洁净工程管理要点

洁净工程也叫洁净净化工程,洁净室装修改造,洁净厂房,OLED洁净工程管理要点, OLED器件是在洁净室内进行生产的,洁净室工程质量好坏,决定着生产线产品合格率的高低,进而影响产品成本。

洁净工程洁净室净化工程主要之作用在于控制产品(如硅芯片等)所接触之大气的洁净度日及温湿度,使产品能在一个良好之环境空间中生产、制造,此空间我们称之为洁净室。按照国际惯例,无尘净化级别主要是根据每立方米空气中粒子直径大于划分标准的粒子数量来规定。也就是说所谓无尘并非100%没有一点灰尘,而是控制在一个非常微量的单位上。当然这个标准中符合灰尘标准的颗粒相对于我们常见的灰尘已经是小的微乎其微,但是对于光学构造而言,哪怕是一点点的灰尘都会产生非常大的负面影响,所以在光学构造产品的生产上,无尘是必然的要求。

每立方米将小于0.3微米粒径的微尘数量控制在3500个以下,就达到了国际无尘标准的A级。应用在芯片级生产加工的无尘标准对于灰尘的要求高于A级,这样的高标主要被应用在一些等级较高芯片生产上。微尘数量被严格控制在每立方米1000个以内,这也就是业内俗称的1K级别。

我公司承建了一个OLED实验线洁净室工程,本文将系统介绍该洁净室工程管理的要点。
1、工程概况
该项目主厂房生产区域为两层钢筋混凝土框架结构及钢屋架结构,混凝土屋面采用柔性高分子卷材屋面, 钢结构屋面采用机械固定的卷材屋面方式,一层层高4.8m,二层层高6.4m,一层技术下夹层与二层生产区之间的楼板采用华夫板方式,利用华夫板上的开洞满足两层之间的回风,华夫板上设置导电性架空地板,设备根据工艺要求布置在架空地板或华夫板上。

2、设施布局
一层主要包括的功能房间为技术下夹层,回风夹道,送风,高效送风口,沿下夹层区域四周布置有门厅、换鞋区、一更、化学品供应、特气供应、废液收集、废水提升站、冷却循环水站、纯水抛光间、真空间、变电站、物料暂存间、成品暂存间等。

二层是大开间的工艺生产区,布置生产设备。该层与技术下夹层之间的结构楼板是有一定开孔率的华夫板,华夫板上方安装架空活动地板,以满足回风的要求;生产设备层的吊顶安装风机过虑器单元(FFU),以满足生产层净化要求。

二层核心净化区包括的区域有PVD/CVD、光刻间、掩模清洗、注入间、RTA、ELA、CVD、基板清洗间、小片切割、蒸镀、划片、UV硬化、基板切割间、探针、阵列检测间、缓冲间、有机库、FMM库、QA、回风夹道等,核心净化区周围的其它功能房间包括有空调机房、电气室、配电室、维修间、材料库等。在核心净化生产区的两侧设计回风、管道竖井,形成净化空气的循环回路。并且在建筑的两边各设计多部楼梯,形成各层对室外的疏散通道为满足净化生产的微振要求,二层的楼板——华夫板拟采用较厚的穿孔楼板结构,华夫板面刷环氧树脂涂料,为满足生产工艺的灵活布置并提高净化面积的使用效率,生产人员经主入口门厅进入换鞋区,再进入一次更衣,通过员工专用楼梯进入二层二次更衣室,再通过风淋室进入生产区。

洁净室空调系统由MAU(新风处理系统)+FFU+干盘管共同构成。生产区吊顶由风机过滤单元(FFU)与金属吊顶框架组成,FFU视各生产机台需要之等级均布,覆盖率随生产工艺需求而定。新风由MAU(新风处理系统)集中处理后与室内的循环风混合,经FFU加压、过滤后送入生产区。生产区内设备、人员、照明、围护结构等冷负荷均由干盘管承担。洁净室内湿度及正压控制由MAU负责。MAU供风量需求约50000CMH×2+1台,洁净室循环风量约773000CMH。新风入口附设不织布滤网及库板隔间气室于新风空调机组入口前,延长主要滤网寿命。

