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潔凈實驗室建設標準
【導讀】 經(jīng)濟和科技發(fā)達的國家和地區(qū)都有自己的空氣潔凈標準和規(guī)范標準，都規(guī)定了有關的潔凈度等級，例如美國、日本、西歐、北歐、俄羅斯等。我國于1984年頒布《潔凈廠房設計規(guī)范》（GBJ73-84），1996年該規(guī)范進行了較大的修改，1990年頒布《潔凈室施工及驗收規(guī)范》（JGJ71-90）以指導施工和驗收的重要文件。目前，該規(guī)范在重新修訂中
一、定義
潔凈室zui主要之作用在于控制產(chǎn)品（如硅芯片等）所接觸之大氣的潔凈度日及溫濕度，使產(chǎn)品能在一個良好之環(huán)境空間中生產(chǎn)、制造，此空間我們稱之為潔凈室。按照慣例，無塵凈化級別主要是根據(jù)每立方米空氣中粒子直徑大于劃分標準的粒子數(shù)量來規(guī)定。也就是說所謂無塵并非100%沒有一點灰塵，而是控制在一個非常微量的單位上。當然這個標準中符合灰塵標準的顆粒相對于我們常見的灰塵已經(jīng)是小的微乎其微，但是對于光學構造而言，哪怕是一點點的灰塵都會產(chǎn)生非常大的負面影響，所以在光學構造產(chǎn)品的生產(chǎn)上，無塵是必然的要求。
每立方米將小于0.3微米粒徑的微塵數(shù)量控制在3500個以下，就達到了無塵標準的*。目前應用在芯片級生產(chǎn)加工的無塵標準對于灰塵的要求高于*，這樣的高標主要被應用在一些等級較高芯片生產(chǎn)上。微塵數(shù)量被嚴格控制在每立方米1000個以內，這也就是業(yè)內俗稱的1K級別。
潔凈室用途主要有以下三個：
空氣潔凈室：已經(jīng)建造完成并可以投入使用的潔凈室（設施）。它具備所有有關的服務和功能。但是，在設施內沒有操作人員操作的設備。
靜態(tài)潔凈室：各種功能完備、設定安裝妥當，可以按照設定使用或正在使用的潔凈室（設施），但是設施內沒有操作人員。
動態(tài)潔凈室：處于正常使用的潔凈室，服務功能完善，有設備和人員；如果需要，可從事正常的工作。
二、控管項目
1、能除去空氣中飄游之微塵粒子。
2、能防止微塵粒子之產(chǎn)生。
3、溫度和濕度之控制。
4、壓力之調節(jié)。
5、 有害氣體之排除。
6、結構物與隔間之氣密性。
7、靜電之防制。
8、電磁干擾預防。
9、安全因素之考慮。
10、節(jié)能之考量。
三、分類
亂流式(Turbulent Flow)
空氣由空調箱經(jīng)風管與潔凈室內之空氣過濾器(HEPA)進入潔凈室，并由潔凈室兩側隔間墻板或高架地板回風。氣流非直線型運動而呈不規(guī)則之亂流或渦流狀態(tài)。此型式適用于潔凈室等級1,000-100,000級。
定義：氣流以不均勻速度不平行流動、伴有回流或渦流的潔凈室。
原理：亂流潔凈室靠送風氣流不斷稀釋室內空氣，將污染空氣逐漸稀釋，來實現(xiàn)潔凈的（亂流潔凈室一般設計在千級以上至30萬級凈化級別）。
特性：亂流潔凈室是靠多次換氣來實現(xiàn)潔凈與潔凈級別。換氣次數(shù)決定定義中的凈化級別（換氣次數(shù)越多，凈化級別越高）
（1）自凈時間：是指潔凈室按設計換氣次數(shù)開始送風到潔凈室，室內含塵濃度達到所設計的凈化級別的時間。 1,000級希望不超過20min(分鐘) (可取15min計算) 10,000級希望不超過30min(分鐘) (可取25min計算) 100,000級希望不超過40min(分鐘) (可取30min計算)
