折疊
簡介
潔淨室是(shì)指将一(yī)←✘λα定空(kōng)間(jiān)範圍內(nèi)空§↕(kōng)氣中的(de)微(wēi)粒子(zǐ)、有(yǒ♣∞&u)害空(kōng)氣、細菌等污染物(wù)排除，并将室內(&↑♥nèi)溫度、潔淨度、室內(nèi)壓力、氣流速✔度與氣流分(fēn)布、噪音(yīn)振動及照(zhào)明(míng)、✘☆ 靜(jìng)電(diàn)控制(zhì)在某一(yī)需求範¶££÷圍內(nèi)，而所給予特别設計(jì)的(de)房(fáng)間∏©÷(jiān)。亦即是(shì)不(bù)論外(wài)在之空(kō¶×✔ng)氣條件(jiàn)如(rú)何變化(huà)，其室內(nèi)®₹©均能(néng)俱有(yǒu)維持原先所設定↓$要(yào)求之潔淨度、溫濕度及壓力等性能(néng)之特性。
潔淨室最主要(yào)之作(zuò)用(yòng<★•)在于控制(zhì)産品(如(rú)矽芯片等)所接觸★↔<£之大(dà)氣的(de)潔淨度日(rì)及溫濕度，使産品能(néng)在一(y'¥♦ī)個(gè)良好(hǎo)之環境空(kōng)間(jiān)中生(shēn¶∞¶g)産、制(zhì)造，此空(kōng)間(jiān)我們稱之為(wèi§¶)潔淨室。按照(zhào)國(guó)際慣例，無塵淨化(huà)級别主§≠£要(yào)是(shì)根據每立方米空(kōng)氣中粒子₹☆(zǐ)直徑大(dà)于劃分(fēn)标準的(de)↔☆§粒子(zǐ)數(shù)量來(lái)規定。也(yě)就(jiù)是(shì≈±≈δ)說(shuō)所謂無塵并非100%沒有(yǒu)一(yī)點灰塵，而<®是(shì)控制(zhì)在一(yī)個(gè≈<±)非常微(wēi)量的(de)單位上(shàng)。當&ε&然這(zhè)個(gè)标準中符合灰塵标準的(de)顆粒相(xδ iàng)對(duì)于我們常見(jiàn)的(de)灰塵已經是(☆ ¶<shì)小(xiǎo)的(de)微(wēi)乎其微(wē&&i)，但(dàn)是(shì)對(duì)于光(gu↔₹≤₹āng)學構造而言，哪怕是(shì)一(yī)點點的(≈>$♣de)灰塵都(dōu)會(huì)産生(♣≥shēng)非常大(dà)的(de)負面影(yǐng)響，所以在光(gu★★←āng)學構造産品的(de)生(shēng)産上(shàng)，無塵ε→φ是(shì)必然的(de)要(yào)求。
每立方米将小(xiǎo)于0.3微(wēi)米粒徑的(de)↔★₩≠微(wēi)塵數(shù)量控制(zhì)在3500個(gè)以下β™≈(xià)，就(jiù)達到(dào)了(le)國(gσαβuó)際無塵标準的(de)A級。芯片級生(shēng)産加工(gōng)的✔✔ ↑(de)無塵标準對(duì)于灰塵的(de)要(£©₽←yào)求高(gāo)于A級，這(zhè)樣的(de)高(gāo)标主要→✘∞(yào)被應用(yòng)在一(yī)些(xiē)等級較高(gāo)芯≈£₽∑片生(shēng)産上(shàng)。0.5uM及以下(xi€π↔à)的(de)微(wēi)塵數(shù)λ<量被嚴格控制(zhì)在每立方英寸1000個(gè"δ♣)以內(nèi)，這(zhè)也(yě)就(jiù)εδ是(shì)業(yè)內(nèi)俗稱的(de)1K級别。
