电子工业洁净室设计与维护探究

刘兰

摘要：随着电子信息行业的发展，洁净室需求极大的增长，洁净室设计维护的成本极高，探讨电子工业洁净室的设计与维护十分有必要。本文结合近十年电子洁净室的发展概况，总结了电子工业洁净室设计的主要模块及各子模块的设计内容，并从维护管理角度提出了运用维护的关键性因素，为洁净室作用最大化提供了参考。

关键词：洁净室；维护；洁净等级

1、绪论

洁净室主要服务于高科技行业的生产车间，主要有电子行业、医药行业以及生物工程行业。近十年来，随着高新技术和国计民生的全面发展，洁净室行业的发展十分迅猛，年均增长率接近20%，其中电子行业的发展更甚。

电子行业已经以每2~3年就上升一个台阶的速度迅速发展，电子厂房的工艺生产线更替迅速，电子行业朝着精细化、微小化的方向发展，对生产环境的要求高，动力消耗大，投资大，工程复杂，尤其是集成电路的生产，已经进入纳米阶段，从70纳米、40纳米的器件到现在28纳米，14纳米，7纳米。

集成电路生产车间对洁净度有着极高的要求，生产环境洁净度直接关系到成品率及产品可靠性，这对电子工业洁净厂房的设计与维护提出了更高的要求。

2、基本概念

2.1洁净室的定义

洁净室，在电子行业一般称作洁净厂房，指的是将固定空间范围内的细菌、尘埃微粒控制在一定范围之内，并严格控制室内温湿度、洁净度、压力、气流分布及速度、振动噪音，部分行业也包括照明等控制在一定范围内。即无论外界压力、环境怎么变化，室内各项指标都在指定范围之内。

洁净室最重要的指标是洁净等级，一般用单位体积内微粒数目作为衡量洁净等级的指标，常分为1~100000级不等。不同行业对洁净室等级要求不同，电子行业等级最高，一般在1~100级。

洁净室是一门综合性极高的技术，设计工艺设计、空气净化技术、防震防静电等技术，电子工业洁净室的组成。

2.2洁净室的特点

洁净室由于其特殊的功能和要求，有着以下特点：

1）满足某些特定场景的洁净需求。洁净室的洁净度每提高一个等级，其造价和运营成本均成倍增加，洁净室的设计是按照工艺要求专门设计的。

2）洁净室制造运营成本高。洁净室控制室内各项指标控制严格，系统复杂，造价和运营要求极高，对人员和动力的要求都很高，是一般厂房系统运营的几倍。

3、洁净厂房设计

洁净厂房的设计主要包括总体设计、暖通设计、给排水设计、气体动力设计等方面。

1）总体设计

洁净室的总体设计是根据洁净室的用途、工艺特点确定洁净室的洁净等级，结合选址、温度、湿度、压差、振动等级等控制因素，从而明确各参数控制范围，安排好生产区域、动力设施区域、辅助区域等。

2）暖通设计

电子厂房洁净室的暖通设计，核心系统是空调净化系统，其次是温度调节系统等其它系统。空调净化系统主要由送风系统和排风系统组成，洁净室采用的送风系统主要有三种：集中式送风，风机过滤单元（简称FFU）式送风，以及微环境控制三种方式。

集中式送风系统的硬件由组合式空调箱、末端风口、风管等组成，利用大量净化的空气对室内空气进行稀释，置换工艺要求区内的空气，从而达到净化指定区域空气的要求，通过提高换气量和换气评率，可使室内洁净度满足不同的净化级别，但是每小时换风次数的增加会大大提供运营成本。FFU送风方式主要由风机过滤单元机组，新风机组及其它配件三个部分组成。FFU送风系统的核心是风机过滤单元机组，机组安装于洁净室吊顶。近几年这种方式得到了很大的发展，在高等级洁净室更加适用。它有着布置灵活，节约空间的优势。该方式有着系统灵活，可随时调整，经济性好，设备保障率高等优点。