（2）換氣次數(shù)（按上述自凈時間要求設計）1,000級 43.5—55.3次/小時 (規(guī)范:50次/小時) 10,000級23.8—28.6次/小時 (規(guī)范:25次/小時) 100,000級 14.4—19.2次/小時 (規(guī)范:15次/小時)
優(yōu)點：構造簡單、系統(tǒng)建造成本，潔凈室之擴充比較容易，在某些特殊用途場所，可并用無塵工作臺，提高潔凈室等級。
缺點：亂流造成的微塵粒子于室內空間飄浮不易排出，易污染制程產(chǎn)品。另外若系統(tǒng)停止運轉再激活，欲達需求之潔凈度，往往須耗時相當長一段時間。
層流式(Laminar)
層流式空氣氣流運動成一均勻之直線形，空氣由覆蓋率100%之過濾器進入室內，并由高架地板或兩側隔墻板回風，此型式適用于潔凈室等級需定較高之環(huán)境使用，一般其潔凈室等級為Class 1~100。其型式可分為二種：
(1)水平層流式：水平式空氣自過濾器單方向吹出，由對邊墻壁之回風系統(tǒng)回風，塵埃隨風向排出室外，一般在下流側污染較嚴重。
優(yōu)點：構造簡單，運轉后短時間內即可變成穩(wěn)定。
缺點：建造費用比亂流式高，室內空間不易擴充。
(2)垂直層流式：房間天花板*以ULPA過濾器覆蓋，空氣由上往下吹，可得較高之潔凈度，在制程中或工作人員所產(chǎn)生的塵?？煽焖倥懦鍪彝舛粫绊懫渌ぷ鲄^(qū)域。
優(yōu)點：管理容易，運轉開始短時間內即可達穩(wěn)定狀態(tài)，不易為作業(yè)狀態(tài)或作業(yè)人員所影響。
缺點：構造費用較高，彈性運用空間困難，天花板之吊架相當占空間，維修更換過濾器較麻煩。
復合式(Mixed Type)
復合式為將亂流式及層流式予以復合或并用，可提供局部超潔凈之空氣。
(1)潔凈隧道(Clean Tunnel)：以HEPA或ULPA過濾器將制程區(qū)域或工作區(qū)域100%覆蓋使?jié)崈舳鹊燃壧岣咧?0級以上，可節(jié)省安裝運轉費用。
此型式需將作業(yè)人員之工作區(qū)與產(chǎn)品和機器維修予以隔離，以避免機器維修時影響了工作及品質，ULSI制程大都采用此種型式。
潔凈隧道另有二項優(yōu)點：A.彈性擴充容易； B.維修設備時可在維修區(qū)輕易執(zhí)行。
(2)潔凈管道(Clean Tube)：將產(chǎn)品流程經(jīng)過的自動生產(chǎn)線包圍并凈化處理，將潔凈度等級提至100級以上。因產(chǎn)品和作業(yè)員及發(fā)塵環(huán)境相互隔離，少量之送風即可得到良好之潔凈度，可節(jié)省能源，不需人工的自動化生產(chǎn)線為zui適宜使用。藥品、食品業(yè)界及半導體業(yè)界均適用。
(3)并裝局部潔凈室(Clean Spot)：將潔凈室等級10,000~100,000之亂流潔凈室內之產(chǎn)品制程區(qū)的潔凈度等級提高為10~1000級以上，以為生產(chǎn)之用；潔凈工作臺、潔凈棚、裝配式潔凈室、潔凈衣柜即屬此類。
潔凈工作臺：等級Class 1~100級。
潔凈棚：為在亂流式之潔凈室空間內以防靜電之透明塑料布圍成一小空間，采用獨立之HEPA或ULPA及空調送風機組而成為一較之潔凈空間，其等級為10~1000級，高度在2.5米左右，覆蓋面積約10m2以下，四支支柱并加裝活動輪，可為彈性運用。
