ניתוח טכנולוגיית הנדסת חדרים נקיים

1. הסרת חלקיקי אבק בחדר נקי ללא אבק

התפקיד העיקרי של חדר נקי הוא לשלוט על הניקיון, הטמפרטורה והלחות של האטמוספרה שאליה נחשפים מוצרים (כגון שבבי סיליקון וכו'), כך שניתן יהיה לייצר את המוצרים במרחב סביבתי טוב. אנו מכנים חלל זה חדר נקי. על פי הנוהג הבינלאומי, רמת הניקיון נקבעת בעיקר על ידי מספר החלקיקים למטר מעוקב של אוויר בקוטר הגדול מתקן הסיווג. במילים אחרות, מה שנקרא "נטול אבק" אינו 100% נטול אבק, אלא נשלט ביחידה קטנה מאוד. כמובן, החלקיקים שעומדים בתקן האבק בתקן זה הם כבר קטנים מאוד בהשוואה לאבק הנפוץ שאנו רואים, אך עבור מבנים אופטיים, אפילו מעט אבק ישפיע לרעה מאוד, ולכן נטול אבק הוא דרישה בלתי נמנעת בייצור מוצרי מבנים אופטיים.

שליטה במספר חלקיקי האבק בגודל גדול או שווה ל-0.5 מיקרון למטר מעוקב עד פחות מ-3520 מיקרון למטר מעוקב תגיע לרמה A של התקן הבינלאומי ללא אבק. לתקן ללא אבק המשמש בייצור ועיבוד ברמת שבבים יש דרישות גבוהות יותר לאבק מאשר לרמה A, וסטנדרט גבוה שכזה משמש בעיקר בייצור של שבבים ברמה גבוהה יותר. מספר חלקיקי האבק נשלט בקפדנות על 35,200 למטר מעוקב, הידוע בכינויו רמה B בתעשיית החדרים הנקיים.

2. שלושה סוגים של מצבי חדר נקי

חדר נקי ריק: מתקן חדר נקי שנבנה וניתן להפעילו. הוא כולל את כל השירותים והפונקציות הרלוונטיים. עם זאת, אין ציוד המופעל על ידי מפעילים במתקן.

חדר נקי סטטי: מתקן חדר נקי עם פונקציות מלאות, הגדרות והתקנה נכונות, שניתן להשתמש בו בהתאם להגדרות או שנמצא בשימוש, אך אין בו מפעילים.

חדר נקי דינמי: חדר נקי בשימוש רגיל, עם פונקציות שירות מלאות, ציוד וכוח אדם; במידת הצורך, ניתן לבצע עבודה רגילה.

3. פריטי בקרה

(1). יכול להסיר חלקיקי אבק המרחפים באוויר.

(2). יכול למנוע יצירת חלקיקי אבק.

(3). בקרת טמפרטורה ולחות.

(4). ויסות לחץ.

(5). סילוק גזים מזיקים.

(6). אטימות אוויר של מבנים ותאים.

(7). מניעת חשמל סטטי.

(8). מניעת הפרעות אלקטרומגנטיות.

(9). התחשבות בגורמי בטיחות.

(10). שיקול של חיסכון באנרגיה.

4. סיווג

סוג זרימה טורבולנטית

אוויר נכנס לחדר הנקי מתיבת המיזוג דרך צינור האוויר ומסנן האוויר (HEPA) בחדר הנקי, ומוחזר מלוחות קיר המחיצה או מרצפות מוגבהות משני צידי החדר הנקי. זרימת האוויר אינה נעה באופן ליניארי אלא מציגה מצב טורבולנטי או מערבולת לא סדיר. סוג זה מתאים לחדר נקי בדרגה 1,000-100,000.

הגדרה: חדר נקי שבו זרימת האוויר זורמת במהירות לא אחידה ואינה מקבילה, מלווה בזרימה חוזרת או זרם מערבולת.

עיקרון: חדרים נקיים סוערים מסתמכים על זרימת אוויר באספקת האוויר כדי לדלל באופן רציף את האוויר בתוך הבית ולדלל בהדרגה את האוויר המזוהם כדי להשיג ניקיון (חדרים נקיים סוערים מתוכננים בדרך כלל ברמות ניקיון מעל 1,000 עד 300,000).