空(kōng)态:已經建造完成并可(kě)以投入使用(yònφ£g)的(de)潔淨室(設施)。它具備所有(yǒu)有(yǒuσλ♣)關的(de)服務和(hé)功能(néng)。但÷™¥(dàn)是(shì)，在設施內(nèi)沒有(yǒu)操作σ∞✘φ(zuò)人(rén)員(yuán)操作(zuò)的(de)設備。
靜(jìng)态:各種功能(néng)完備、設定安裝妥當，可(kě)以按照(zh♠∞™ào)設定使用(yòng)或正在使用(yòng)的(de)潔淨室→β←(設施)，但(dàn)是(shì)設施內(nèi)沒有(yǒu)操作(zu×ò)人(rén)員(yuán)。
動态:處于正常使用(yòng)的(de)潔淨室，服務α≈σ功能(néng)完善，有(yǒu)設備和(hé)人(rén)員(yuán♣♠₩±);如(rú)果需要(yào)，可(kě)從(cóng) ✔α事(shì)正常的(de)工(gōng)作(zuò)。
單向流(層流)潔淨室原理(lǐ)
在潔淨室內(nèi)，從(cóng)送風(f₽♣ēng)口到(dào)回風(fēng)口，氣流流經途中的(¥de)斷面幾乎沒有(yǒu)什(shén)麽變化(huà)←✔★ ，加上(shàng)進風(fēng)靜(jìng)壓箱和₹≠§(hé)高(gāo)效過濾器(qì)的(de)均壓ε↑♥→均流作(zuò)用(yòng)，全室斷面上(shàng)的(de)流© 速比較均勻，而至少(shǎo)在工(gōng)作(zuò)¶ε&λ區(qū)內(nèi)流線單向平行(xíng)， ★沒有(yǒu)渦流。這(zhè)也(yě)就(jiù)是(≠¥shì)單向流潔淨室的(de)三大(dà)特點。這(zhè)裡(lǐ)的(de)流線單向•♦<平行(xíng)，是(shì)指時(shí)均流線彼此平行(xíng)，∑ ↑方向單一(yī)。
單向流潔淨室的(de)流态從(cóng)雷諾數(sh¥ε"ù)判斷是(shì)紊流的(de)，所以所謂層♥<流潔淨室的(de)層流和(hé)流體(tǐ)力學上(sh✘÷àng)的(de)層流是(shì)完全不(bù) ∑↔同的(de)概念。因此，層流潔淨室這(zh±≠→è)個(gè)名詞是(shì)不(bù)貼切的(de)，國(♦®guó)外(wài)某些(xiē)标準和(hé¥∏∞)文(wén)章(zhāng)也(yě)指出這(zhè≥←)一(yī)點，例如(rú)英國(guó)标準BS-5295就(jiù)曾₽<把所謂層流潔淨室定義為(wèi)單向流潔淨室，隻是(™♠♣shì)照(zhào)顧習(xí)慣在括号中注明(míng)為(ε↕↓σwèi)層流。前聯邦德國(guó)标準VDl- 2083則用(yòng)"非紊流的(de)置換流"這(λ∞"©zhè)一(yī)術(shù)語，并在注中指出，層流這(zhè)一(yī)概念↕φ隻是(shì)為(wèi)了(le)區(qū)别早于層流潔淨₽↕δ室出現(xiàn)的(de)紊(亂)流潔淨室而在當時 >♦(shí)采用(yòng)的(de)習(x↕∏→í)慣用(yòng)語，"層流系統&qu≈&ot;的(de)确切意思并不(bù)是(shì)分(fēn)±©δ¥層流動，而是(shì)紊流的(de)置換流，用(yòng)本章(zhā∏£ng)提到(dào)的(de)概念是(shì)紊流的(de)漸變流。在流體(>±©tǐ)力學中，這(zhè)種流動狀态也(yě)可(kě)©稱平行(xíng)流或單向流。1977年(nián)中國(guó)在《空(k₹↓ōng)氣潔淨技(jì)術(shù)措施》 σ中選用(yòng)了(le)"平行♠ε(xíng)流"這(zhè)個(gè)術(shù)語，在該術¶§(shù)語後面同時(shí)也(yě)指出↔€♥習(xí)慣上(shàng)稱"層流&q✘®←<uot;。