四、氣流的流動
氣流的重要性
潔凈室的潔凈度往往受到氣流的影響，換言之，即人、機器隔間、建筑結構等所產(chǎn)生的塵埃之移動、擴散受到氣流的支配。
潔凈室系利用HEPA、ULPA過濾空氣，其塵埃的收集率達99.97~99.99995%之多，因此經(jīng)過此過濾器過濾的空氣可說十分干凈。然而潔凈室內除了人以外，尚有機器等之發(fā)塵源，這些發(fā)生的塵埃一旦擴散，即無法保持潔凈空間，因此必須利用氣流將發(fā)生的塵埃迅速排出室外。
風速的控制
潔凈室內的氣流是左右潔凈室性能的重要因素，一般潔凈室的氣流速度是選0.25~0.5m/s之間，此氣流速度屬微風區(qū)域，易受人、機器等的動作而干擾趨于混亂、雖提高風速可抑制此一擾亂之影響而保持潔凈度、但因風速的提高，將影響運轉成本的增加，所以應在滿足要求的潔凈度水準之時，能以zui適當?shù)娘L速供應，以達到適當?shù)娘L速供應以達到經(jīng)濟性效果。
另一方面欲達到潔凈室潔凈度之穩(wěn)定效果，均一氣流之保持亦為一重要因素，均一氣流若無法保持，表示風速有異，特別是在壁面，氣流會延著壁面發(fā)生渦流作用，此時要實現(xiàn)高潔凈度事實上很困難。
垂直層流式方向要保持均一氣流必須：
(a)吹出面的風速不可有速度上的差異；
(b)地板回風板吸入面之風速不可有速度上的差異。速度過低或過高(0.2m/s，0.7m/s)均有渦流之現(xiàn)象發(fā)生，而0.5m/s之速度，氣流則較均一，目前一般潔凈室，其風速均取在0.25~0.5m/s之間。
影響因素
影響潔凈室的氣流因素很多，如制程設備、人員、潔凈室組裝材、照明器具等，同時對于生產(chǎn)設備上方氣流的分流點，亦應列入考慮因素。
一般操作臺或生產(chǎn)設備等表面的氣流分流點，應設于潔凈室空間與隔墻板間距2/3之處，如此可使作業(yè)人員工作時，氣流可從制程區(qū)內部流向作業(yè)區(qū)，而將微塵帶走；若分流點配置在制程區(qū)前方，將成為不當?shù)臍饬鞣至?，此時大部份的氣流將流至制程區(qū)之后，作業(yè)員操作所引起的塵埃將被帶到設備后面，工作臺因而將受到污染，良率也勢必降低。
潔凈室內的工作桌等障礙物，在相接處均會有渦流現(xiàn)象發(fā)生，相對地在其附近之潔凈度將會較差，在工作桌面鉆上回風孔，將使渦流現(xiàn)象減少zui低；組裝材料之選擇是否恰當、設備布局是否完善，亦為氣流是否成為渦流現(xiàn)象之重要因素。
五、潔凈室之構成
潔凈室的構成是由下列各項系統(tǒng)所組成(在所組成的系統(tǒng)分子中是缺一不可的)，否則將無法構成一完整且品質良好的潔凈室：
(1)天花板系統(tǒng)：包括吊桿(Ceiling rod)、綱梁(I-Beam或U-Beam)、天花板格子梁(Ceiling grid或Ceilingframe)。
(2)空調系統(tǒng)：包括空氣艙、過濾器系統(tǒng)、風車等。
(3)隔墻板(Partitional wall)：包括窗戶、門。
(4)地板：包括高架地板或防靜電舒美地板。
(5)照明器具：包括日光燈、黃色燈管等。
潔凈室之建筑主體構造，一般是用鋼筋或骨水泥，但無論是何種構造，必須滿足如下之條件：
A.不會因溫度變化與振動而發(fā)生裂痕；
B.不易產(chǎn)生微塵粒子，且很難附著粒子；
C.吸濕性??；
D.為了維持室內之濕度條件，熱絕緣性要高；
六、潔凈室按用途分類（可分為兩大類）
工業(yè)潔凈室
?
