洁净室系统的运行与维护管理应用

洁净室系统的运行与维护管理应用

洁净室
摘要:洁净室洁净度之维持和控制,除了硬设备之配合投资外,也需要良好的软件——管理制度来搭配,方能维持良好的洁净度;洁净室运转管理,可依作业人员、原物料、设备及洁净室内所用东西等加以控制;洁净室净化系统除了通称的空调净化系统之外,工作人员、生产设备也包括在内,本节将对该二系统之运转维护及保养做一概略说明。

一、 洁净室污染源控制:
洁净室洁净度之维持和控制,除了硬设备之配合投资外,也需要良好的软件——管理制度来搭配,方能维持良好的洁净度。洁净室内之污染来源,经测试分析结果,作业人员占约80%,如图1所示。实验数据显示,作业人员进出洁净室时尘埃有显著增加,有人动作时,洁净度马上?化,可见洁净度劣化之原因人是主要因素。

洁净室的污染源可分为外污染及内污染源。外污染源主要包括空调送风、间隙渗入、建筑物、工作服、以及一般性气体如N2、O2、Air、给水、溶剂等;而内污染源则包括生产设备、工作人员、工具、加工制造、隔间材料、工作台、包装材料等,图2为微尘粒子的传送路径。

对硅芯片而言,微尘粒子之附着将造成集成电路线路的变形或短路,使芯片失去运作功能,因此微污染源的控制已成为洁净室管理的重要环节。表一为自然环境所测得的尘埃浓度,而在微污染控制,其基本原则有四:

1、外部尘埃侵入之防止:
洁净室适当之正压保持(>0.5mmAq),做好施工工程之不漏气,人员设备、原材料搬入洁净室前先做好清洁擦拭等防尘动作,空气过滤器适当的管理和设置。

2、室内发尘之防止:
隔墙板、地板等洁净室材料的适当选用、制造设备的发尘抑制、生产自动化及人员不聚集、动作放松、洁净衣的管理、使用洁净室专用器等。

3、室内发尘之不积留:
墙壁体应光滑无死角、洁净室需定期保养和清扫、制程设备四周应留有空间。

4、发生尘埃之排除:
换气次数应足够,适当的空间布置以及污染源接排气和空调的气流速度须适当。人、物入室的管理问题、实际的作业条件和工程管理关联之问题、室内之空调及清扫关系之问题,这些问题将于下节祥述。

二、洁净室运转管理:
洁净室运转管理,可依作业人员、原物料、设备及洁净室内所用东西等加以探讨,并依计划(planning)、实施(Doing)、追踪(Checking)、动作(Action)之PDCA循环步骤执行。
1、作业人员之管理:
前面已提及在洁净室内污染来源80%来自作业人员,因此若能使作业人员依洁净室管理,而所有人员也均能配合实施,则污染源的产生可说已减大半。现就进入洁净室的作业人员之管理和注意事项说明如下:

(1)进入洁净室之人员,必须要具备有达成高洁净度标准,并要维持最好状态之观念。

(2)作业人员进入洁净室数目以维持最小限度原则(愈少愈好),并须依洁净室进出标准流程进出洁净室,如图3所示。出则相反方向进行,唯不须经空气洗尘室之脱尘处理。

(3)对作业人员必须经常讲解洁净室管理之数据,并加以教育与训练,内容如洁净室管理之一般常识、洁净室之构造与功能、维护和清洁、安全对策、搬运器材之洁净管理与检查、洁净衣之穿脱、洁净室内之步行方式等,并经考试合格者方能进入洁净室工作。

(4)在洁净室作业人员须经常保持自己各方面的干净与清洁。

(5)在洁净室内之作业人员或其它人员之移动或动作均为发尘源,其直接影响制程,同时亦会影响气流之扰动,为防止与控制上述情形,基本上须注下列事项:

a.不可在作业区域气流之上方放置物品或做其它作业。

b.不必要之动作尽量避免以防止乱流发尘。

c.与作业无关的私心谈话尽量避免。

d.为控制发尘量,人员步行及作业要静静地进行。表2所示为人体在不同动作时之发尘量。

e.作业要在洁净之工作柜或工作桌进行。

f.工具等器具须收入有盖子之箱子或柜中,并置放一定的场所。

(6)作业人员须经常保持干净之手,除了常洗手、剪指甲外,手并应保养,以防皮肤之剥离,男性须每天刮胡子。

(7)洁净衣要经常保持着衣之状态。

(8)下列所述者不能进入洁净室:

a.非作业人员或事先未得许可者。

b.未照规定穿着洁净衣者。

c.刚做激烈运动流汗者。

d.吸烟或吃东西后,尚未经过半小时以上者。图4为吸烟和未吸烟者微尘产生量与时间之比较图,由图上很明显可看出吸烟者所生之微尘在初期约为非吸烟者的90倍,直至30分钟后才降至15倍,此为为何洁净室禁止吸烟人员和吸烟未满30分钟不准进入的原因所在。故针对在洁净室作业人员之招募,若能选择不吸烟者为对象,将可带来甚大利益。

三、洁净室的慨念及应用:
标准洁净室主要是对一个特定环境内的温度、湿度、尘埃、静电、噪音、化学污染、电磁场和震动进行控制,以达到规范的参数及生产所要求的标准;

随着现代工业的发展,目前一般应用在微电子工业、医药及食品工业、生物工程等领域。

四、洁净室的洁净度:
1.1洁净室级别慨念:

10级~10K级(标准洁净室)

1ft3空气体中所含的直径为0.3um尘粒数量小于或等于所要求之级别;

100K级~100K以下(准洁净室)

1ft3空气体中所含的直径为0.5um尘粒数量小于或等于所要求之级别;

单位:每分钟、每人

(9)有下列健康状态或体质者原则上不能进入洁净室:

a.因日晒、湿诊而皮肤有问题者。

b.化学纤维或有机溶剂等化学药品有过敏性体质者。

c.容易出受汗者。

d.比一般人皮肤表皮容易剥离、头皮或体毛容易掉落者。

e.化妆或涂口红者。

f.有重大精神病、神经过敏或闭琐恐惧者。

g.因哮喘、咳嗽或喷嚏者及不能安静工作者。

但对于有下列性格的人,则最适宜进入洁净室工作:

a.做事细心有耐性者。

b.勤于整理整顿,经常自己注意身边清洁的人。

c.经常留意自己之健康者。

10.以下之物品不能带进洁净室:

a)没有经过清洁过程之器材、零件物品、测定器等各种物品。

b)纸箱及未经特别处理之记录或笔记用纸、影印数据等。
c)铅笔、橡皮擦、墨水等。

d)香烟、化妆品、卫生纸、饮食品等。

e)作业员个人用品如打火机、宝石、装饰品、钱包、钥匙、手帕、小日记手册或其它个人物品等。
洁净室洁净度维持之最大控制对象为作业人员,因此对于作业人员之数目、行动状态、进出规则之制定与执行,提高洁净室内作业人之洁净度意识、反复教育,均为必须,表3所示为因作业人员之动作而产生污染的增加倍率。

2.原物料、设备进出管理:
除了人员进出洁净室须予于规范管理外,物料及设备之进出也必须经过洁净程序,方不至于影响洁净室之洁净度。其进洁净室之流程如表4所示。至于搬出则反方向而行,但不须经洁净程序。
原物料及设备进出用洁净室为洁净室等级1000或10000级之房间,工作人员于其室内清洁设备或物料时必须穿着洁净衣服,所使用之擦拭纸为无尘纸或不会脱落织毛之无尘布,清洁剂除了使用超纯水之外,并加入3~5%浓度的IPA或丙酮化学品,以增强去污能力,由于IPA及丙酮具挥发性,故此房间之排气效果须特别考虑。搬运设备时为免破坏地板支架及地板表面,必须事先于地板上铺设已清洁过的不锈钢板,作为辅助。

3.洁净室内用品管理:
洁净室内用品除了进出洁净室用的洁净衣、鞋、头罩、帽、手套、口罩外,尚有如纸张文具、桌子、椅子、芯片盒、搬运车、笔记本、告示板及垃圾箱、吸尘器等。