מאפיינים: חדרים נקיים טורבולנטיים מסתמכים על אוורור מרובה כדי להשיג ניקיון ורמות ניקיון. מספר החלפות האוורור קובע את רמת הטיהור בהגדרה (ככל שיותר החלפות אוורור, כך רמת הניקיון גבוהה יותר).

(1) זמן טיהור עצמי: מתייחס לזמן בו החדר הנקי מתחיל לספק אוויר לחדר הנקי בהתאם למספר האוורור המתוכנן וריכוז האבק בחדר מגיע לרמת הניקיון המתוכננת. דרגה 1,000 צפויה להיות לא יותר מ-20 דקות (ניתן להשתמש ב-15 דקות לחישוב), דרגה 10,000 צפויה להיות לא יותר מ-30 דקות (ניתן להשתמש ב-25 דקות לחישוב), דרגה 100,000 צפויה להיות לא יותר מ-40 דקות (ניתן להשתמש ב-30 דקות לחישוב).

(2) תדירות אוורור (מתוכננת בהתאם לדרישות זמן הניקוי העצמי הנ"ל) דרגה 1,000: 43.5-55.3 פעמים/שעה (סטנדרט: 50 פעמים/שעה) דרגה 10,000: 23.8-28.6 פעמים/שעה (סטנדרט: 25 פעמים/שעה) דרגה 100,000: 14.4-19.2 פעמים/שעה (סטנדרט: 15 פעמים/שעה)

יתרונות: מבנה פשוט, עלות בנייה נמוכה של המערכת, קל להרחבה של חדר נקי, במקומות מסוימים למטרות מיוחדות, ניתן להשתמש בספסל נקי ללא אבק כדי לשפר את רמת החדר הנקי.

חסרונות: חלקיקי אבק הנגרמים כתוצאה מערבולות צפים בחלל הפנימי וקשה לפליטה, מה שעלול לזהם בקלות את תוצרי התהליך. בנוסף, אם המערכת נעצרת ולאחר מכן מופעלת, לוקח לעתים קרובות זמן רב להשיג את הניקיון הנדרש.

זרימה למינרית

אוויר בזרימה למינרית נע בקו ישר אחיד. האוויר נכנס לחדר דרך מסנן עם שיעור כיסוי של 100% ומוחזר דרך הרצפה המוגבהת או לוחות המחיצה משני הצדדים. סוג זה מתאים לשימוש בסביבות חדרים נקיים עם דרגות חדר נקי גבוהות יותר, בדרך כלל דרגה 1~100. ישנם שני סוגים:

(1) זרימה למינרית אופקית: אוויר אופקי נשאב החוצה מהמסנן בכיוון אחד ומוחזר על ידי מערכת אוויר חוזר בדופן הנגדי. אבק משוחרר החוצה עם כיוון האוויר. באופן כללי, זיהום חמור יותר בצד הזרימה.

יתרונות: מבנה פשוט, יכול להפוך יציב תוך זמן קצר לאחר הפעולה.

חסרונות: עלות הבנייה גבוהה יותר מזרימה טורבולנטית, והחלל הפנימי אינו קל להרחבה.

(2) זרימה למינרית אנכית: תקרת החדר מכוסה לחלוטין במסנני ULPA, והאוויר נשאב מלמעלה למטה, מה שיכול להשיג ניקיון גבוה יותר. אבק שנוצר במהלך התהליך או על ידי הצוות יכול להתפזר במהירות החוצה מבלי לפגוע באזורי עבודה אחרים.

יתרונות: קל לניהול, ניתן להשיג מצב יציב תוך זמן קצר לאחר תחילת הפעולה, ואינו מושפע בקלות ממצב הפעולה או מהמפעילים.

חסרונות: עלות בנייה גבוהה, קושי בניצול גמיש של החלל, מתלים לתקרה תופסים מקום רב, וקשה לתקן ולהחליף מסננים.

סוג מרוכב

הסוג המרוכב הוא שילוב או שימוש בסוג זרימה טורבולנטית וסוג זרימה למינרית יחד, שיכולים לספק אוויר מקומי נקי במיוחד.