以無生命微粒的控制為對象。主要控制空氣塵埃微粒對工作對象的污染，內部一般保持正壓狀態(tài)。它適用于精密機械工業(yè)、電子工業(yè)（半導體、集成電路等）宇航工業(yè)、高純度化學工業(yè)、原子能工業(yè)、光磁產(chǎn)品工業(yè)（光盤、膠片、磁帶生產(chǎn)）LCD（液晶玻璃）、電腦硬盤、電腦磁頭生產(chǎn)等多行業(yè)。
生物潔凈室
主要控制有生命微粒（細菌）與無生命微粒（塵埃）對工作對象的污染。又可分為；
A、 一般生物潔凈室：主要控制微生物（細菌）對象的污染。同時其內部材料要能經(jīng)受各種滅菌劑侵蝕，內部一般保證正壓。實質上其內部材料要能經(jīng)受各種滅菌處理的工業(yè)潔凈室。例：制藥工業(yè)、醫(yī)院（手術室、無菌病房）食品、化妝品、飲料產(chǎn)品生產(chǎn)、動物實驗室、理化檢驗室、血站等。
B、 生物學安全潔凈室：主要控制工作對象的有生命微粒對外界和人的污染。內部要保持與大氣的負壓。例：細菌學、生物學、潔凈實驗室、物物工程（重組基因、疫苗制備）
七、潔凈室污染源知識
1、發(fā)塵量
潔凈室內的發(fā)塵量，來自設備的可考慮通過局部排風排除，不流入室內；產(chǎn)品，材料等在運送過程中的發(fā)塵與人體發(fā)塵量相比，一般極小，可忽略；由于金屬半壁（彩鋼夾心板）的應用來自建筑表面的發(fā)塵也很少，一般占10%以下，發(fā)塵主要來自人，占90%左右。在人的發(fā)塵量上，由于服裝材料和樣式的改進，發(fā)塵量也不斷減少。
A、材質：棉質發(fā)塵量zui大，以下依次為棉、的確良、去靜電純滌綸、尼龍。
B、樣式：大掛式發(fā)塵量zui大，上下分裝型次之，全罩型zui少；
C、活動：動作時的發(fā)塵量一般達到靜止時間3-7倍；
D、清洗：用溶劑洗滌的發(fā)塵量降至用一般水清洗的五分之一。
室內維護結構表面發(fā)塵量，以地面為準，大約相應8平方米地面時的表面發(fā)塵量與一個靜止的人的發(fā)塵量相當。
2、發(fā)菌量
工作人員產(chǎn)生的污染：
1）皮膚：人類通常每四天完成一次皮膚的*脫換，人類每分鐘脫落約1000片皮膚（平均大小為30*60*3微米）
2）頭發(fā)：人類的頭發(fā)（直徑約為50~100微米）一直在脫落。
3）口水：包括鈉、酶、鹽、鉀、氯化物及食品微粒。
4）日常衣物：微粒、纖維、硅土、纖維素、各種化學品和細菌。
5）人類靜止和坐立每分鐘將產(chǎn)生10000個大于0.3微米的微粒。
6）人類在頭部和軀干做動作時每分鐘將產(chǎn)生1000000個大于0.3微米的微粒。
7）人類以0.9m/s的速度行走時每分鐘將產(chǎn)生5000000個大于0.3微米的微粒。
分析國外試驗資料可以認為：
（１） 潔凈室內當工作人員穿無菌服時：
靜止時的發(fā)菌量一般為10-300個/min.人
軀體一般活動時的發(fā)菌量為 150-1000個/min.人
快步行走時的發(fā)菌量為 900-2500個/min.人
（２） 咳嗽一次一般為 70~700個/ min.人
噴嚏一次一般為 4000~62000個/ min.人
（３） 穿平常衣服時發(fā)菌量 3300~62000個/ min.人
（４） 無口罩發(fā)菌量:有口罩發(fā)菌量 1:7~1:14
（５） 發(fā)菌量：發(fā)塵量 1:500~1:1000 據(jù)國內事例：
（６） 手術中人員發(fā)菌量 878個/ min.人
所以，可知潔凈室內無菌衣人員的靜態(tài)發(fā)菌量一般不超過300個/ min.人，動態(tài)發(fā)菌量一般不超過1000個/ min/人，以此作為計算依據(jù)是可行的。
八、潔凈室標準規(guī)范
國內標準規(guī)范
（1）.潔凈廠房設計規(guī)范 GB50073-2001
（2）.醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范GB50333-2002
（3）.醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設計規(guī)范GB 50457-2008
（4）.傳染病醫(yī)院建筑設計規(guī)范
（5）.醫(yī)藥工業(yè)潔凈室（區(qū)）懸浮粒子的測試方法GB/T16292-1996
（6）.QS認證質量手冊