在化学品库、气体间设置独立的空调系统,新风经处理后送入室内,然后通过排风系统全部排至室外,空气不循环使用。

洁净净化工程

工艺排风系统:在工艺生产过程中会产生含酸、碱、有机溶剂、高沸点有机、有害等废气。为保护生产人员的健康,减少对工作环境及厂区周围空气的污染,分别设计了相应的局部排风系统、全室排风系统及废气处理系统。为消除工艺生产区工艺设备等散发的热量所设计的局部排风系统、全室排风系统的排风不需处理可直接排入大气。为消除工艺生产区工艺设备散发的含酸、碱、有机溶剂、高沸点有机、有害等废气的局部排风系统,排风须先经废气洗涤塔等废气处理装置处理,达到排放标准后才能排入大气。工艺排风系统排风机风量设定约STR400CMH×1+1台;GEX-D18000CMH×1+1台;EX-W&GEX-H12300CMH×1台,备用机与GEX-D共用;SEX 16 000CMH×1+1台;ORG 4 000 CMH×1+1台,所有工艺排风机均带变频器。
防、排烟系统:对于大于300m2的地上房间、长度大于40m的疏散走道、长度大于20m的内走道设置消防排烟系统。以高度为50cm的挡烟垂壁划分防烟分区,最大防烟分区的面积为500m2。排烟风机的风量为72000m3/h(60000×1.2倍)。密闭房间设置机械排烟系统时,同时设置机械补风系统,补风量为排烟量的50%。防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室或合用前室设置防烟设施。

3、洁净等级要求
核心净化区0.3ìm、ISO5.5,辅助区域0.3ìm、ISO6.5。其工序环境参数见表1。
4、施工重点分析

4.1建设过程必须遵循洁净室建设四项原则

(1)不带入。

(2)不产生。

(3)不积累。

(4)快速去除。
不带入,就是不向洁净室带人任何灰尘,必须确保以下条件:
(1)高效过滤器与结构不产生灰尘泄漏。

(2)保持洁净室正压。

(3)人员经更衣换鞋、风淋后方可进入洁净室。

(4)材料与设备经清洗后方可进入洁净室。

不产生,就是不在洁净室产生任何灰尘,必须确保以下条件:
(1)人员应穿洁净服。

(2)不使用容易产生灰尘的材料与设备。

(3)不进行不必要的移动。

(4)不带入无用品。
不积累,就是不在洁净室积累任何灰尘,必须确保以下条件:

(1)不使设备角和四周清洁困难。

(2)洁净室尽量不暴露风管和管道。

(3)遵守标准化净化工作程序。

快速去除,就是快速去除洁净室内灰尘,必须做到以下几点:
(1)增加换气率。

(2)在靠近产生灰尘的地方设置排气装置。

(3)采用合适的气流形式以避免灰尘粘在产品上。

4.2基于以上原则,洁净室施工重点工作

做好洁净室气密隔绝,将洁净室与外界完全隔离,确保外界污染物不能进入洁净室范围,在正式内装围护结构未完成前,先做临时隔离设施。

建立三级洁净管制,确保施工各阶段符合相应净化管制标准。

高架地板开孔率计算及孔板、盲板分布。为保证华夫板回风均匀,从回风夹道向另一侧盲板的分布率递减以平衡气流,防止短路。

确保内装围护结构的严密性,洁净区外围墙体、顶板必须保持严密,严禁外气泄漏进入洁净室。确保回风夹道的密闭,包括干盘管墙的密闭及回风夹道围护结构的气密性,以保证干盘管的断面风速、风量要求,同时防止气流短路,未经干盘管直接进入静压箱。

进入二级洁净管制阶段,尽快在洁净室内建立正压,方法是利用新风机组为室内提供新风,建立正压,在新风机外部的新风吸入口加设无纺布过滤新风,以延长新风机内初效过滤器中效过滤器的使用寿命。

洁净室施工完成后,经过调试、检测,洁净室各项数据均符合设计指标。

5、结语
通过对本项目施工实践的总结,验证了项目洁净管理重点的正确性,洁净室施工管理,要严格遵循洁净室建设四项原则,可确保洁净室工程建设的成功。

洁净厂房洁净工程状态:
洁净室状态有以下三个:
空气洁净室:已经建造完成并可以投入使用的洁净室(设施)。它具备所有有关的服务和功能。但是,在设施内没有操作人员操作的设备。
静态洁净室:各种功能完备、设定安装妥当,可以按照设定使用或正在使用的洁净室(设施),但是设施内没有操作人员。
动态洁净室:处于正常使用的洁净室,服务功能完善,有设备和人员;如果需要,可从事正常的工作。