(1) מנהרה נקייה: השתמשו במסנני HEPA או ULPA כדי לכסות 100% מאזור התהליך או אזור העבודה כדי להעלות את רמת הניקיון מעל Class 10, מה שיכול לחסוך בעלויות התקנה ותפעול.

סוג זה דורש בידוד אזור העבודה של המפעיל מתחזוקת המוצר והמכונה כדי למנוע פגיעה בעבודה ובאיכות במהלך תחזוקת המכונה.

למנהרות נקיות יש שני יתרונות נוספים: א. קל להרחבה גמישה; ב. ניתן לבצע בקלות תחזוקת ציוד באזור התחזוקה.

(2) צינור נקי: יש להקיף ולטהר את קו הייצור האוטומטי שדרכו עובר זרימת המוצר, ולהעלות את רמת הניקיון ליותר מדרגה 100. מכיוון שהמוצר, המפעיל וסביבת היווצרות האבק מבודדים זה מזה, כמות קטנה של אספקת אוויר יכולה להשיג ניקיון טוב, מה שיכול לחסוך באנרגיה ומתאים ביותר לקווי ייצור אוטומטיים שאינם דורשים עבודה ידנית. זה ישים לתעשיות התרופות, המזון והמוליכים למחצה.

(3) נקודה נקייה: רמת הניקיון של אזור תהליך המוצר בחדר נקי סוער עם רמת חדר נקי של 10,000~100,000 מוגברת ל-10~1000 ומעלה למטרות ייצור; שולחנות עבודה נקיים, סככות נקיות, חדרים נקיים טרומיים וארונות בגדים נקיים שייכים לקטגוריה זו.

ספסל נקי: דרגה 1 ~ 100.

תא נקי: חלל קטן המוקף בבד פלסטיק שקוף אנטי-סטטי בחלל חדר נקי סוער, המשתמש ביחידות HEPA או ULPA עצמאיות ומיזוג אוויר כדי להפוך לחלל נקי ברמה גבוהה יותר, עם מפלס של 10~1000, גובה של כ-2.5 מטרים, ושטח כיסוי של כ-10 מ"ר או פחות. יש לו ארבעה עמודים והוא מצויד בגלגלים ניידים לשימוש גמיש.

5. זרימת אוויר

חשיבות זרימת האוויר

ניקיון חדר נקי מושפע לעיתים קרובות מזרימת האוויר. במילים אחרות, תנועת ופיזור האבק הנוצר על ידי אנשים, תאי מכונות, מבני מבנים וכו' נשלטים על ידי זרימת האוויר.

חדר נקי משתמש ב-HEPA ו-ULPA לסינון אוויר, ושיעור איסוף האבק שלו גבוה עד 99.97~99.99995%, כך שניתן לומר שהאוויר המסונן על ידי מסנן זה נקי מאוד. עם זאת, בנוסף לאנשים, ישנם גם מקורות אבק כמו מכונות בחדר הנקי. ברגע שהאבק שנוצר מתפשט, בלתי אפשרי לשמור על חלל נקי, ולכן יש להשתמש בזרימת אוויר כדי לשחרר במהירות את האבק שנוצר החוצה.

גורמים משפיעים

ישנם גורמים רבים המשפיעים על זרימת האוויר בחדר נקי, כגון ציוד תהליך, כוח אדם, חומרי הרכבה לחדר נקי, גופי תאורה וכו'. במקביל, יש לקחת בחשבון גם את נקודת ההסטה של ​​זרימת האוויר מעל ציוד הייצור.

נקודת ההסטה של ​​זרימת האוויר על פני שולחן ניתוחים כללי או ציוד ייצור צריכה להיות מוגדרת ל-2/3 מהמרחק בין חלל החדר הנקי ללוח המחיצה. בדרך זו, כאשר המפעיל עובד, זרימת האוויר יכולה לזרום מתוך אזור התהליך לאזור ההפעלה ולהסיר את האבק; אם נקודת ההסטה מוגדרת מול אזור התהליך, היא תהפוך להסטה לא נכונה של זרימת האוויר. בשלב זה, רוב זרימת האוויר תזרום לחלקו האחורי של אזור התהליך, והאבק הנגרם כתוצאה מפעולת המפעיל ינישא לחלקו האחורי של הציוד, ושולחן העבודה יזדהם, והתפוקה תפחת באופן בלתי נמנע.