（7）.GMP 藥品生產(chǎn)質量管理規(guī)范
標準規(guī)范 ISO系列
（1）ISO14644-1 空氣潔凈度等級劃分
（2）ISO14644-2 為認證ISO14644-1的 連續(xù)的相符性的測試和監(jiān)測技術要求
（3）ISO14644-3 測試方法
（4）ISO14644-4 設計建造啟動
（5）ISO14644-5 運行(Operations)
（6）ISO14644-6 術語和定義
（7）ISO14644-7 分離裝置(潔凈空氣罩、手套箱、分離器和微循環(huán)設備
（8）ISO14644-8 分子污染
（9）ISO14644-9 潔凈化學品（液體）
IEST系列
潔凈空氣：
RP-CC001與超過濾器
RP-CC002單向流裝置
RP-CC006潔凈室測試RP-CC007超過濾器測試
RP-CC008氣體吸收裝置
RP-CC016潔凈室非揮發(fā)性殘留物質的沉積率
RP-CC021與超過濾器過濾器介質測試
RP-CC034與超過濾器過濾器檢漏
潔凈室與潔凈環(huán)境：
RP-CC006潔凈室測試
RP-CC012潔凈室設計要點
RP-CC016潔凈室非揮發(fā)性殘留物質的沉積率
RP-CC018潔凈室管理運行與檢測程序
RP-CC022潔凈室與受控環(huán)境中的靜電
RP-CC023潔凈室中的微生物
RP-CC024微電子設備震動測量與說明
RP-CC026潔凈室運行
RP-CC027潔凈室與受控環(huán)境中人員與行為
RP-CC034與超過濾器過濾器檢漏
特殊應用：
RP-CC029使用噴漆器要考慮的污染控制因素
運行保障：
RP-CC003凈室與受控環(huán)境的服裝系統(tǒng)要點
RP-CC004凈室與受控環(huán)境用抹布材料評估
RP-CC005凈室與受控環(huán)境用手套和指套
RP-CC020潔凈室文件材料與格式
設備：
RP-CC002單向流裝置
RP-CC013設備校準與檢驗程序
RP-CC015潔凈室生產(chǎn)設備與輔助設備
RP-CC034與超過濾器過濾器檢漏
術語：
RP-CC011污染控制領域術語和定義
文獻：
RP-CC009污染控制領域的標準、準則、方法與相關文件概覽
九、行業(yè)應用
潔凈工程是一個應用行業(yè)非常廣泛的基礎性配套產(chǎn)業(yè)，目前在電子信息、半導體、光電子、精密制造、醫(yī)藥衛(wèi)生、生物工程、航天航空、汽車噴涂等眾多行業(yè)均有應用，并根據(jù)行業(yè)的精密與無塵要求，等級差別也較大。
目前級別zui高的當屬航天航空的航空倉，基本是屬于1級，屬于特殊領域，面積相對較小。
另外對級別要求較高的是生化實驗室和高精納米材料生產(chǎn)車間，物聯(lián)網(wǎng)芯片的發(fā)展將是未來需求的一大方向。
十、詳細參數(shù)
潔凈標準與潔凈等級 (ISO 標準）各粒徑檔zui大容許粒子濃度 (顆/m3)
經(jīng)濟和科技發(fā)達的國家和地區(qū)都有自己的空氣潔凈標準和規(guī)范標準，都規(guī)定了有關的潔凈度等級，例如美國、日本、西歐、北歐、俄羅斯等。我國于1984年頒布《潔凈廠房設計規(guī)范》（GBJ73-84），1996年該規(guī)范進行了較大的修改，1990年頒布《潔凈室施工及驗收規(guī)范》（JGJ71-90）以指導施工和驗收的重要文件。目前，該規(guī)范在重新修訂中。
GBJ73-84規(guī)定的潔凈度等級
等級每立方米（升）空氣中》0.5μm塵粒數(shù) 每立方米（升）空氣中》5μm塵粒數(shù)
附：
根據(jù)潔凈室標準ISO14644： 百級潔凈室就是5級。
對于百級潔凈室，其室內氣流流型為垂直單向流或水平單向流，氣流流速為：0.2~0.5m/s，百級潔凈室0.5μm的塵埃粒子數(shù)為：3520PCS/m3。正常情況下其滿布比達到80%，垂直單向流滿布比不應小于60%，水平單向流滿布比不應小于40%，否則就是局部單向流了。
單向流潔凈室下限風速建議值：
為了保證潔凈室能控制以下四種污染的zui小風速：
a. 當污染氣流多方位散布時，送風氣流要能有效控制污染的范圍；
b. 當污染氣流與送風氣流同向時，送風氣流要能有效控制污染氣流到達下游的擴散范圍；
c. 當污染氣流與送風氣流逆向時，送風氣流能把污染氣流抑制在必要的距離之內；
d. 在全室被污染的情況下，足以在合適的時間迅速使室內空氣自凈