控管项目:
1、能除去空气中飘游之微尘粒子。
2、能防止微尘粒子之产生。
3、温度和湿度之控制。
4、压力之调节。
5、 有害气体之排除。
6、结构物与隔间之气密性。
7、静电之防制。
8、电磁干扰预防。
9、安全因素之考虑。
10、节能之考量。

洁净净化工程分类
乱流式
空气由空调箱经风管与洁净室内之空气过滤器(HEPA)进入洁净室,并由洁净室两侧隔间墙板或高架地板回风。气流非直线型运动而呈不规则之乱流或涡流状态。此型式适用于洁净室等级1,000-100,000级。

定义:气流以不均匀速度不平行流动、伴有回流或涡流的洁净室。

原理:乱流洁净室靠送风气流不断稀释室内空气,将污染空气逐渐稀释,来实现洁净的(乱流洁净室一般设计在千级以上至30万级净化级别)。

特性:
乱流洁净室是靠多次换气来实现洁净与洁净级别。换气次数决定定义中的净化级别(换气次数越多,净化级别越高)
(1)自净时间:是指洁净室按设计换气次数开始送风到洁净室,室内含尘浓度达到所设计的净化级别的时间。 1000级希望不超过20min(分钟) (可取15min计算) 10,000级希望不超过30min(分钟) (可取25min计算) 100,000级希望不超过40min(分钟) (可取30min计算)
(2)换气次数(按上述自净时间要求设计)1,000级 43.5—55.3次/小时 (规范:50次/小时) 10,000级 23.8—28.6次/小时 (规范:25次/小时) 100,000级 14.4—19.2次/小时 (规范:15次/小时)
优点:构造简单、系统建造成本,洁净室之扩充比较容易,在某些特殊用途场所,可并用无尘工作台,提高洁净室等级。

缺点:乱流造成的微尘粒子于室内空间飘浮不易排出,易污染制程产品。另外若系统停止运转再激活,欲达需求之洁净度,往往须耗时相当长一段时间。
层流式
(Laminar)
层流式空气气流运动成一均匀之直线形,空气由覆盖率100%之过滤器进入室内,并由高架地板或两侧隔墙板回风,此型式适用于洁净室等级需定较高之环境使用,一般其洁净室等级为Class1~100。其型式可分为二种:
(1)水平层流式:水平式空气自过滤器单方向吹出,由对边墙壁之回风系统回风,尘埃随风向排出室外,一般在下流侧污染较严重。
优点:构造简单,运转后短时间内即可变成稳定。

缺点:建造费用比乱流式高,室内空间不易扩充。
(2)垂直层流式:房间天花板完全以ULPA过滤器覆盖,空气由上往下吹,可得较高之洁净度,在制程中或工作人员所产生的尘埃可快速排出室外而不会影响其它工作区域。
优点:管理容易,运转开始短时间内即可达稳定状态,不易为作业状态或作业人员所影响。

缺点:构造费用较高,弹性运用空间困难,天花板之吊架相当占空间,维修更换过滤器较麻烦。

复合式
(Mixed Type)
复合式为将乱流式及层流式予以复合或并用,可提供局部超洁净之空气。
(1)洁净隧道(Clean Tunnel):以HEPA或ULPA过滤器将制程区域或工作区域100%覆盖使洁净度等级提高至10级以上,可节省安装运转费用。
此型式需将作业人员之工作区与产品和机器维修予以隔离,以避免机器维修时影响了工作及品质,ULSI制程大都采用此种型式。

洁净隧道另有二项优点:
A.弹性扩充容易;
B.维修设备时可在维修区轻易执行。
(2)洁净管道(Clean Tube):将产品流程经过的自动生产线包围并净化处理,将洁净度等级提至100级以上。因产品和作业员及发尘环境相互隔离,少量之送风即可得到良好之洁净度,可节省能源,不需人工的自动化生产线为适宜使用。药品、食品业界及半导体业界均适用。