微环境控制方式主要用于局部洁净度较高的工艺流程，该类方式一般采用开放式无间隔形式，能很好的满足产品的技术升级，利于工艺设备、设施的变更，利于洁净室的维护保养。

3）给排水设计

电子工业洁净室的给排水设计与一般工业房屋的给排水设计有相似之处。但对水源供水的可靠性要求更高。电子工业洁净室的给排水系统主要由生活排水系统、生产排水系统，消防给水系统，工艺用水系统4个水流环路组成。洁净室的给排水系统与其它系统的不同之处在于，对水源的水温要求比较高，给消防系统的设计带来了较大的难度，另外，生产工艺用水对水质的要求较高，纯水的制备和输送也洁净室给排水系统设计的关键所在。根据水质的要求，纯水制备主要有三种技术，其中EDI电去离子技术由于其可模块化配置，出水水质稳定，无需添加化学试剂等优势，被广泛应用于洁净室供水系统。

4）气体动力设计

洁净室的气体动力设计主要是为了满足洁净室的机械动力供应和气体供应需求。机械动力供应由冷却水系统、蒸汽热水系统以及燃油系统等组成，以满足生产过程中动力的要求。洁净室所需气体包括压缩空气、高纯度氮气、高纯度氢气、超纯度氦气氧气等特种气体的供应。

电子工业洁净室需大量使用压缩空气作为动力用气和仪表用气，对空气品质有极高的要求，由于洁净室的环境要求，对气体中的固体颗粒及水分含量都有很严格的要求，在气体回路的设计中，必须根据工艺要求配置相应的过滤器和干燥器，而储气罐的位置也与传统不同，洁净室气路系统的储气罐一般设于压缩机后，干燥器前。

4、洁净厂房维护探究

洁净室的设计是洁净室内洁净等级控制的源头，运营维护对既有洁净室功能的发挥也起着至关重要的作用。因此，洁净室的管理制度也是保证洁净室在既有硬件条件下，发挥最优功能的关键之所在。

洁净室的温度和湿度的变化会引起设备的误差，从而影响生产过程的可重复发性，相反，可靠的室内温度和湿度，能提高电子产品的合格率，保证生产效率与产能。

通过长期总结，在运用维护过程中，有以下几个要素对洁净室内空气品质有着十分重要的影响。

1）生产人及进入洁净室的物品。这是运行中洁净室最大的不受控污染源，严格把控生产人及进入洁净室的物品，能有效保证洁净室内洁净要求。

2）人流及物流的合理分配。洁净室的设备布置有一定范围，合理规划人流和物流，能保证人体和物流的温湿度、颗粒物等在进入洁净室后能在最快的速度内达到控制范围，提高物流效率，保证洁净室内条件稳定。

3）洁净室内作业人员的管理。洁净室内作业人员熟知无尘室的操作规范，严格遵守规范进行进入洁净室的各项操作，并保证洁净室内门窗随时处于关闭状态，进入洁净室前，需在缓冲区进行风浴。

4）洁净室的换气次数和空调系统的送风量的增加，均可提高洁净室正压和洁净度，但是这项参数的提高均需增加运营成本，应在满足工艺要求的范围内合理控制。

5）洁净室内的设备要求需定期、定时、定班组进行维护清理，洁净室内尘粒浓度，送风口风速、湿度应定期进行评估，根据评估结果制定专门的维护方案。

5、结论。

洁净厂房的设计是个技术复杂，涉及多个专业之间相互配合的工程，造价高，对生产工艺的影响巨大。从设计层面优化各项系统的设计，从理论层面严格把控洁净室内的各项指标是必要的。同样，运营维护对洁净室发挥其应有的功能与作用也十分重要，是使得既有硬件设施发挥其最大功能的核心，在电子工业生产整个过程中这两点都不容忽视。

参考文献：

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[2]李永江.洁净室行业的经济发展趋势及前景预测[J].当代经济，2013（20）：74-75.

[3]孙晟.半导体工业洁净室新风系统节能方法研究[D].上海交通大学，2014.

作者简介：

刘兰（1990~），武汉科技大学自动化专业，从事电气设计工作。