מכשולים כמו שולחנות עבודה בחדרים נקיים יסבלו מזרמי מערבולת בצומת, והניקיון בקרבתם יהיה יחסית ירוד. קידוח חור לאוויר חוזר בשולחן העבודה ימזער את תופעת זרמי המערבולת; האם בחירת חומרי ההרכבה מתאימה והאם סידור הציוד מושלם הם גם גורמים חשובים לשאלה האם זרימת האוויר הופכת לתופעת זרמי מערבולת.

6. הרכב חדר נקי

הרכב חדר נקי מורכב מהמערכות הבאות (שאף אחת מהן אינה הכרחית במולקולות המערכת), אחרת לא ניתן יהיה ליצור חדר נקי שלם ואיכותי:

(1) מערכת תקרה: כולל מוט תקרה, קורת I או קורת U, רשת תקרה או מסגרת תקרה.

(2) מערכת מיזוג אוויר: כולל תא אוויר, מערכת סינון, טחנת רוח וכו'.

(3) קיר מחיצה: כולל חלונות ודלתות.

(4) רצפה: כולל רצפה מוגבהת או רצפה אנטי-סטטית.

(5) גופי תאורה: מנורת LED שטוחה לטיהור.

המבנה העיקרי של חדר נקי עשוי בדרך כלל ממוטות פלדה או מלט עצם, אך לא משנה איזה סוג מבנה מדובר, עליו לעמוד בתנאים הבאים:

א. לא יתרחשו סדקים עקב שינויי טמפרטורה ורעידות;

ב. לא קל לייצר חלקיקי אבק, וקשה לחלקיקים להיקשר;

ג. היגרוסקופיות נמוכה;

ד. על מנת לשמור על תנאי הלחות בחדר נקי, יש צורך בבידוד תרמי גבוה;

7. סיווג לפי שימוש

חדר נקי תעשייתי

שליטה בחלקיקים דוממים היא המטרה. היא שולטת בעיקר בזיהום חלקיקי אבק באוויר לאובייקט העובד, ופנים המכשיר שומר בדרך כלל על מצב לחץ חיובי. הוא מתאים לתעשיית מכונות מדויקות, תעשיית האלקטרוניקה (מוליכים למחצה, מעגלים משולבים וכו'), תעשיית התעופה והחלל, תעשייה כימית בעלת טוהר גבוה, תעשיית אנרגיה אטומית, תעשיית מוצרים אופטיים ומגנטיים (ייצור תקליטורים, סרטים, קלטות), LCD (זכוכית גביש נוזלית), דיסק קשיח למחשב, ייצור ראשי מחשב ותעשיות אחרות.

חדר נקי ביולוגי

שולט בעיקר בזיהום של חלקיקים חיים (חיידקים) וחלקיקים דוממים (אבק) אל עצם העבודה. ניתן לחלק זאת ל:

א. חדר נקי ביולוגי כללי: שולט בעיקר בזיהום של עצמים מיקרוביאליים (בקטריאליים). במקביל, החומרים הפנימיים שלו חייבים להיות מסוגלים לעמוד בפני שחיקה של חומרי עיקור שונים, והפנים מבטיח בדרך כלל לחץ חיובי. בעיקרון, החומרים הפנימיים חייבים להיות מסוגלים לעמוד בטיפולי עיקור שונים של חדר נקי תעשייתי. דוגמאות: תעשיית התרופות, בתי חולים (חדרי ניתוח, מחלקות סטריליות), מזון, קוסמטיקה, ייצור מוצרי משקאות, מעבדות לבעלי חיים, מעבדות בדיקות פיזיקליות וכימיות, תחנות דם וכו'.

ב. חדר נקי לבטיחות ביולוגית: שולט בעיקר בזיהום של חלקיקים חיים של אובייקט העבודה לעולם החיצון ולאנשים. יש לשמור על לחץ פנימי שלילי עם האטמוספירה. דוגמאות: בקטריולוגיה, ביולוגיה, מעבדות נקיות, הנדסה פיזיקלית (גנים רקומביננטיים, הכנת חיסונים)