洁净衣之材料以洗后或使用其它处理后仍不会发尘者为基本条件,且其布料为不易燃烧、不起毛,其织法或布料之组织不易通过污染物和不附着污染物之材质,另外经过磨擦不产生静电或带电性非常小,洗涤再生容易、不易皱、着衣感舒适等亦为选用考虑因素。头罩材质为无尘纸或无纺布制成,帽子材质则与洁净衣相同,二者在穿戴使用时,除了只露出眼睛和脸表面部分外,其它部分均需包覆,在头部部分连接上衣处也必须全盖住,不能留有空隙,头发亦不能露出来。洁净室用鞋要合脚且穿起来舒适为基本条件,容易洗涤,底则采用塑料底,布质部分则采用与洁净服相同材质即可,鞋子穿着时洁净衣脚跟部分应完全塞入紧密包着。手套材料除为与洁净衣相同的布料外尚有薄橡胶或乙烯树脂(Viny1),在使用过程中若有不舒适感或妨碍手指触感者则停止使用,手套表面有粉质时须去除或停用,原则上不使用有粉之Viny1手套为佳。

洁净衣鞋帽子等须由专人管理,并定期做清洗,清洗须在洁净室内进行。并以纯水配合清洁溶剂,并经约0.2μm之过滤器为之。一般洗涤周期视洁净度等级而定,在高洁净区(CLASS1)为2~3天,其它区域则为五天至一星期,洗涤完毕干燥后应立即密封。洁净衣之置放场所亦须为洁净室,备用品或新品存放柜内,正使用者则吊挂衣架上,以方便取用。

桌椅一般以不锈钢材质,并需表面加工处理为之,若不得不使用镀锌品或木制品,其表面须施环氧树脂(Epxoy)加工以防表面发尘。工作桌最好有打洞,边缘有倒角。以利气流之运动。椅子尽量采用没有背及脚踏板者,椅脚高度以坐下来脚可以触到地板者为原则。但若一定须使用高脚椅时,则要准备脚踏环。桌及椅子之脚最好安装上塑料小轮子或套上橡胶套。

芯片盒为放置芯片之用,材质以选取择不易摩损、不发尘易清洁之材质如铁弗(Teflon)等,至于搬运车则以构造简单为原则,并忌使用折迭式,材质仍采用不锈钢为宜,车轮为耐磨性高之橡胶轮胎,车轮轴承采用双密封式滚珠轴承。推送搬运车时不得急速运推而以缓行为适。笔记本之纸质应采用无尘纸制成者,且不得使用影印数据,若非万不得已须使用,则须将文件放在透明之塑料套内或加覆背,同时不可于室内撕破或将纸揉成一团,避免造成环境之污染。

如表5所示为不同纸张材质发尘量之比较。普通黑板及粉笔当然不能在高洁净室内使用,必要时可在更衣室等洁净室较低等级的区域使用白板。洁净室内不得放置清洁用具,垃圾桶宜使用塑料制品或不锈钢,且置于维修区中的固定位置,桶须覆以盖子,以利管制,并定期清理。

表5 不同纸张发尘量比较(略)(实验方法:将两者纸张相迭,而相互磨擦时所产生之纸尘量小于0.5μM以上)

真空吸尘器,其功能是在吸取洁净室内地板上、下及设备上附着之尘粒或液体以防止这些尘粒之再飞扬,以达到清洁的目的,由于真空吸尘器在作业时会有排气产生,若未经处理,将严重影响洁净室之洁净度和气流,因而真空吸尘器在排气口均装有HEPA过滤器,以除去尘埃。唯现今之高级洁净室均设有中央式吸尘系统,并于现场预留吸尘口,故一般之清洁过程均利用此中央系统,以减少使用真空吸尘器时的气流干扰,在使用中央式系统时,须注意排气旦之控制避免使洁净室内之压力降低至规定范围以下。至于真空吸尘器因属洁净室内专用,故不可移至室外使用,若不用时应置于较低等级的洁净室中,旦每次使用后应清扫吸管、收尘箱等吸气系统。
五、洁净室各系统维护保养管理:
洁净室内系统除了通称的空调系统之外,制程设备也包括在内,本节将对该二系统之运转维护及保养做一概略说明。

六、6各种空气过滤器更换周期:

种类 效率 最后压降 压差测试频率 出风口尘埃测试 过滤器更换周期
初效过滤器 AFI25% 10mmAq 在线随时测试 2次/年
中效过滤器 NBS65~95% 25mmAq 在线随时测试 2次/年
高效过滤器 D.O.P.99.97%