(3)并装局部洁净室(Clean Spot):将洁净室等级10,000~100,000之乱流洁净室内之产品制程区的洁净度等级提高为10~1000级以上,以为生产之用;洁净工作台洁净棚、装配式洁净室、洁净衣柜即属此类。
洁净工作台:等级Class 1~100级。

洁净棚:为在乱流式之洁净室空间内以防静电之透明塑料布围成一小空间,采用独立之HEPA或ULPA及空调送风机组而成为一较高级之洁净空间,其等级为10~1000级,高度在2.5米左右,覆盖面积约10m2以下,四支支柱并加装活动轮,可为弹性运用。

气流的流动
气流重要性
洁净室的洁净度往往受到气流的影响,换言之,即人、机器隔间、建筑结构等所产生的尘埃之移动、扩散受到气流的支配。
洁净室系利用HEPA、ULPA过滤空气,其尘埃的收集率达99.97~99.99995%之多,因此经过此过滤器过滤的空气可说十分干净。然而洁净室内除了人以外,尚有机器等之发尘源,这些发生的尘埃一旦扩散,即无法保持洁净空间,因此必须利用气流将发生的尘埃迅速排出室外。
风速的控制
洁净室内的气流是左右洁净室性能的重要因素,一般洁净室的气流速度是选0.25~0.5m/s之间,此气流速度属微风区域,易受人、机器等的动作而干扰趋于混乱、虽提高风速可抑制此一扰乱之影响而保持洁净度、但因风速的提高,将影响运转成本的增加,所以应在满足要求的洁净度水准之时,能以最适当的风速供应,以达到适当的风速供应以达到经济性效果。
另一方面欲达到洁净室洁净度之稳定效果,均一气流之保持亦为一重要因素,均一气流若无法保持,表示风速有异,特别是在壁面,气流会延着壁面发生涡流作用,此时要实现高洁净度事实上很困难。
垂直层流式方向要保持均一气流必须:(a)吹出面的风速不可有速度上的差异;(b)地板回风板吸入面之风速不可有速度上的差异。速度过低或过高(0.2m/s,0.7m/s)均有涡流之现象发生,而0.5m/s之速度,气流则较均一,一般洁净室,其风速均取在0.25~0.5m/s之间。
影响因素
影响洁净室的气流因素很多,如制程设备、人员、洁净室组装材、照明器具等,同时对于生产设备上方气流的分流点,亦应列入考虑因素。
一般操作台或生产设备等表面的气流分流点,应设于洁净室空间与隔墙板间距2/3之处,如此可使作业人员工作时,气流可从制程区内部流向作业区,而将微尘带走;若分流点配置在制程区前方,将成为不当的气流分流,此时大部份的气流将流至制程区之后,作业员操作所引起的尘埃将被带到设备后面,工作台因而将受到污染,良率也势必降低。
洁净室内的工作桌等障碍物,在相接处均会有涡流现象发生,相对地在其附近之洁净度将会较差,在工作桌面钻上回风孔,将使涡流现象减少最低;组装材料之选择是否恰当、设备布局是否完善,亦为气流是否成为涡流现象之重要因素。

洁净室装修洁净室之构成
洁净室的构成是由下列各项系统所组成(在所组成的系统分子中是缺一不可的),否则将无法构成一完整且品质良好的洁净室:
(1)天花板系统:包括吊杆(Ceiling rod)、纲梁(I-Beam或U-Beam)、天花板格子梁(Ceiling grid或 Ceilingframe)。
(2)空调系统:包括空气舱、过滤器系统、风车等。
(3)隔墙板(Partitional wall):包括窗户、门。
(4)地板:包括高架地板或防静电舒美地板。
(5)照明器具:LED净化平面灯。
洁净室之建筑主体构造,一般是用钢筋或骨水泥,但无论是何种构造,必须满足如下之条件:
A.不会因温度变化与振动而发生裂痕;
B.不易产生微尘粒子,且很难附着粒子;
C.吸湿性小;
D.为了维持室内之湿度条件,热绝缘性要高;