在單向流潔淨室內(nèi)，幹淨氣流不(bù)是≤♦(shì)一(yī)股或幾股，而是(shì)充滿α§>全室斷面，所以這(zhè)種潔淨室不(bù)是(sh≤≥↑φì)靠潔淨氣流對(duì)室內(nèi)髒空(kōng)氣的(de•♠δ)摻混稀釋作(zuò)用(yòng)，而是(shì↔→ε)靠潔淨氣流推出作(zuò)用(yòng)将室內(nèi)髒空(kōng)氣沿≤δ整個(gè)斷面排至室外(wài)，達到(dào)淨化(huà)室內(nèi) ✘∞>空(kōng)氣的(de)目的(de)。所以，前聯邦德國≥✘∏&(guó)有(yǒu)人(rén)稱單向流潔↑¶π€淨室的(de)氣流為(wèi)"活塞流&quo$☆t;、"平推流"前蘇聯稱之為(wèi)&quo↔↑t;被擠壓的(de)弱空(kōng)氣射流"。幹淨空(kōng)₹×←↕氣就(jiù)好(hǎo)比一(yī)個(gè)空(kōng)氣£'活塞，沿著(zhe)房(fáng)間(jiān)這©π (zhè)個(gè)"氣缸"，向前(下(xià))推>¶進，而使塵粒隻能(néng)前(下(xià))進，沒有(yǒu)返回，把<÷♥原有(yǒu)的(de)含塵濃度高(gāo)的(de)空(kōn$×"g)氣擠壓出房(fáng)間(jiān) ★ ∏。
在單向流潔淨室以及單向流淨化★₹(huà)設備中，可(kě)以發現(xiàn)沿壁的(de)和(hé)兩∑✔¶個(gè)過濾器(qì)搭接處下(xià)方的(♥≠de)反向氣流。這(zhè)種氣流将把下(xià)方的(de)污₩π染傳輸到(dào)上(shàng)部再送下(xià)★≠♥©來(lái)，破壞了(le)上(shàng)述&qu$<€₽ot;活塞流"的(de)狀态，危害極↓₽∞大(dà)。對(duì)于和(hé)外(wài)界有(yǒu)開(k✔&āi)口相(xiàng)通(tōng)的(d∏π₩e)局部淨化(huà)設備，例如(rú)潔淨工(gōng)作(zuò)台，這(♣δ₽zhè)種氣流将引射外(wài)界污染氣流，在設計(jì)上(shàng®Ωε≠)一(yī)定要(yào)減小(xiǎo)過濾器(qì)邊框處所π'占的(de)無效面積，更要(yào)設法使空(kōng)間(jiān)的(de≥≥)壁面盡量接近(jìn)過濾器(qì)有(yǒu)效叠風(fēng)截<€面。
通(tōng)過上(shàng)面分(fēn)析，可(✔≥λ kě)以認為(wèi)保證單向流潔淨室特性(高(gā↕∑o)潔淨度和(hé)快(kuài)速自(zì✔∞←≈)淨恢複能(néng)力)的(de)重要(yào)先決條件(jδ✔iàn)有(yǒu)兩個(gè):①來(lái)流的(de)潔淨度;②來(l±±π&ái)流的(de)活塞流情況;
對(duì)于來(lái)流的(de)潔淨度，對(duì)通("¥tōng)過高(gāo)效以上(shàng)過濾器(qì)送風(fēng)的✘&(de)單向流潔淨室來(lái)說(shuō)是(shì)不$↓₽(bù)成問(wèn)題的(de)，而對(duγ↔®™ì)于來(lái)流的(de)"活塞流">¶♥情況，則需作(zuò)進~步分(fēn)析。
