      4)机台应用非接触化工作原理。
    三、不储备 
    若能彻底实施“不携入”技术,无尘室内的洁净度就可以维持。但现实中人和物品的频繁出入及制造机台的掣动,在广大的无尘室内要有完全洁净度是不可能的。因此“不储备”技术快速地在过滤器中应用以除去已发生的微粒子变得非常重要。通常已发生的微粒子会依据重力及静电吸附力而停留在周边的物体表面。突发性的振动及不稳定的气流会使这些累积微粒在空气中再度扬起,增加了重大微粒子污染的危险性。
    在最高等级的无尘室中从天花板到地面,完全除去微粒子的空气须在0.3-0.4锚点m/s的速度作垂直向下流动。这是在约10秒内将室内空气和完全过滤空气完全交换所计算出来的数值。同时,空气的流向也必须要有精确的控制才行。特别要保证气流的流通路径畅通无阻,因为在流通路径中有障碍物的话,容易产生空气涡流而形成空气的滞留区域,使得附近已发生的微粒子无法快速排除而长时间漂流在无尘室内,而一部分会附着在周边机器设备的表面而引起污染。
    控制气流可防止微粒子累积,但对于带电表面的微粒累积就无法防止。
    为了防止由静电吸附而引起的微粒附着,通常在无尘室内会使用带电程度在数十伏以下的导电性材料。而对于制造品本身的带电,则采用带电程度很少的搬送形态及接触部品材料,并藉由除电装置进行除电。
    四、排除/除去 
    在无法避免大量微粒子发生的机台中,为了不让无尘室内产生微粒子,因此直接对外排气,即所谓的局部排气。针对排气的对策如下:由于导入同量的外气是必要的,但会伴随大量的能源消耗。所以无法说是绝对理想的对策。因此尽可能地在压缩排气量的同时,不仅仅是向无尘室外排气,而应采用将除去粒子后的空气再回流到无尘室内之对策。

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