按用途分类
工业洁净室
以无生命微粒的控制为对象。主要控制空气尘埃微粒对工作对象的污染,内部一般保持正压状态。 它适用于精密机械工业、电子工业(半导体、集成电路等)宇航工业、高纯度化学工业、原子能工业、光磁产品工业(光盘、胶片、磁带生产)LCD(液晶玻璃)、电脑硬盘、电脑磁头生产等多行业。
生物洁净室
主要控制有生命微粒(细菌)与无生命微粒(尘埃)对工作对象的污染。又可分为;
A、 一般生物洁净室:主要控制微生物(细菌)对象的污染。同时其内部材料要能经受各种灭菌剂侵蚀,内部一般保证正压。实质上其内部材料要能经受各种灭菌处理的工业洁净室。例:制药工业、医院(手术室、无菌病房)食品、化妆品、饮料产品生产、动物实验室、理化检验室、血站等。
B、 生物学安全洁净室:主要控制工作对象的有生命微粒对外界和人的污染。内部要保持与大气的负压。例:细菌学、生物学、洁净实验室、物物工程(重组基因、疫苗制备)

污染源知识
发尘量
洁净室内的发尘量,来自设备的可考虑通过局部排风排除,不流入室内;产品,材料等在运送过程中的发尘与人体发尘量相比,一般极小,可忽略;由于金属半壁(彩钢夹心板)的应用来自建筑表面的发尘也很少,一般占10%以下,发尘主要来自人,占90%左右。在人的发尘量上,由于服装材料和样式的改进,发尘绝对量也不断减少。
A、材质:棉质发尘量最大,以下依次为棉、的确良、去静电纯涤纶、尼龙。
B、样式:大挂式发尘量最大,上下分装型次之,全罩型最少;
C、活动:动作时的发尘量一般达到静止时间3-7倍;
D、清洗:用溶剂洗涤的发尘量降至用一般水清洗的五分之一。
室内维护结构表面发尘量,以地面为准,大约相应8平方米地面时的表面发尘量与一个静止的人的发尘量相当。
发菌量
工作人员产生的污染:
1)皮肤:人类通常每四天完成一次皮肤的完全脱换,人类每分钟脱落约1000片皮肤(平均大小为30*60*3微米)
2)头发:人类的头发(直径约为50~100微米)一直在脱落。
3)口水:包括钠、酶、盐、钾、氯化物及食品微粒。
4)日常衣物:微粒、纤维、硅土、纤维素、各种化学品和细菌。
5)人类静止和坐立每分钟将产生10000个大于0.3微米的微粒。
6)人类在头部和躯干做动作时每分钟将产生1000000个大于0.3微米的微粒。
7)人类以0.9m/s的速度行走时每分钟将产生5000000个大于0.3微米的微粒。
分析国外试验资料可以认为:
(1) 洁净室内当工作人员穿无菌服时:
静止时的发菌量一般为10-300个/min.人
躯体一般活动时的发菌量为 150-1000个/min.人
快步行走时的发菌量为 900-2500个/min.人
(2) 咳嗽一次一般为 70~700个/ min.人
喷嚏一次一般为 4000~62000个/ min.人
(3) 穿平常衣服时发菌量 3300~62000个/ min.人
(4) 无口罩发菌量:有口罩发菌量 1:7~1:14
(5) 发菌量:发尘量 1:500~1:1000 据国内事例:
(6) 手术中人员发菌量 878个/ min.人
所以,可知洁净室内无菌衣人员的静态发菌量一般不超过300个/ min.人,动态发菌量一般不超过1000个/ min/人,以此作为计算依据是可行的。

标准规范
国内标准规范
(1)洁净厂房设计规范
(2)医院洁净手术部建筑技术规范GB50333-2002
(3)医药工业洁净厂房设计规范GB 50457-2008
(4)传染病医院建筑设计规范
(5)医药工业洁净室(区)悬浮粒子的测试方法GB/T16292-1996
(6)QS认证质量手册
(7)GMP药品生产质量管理规范

洁净工程行业
洁净工程是一个应用行业非常广泛的基础性配套产业,(21世纪)在电子信息、半导体、光电子、精密制造、医药卫生、生物工程、航天航空、汽车喷涂等众多行业均有应用,并根据行业的精密与无尘要求,等级差别也较大。
级别最高的当属航天航空的航仓,基本是属于1级,属于特殊领域,面积相对较小。
另外对级别要求较高的是生化实验室和高精纳米材料生产车间,物联网芯片的发展将是未来需求的一大方向。

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