0.3mμ

50mmAq 在线随时测试 1次/月 1年/次
超高效过滤器 D.O.P.99.99995%

0.1mμ

50mmAq 在线随时测试 1次/月 5~10年

备注:出风口尘埃测试系在送风管或出风口附近进行。

表7 送风机之各项检查及周期

检查项目 周期 检查要点或标准
运转状况 1次/日以上 是否有不正常震动或其它异常现象及异音等
皮带之松紧度 1次/日以上 有无松弛或滑动声音
轴承之润滑油 1次/半年以上 补充润滑油以旧油脂排出为止
基础固定螺丝 1次/半年以上 检查固定螺丝有无松动
马达之绝缘测试 1次/半年以上 电压值3000V时—3MΩ

电压值200V时—0.2MΩ

生产时产生的尘粒需处理

洁净室内之生产制造设备注意之重点有三:
1.生产设备之选择、布置与保养:

a.要选用发尘性较少的生产设备及相关设备,尤其须注意活动部分之发尘。

b.应选择尘埃之影响较小的生产设备或接口设备。

c.生产用之水、气体、药品等往往是造成污染的原因,故应配备过滤装置。

d.规划各设备之配置空间时,事先宜考虑不易积累微尘之结构,规划各并以容易清洁为原则。

e.真空泵等容易产生污染物的这类设备,应设置在洁净室外面或回风区,并加装排气管线排气。
f.设置给水管线、气体管线和电气系统时,其构造须考虑到容易清洁,不易积累污染物。

g.生产及相关设备应定期清扫,以避免微尘之堆积。

h.应加强注意室内的温湿度控制,避免因湿度之不当造成结露生锈。

i.当设备维修时易产生微尘粒子,故维修时尽量于清洁室外进行,并加隔离栅隔离。

j.对于施工或维修之厂商,应告知进出洁净室之各项规定,且负责工程师应随侍在侧监工。
k.应有洁净室专用工具组,但不得带出洁净室外使用。

l.规划空间时若能临近洁净室设立一间维修和设备保养手册置放室,将是一理想之规划。

2.生产设备之防尘措施:

a.磨损、切削均为发生微尘之原因,故需将发尘部分掩盖之。

b.易产生尘埃之设备,若能的话应布置于风尾地点。

c.在操作时,尽量减少接触零件或产品。

d.不得有太大或不必要的操作动作,以免卷起附近之灰尘。

e.各项厂务设施之供应如水、气体和化学品于进入生产设备前应有过滤设备。

f.为不使气体或液体滞留,造成微污染,故管路配置应有旁路阀之设置。

3.自动化与无尘化:

a.设立自动化传送系统,可减少人员方面所带来的污染,唯费用相当昂贵,须详加评估。

b.建立管制项目如进入洁净室人员的资格限定,洁净室作业人员作业规则,洁净室管理规则等,这些规则已在前面章节叙述,此处不再说明。

在洁净室之维护管理方面,可分三部分加以说明:

1.建筑物之维护管理:

a.建筑物内定期检查清洁。

b.地板之清扫管理及损坏更新。

c.隔间墙及天花板检查清洁和封补。

d.窗户及门之保养等。

2.环境测定与管理:
洁净室内之运转环境状况如温、湿度及微尘粒子数应每日定期量测,以确实掌握质量,若有数据异常,可立即做紧急处理。

3.防尘空调设备之维护管理:

a.温、湿度及尘埃浓度管理,在前面以述及,唯其量测仪器应做定期校正检验,若有设备移动或施工时须做局部测量。

b.过滤网之管理:定期检查及更换,表6为各种过滤网之检查及更换周期。

c.空气调节器管理:定期检查隔板接缝及内部污染状况,冷热盘管是否有腐蚀现象。

d.送风机之管理:定期检查送风机运转状况。如表7所示为送风机之各项检查内容及周期。

e.风管及出风口之管理:检查风管是否有腐蚀、污染、尘埃堆积或保温脱落等。

f.测试及量测仪器管理:定期校正及保养。

g.室内压力管理:连续监视室内压力记录,以维持正压为基准。

h.冷冻主机、泵浦、锅炉及冷却水塔之管理:定期检查保养及记录运转状况及水质变化分析,以调整加药量等。

i.洁净室停止运转再开机要点管理:启动后立即进行微尘粒子之测试,须洁净室恢复稳定正常时再开始作业。表8为空调设备应检查之项目。

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