根據流體(tǐ)力學原理(lǐ×±βλ)，來(lái)流條件(jiàn)對(duì)→ 以後的(de)流動狀況将有(yǒu)直接的(de♥≥"≥)重要(yào)影(yǐng)響，送風(fēng)面®×ε&出口氣流也(yě)就(jiù)是(shì)工(gōng)作(zuòα✔÷♦)區(qū)的(de)來(lái)流。
來(lái)流的(de)紊動性大(dà)，則将影(yǐng)↑∏δ響後面的(de)單向流特性;來(lái)流未充滿≥∑流動截面，則将影(yǐng)響後面是(shì)否能(néng&★)形成"活塞流"和(hé)形成的(de)¶¶&快(kuài)慢(màn);而來(lái)流未充滿流動截面也(yě)是(sΩ •hì)來(lái)流素動的(de)一(yī)個(gè)因素。所以，在采用(yòπε↔ng)高(gāo)效過濾器(qì)的(dβ± γe)條件(jiàn)下(xià)，保證單向流潔淨室特性的(de)必要(y࣠¥o)條件(jiàn)是(shì)"活塞流"，而"γ ↓×活塞流"的(de)必要(yào)條件(jiàn)則是(shì)來•$∞β(lái)流充滿流動截面。但(dàn)是(shì)，對(d≤<uì)一(yī)間(jiān)房(fáng)間←₩₩(jiān)而不(bù)是(shì)一(yī)段管道∑→β∏(dào)來(lái)說(shuō)，讓氣流從(cóng)頭至尾完↓✔π全充滿流動截面也(yě)是(shì)不(bù)現(xiàn)實的(de)。
最初，确實認為(wèi)這(zhè)種單向平行(xí≈™♣≤ng)的(de)氣流應該充滿整個(gè)潔淨室，但(dàn)©←¥這(zhè)在技(jì)術(shù)上(shàng)和(h é)經濟上(shàng)都(dōu)是(shì)不(bù)利的(deα®δσ)。随著(zhe)認識的(de)發展，人(rén)們又(yòu)指出這(zh™¶↑è)種單向流隻是(shì)"在有(yǒu)限的(de)領域內(nè §≤±i)全部空(kōng)氣沿平行(xíng)流線以等速流動的(de)意π &★思"，并認為(wèi)能(néng)'★γ極力抑制(zhì)渦流的(de)發生(shēng)。通(tō₽≠ng)過全空(kōng)間(jiān)的(de)清Ω♠ε>潔空(kōng)氣的(de)單向流特性占支配 ₹♣€地(dì)位的(de)那(nà)樣的(de)房(fáng)間(♣'jiān)，也(yě)稱為(wèi)單向流潔淨室。這(zhè)就(jiù)是₽×"β(shì)說(shuō)，不(bù)要(yào)求在整個(gè)房(fá¶↕☆ng)間(jiān)都(dōu)具有(yǒu)單向平行(xíng→' ×)的(de)流線，均勻的(de)速度，沒有(yǒu)渦流，而是∏(shì)隻要(yào)求單向平行(xíng)流特性在這(zhè)↓©♦↑個(gè)房(fáng)間(jiān)中占支配地(dì)位，例如(rú)在整£₽→¥個(gè)工(gōng)作(zuò)區(qū)這(zhè)一(yī₹♦>)層空(kōng)間(jiān)保證了(le)單"±向流，這(zhè)個(gè)房(fáng)間(jiān)就(ji '€ù)是(shì)單向流潔淨室。前面介紹過的(de)國(guó)內(n讧"♦i)外(wài)有(yǒu)關标準、措施中關于單向流潔淨室達到(d &εào)的(de)高(gāo)潔淨度，就(jiù)是(s'✔hì)指在工(gōng)作(zuò)區(qū)內(nèi)達到(dào)的(de)潔淨度。因此，密集布置 ₽£'的(de)流線型散流器(qì)頂送和(hé)全孔>£闆頂送，也(yě)被作(zuò)為(wèi)實現(xià↓✔n)垂直單向流的(de)手段使用(yòn £→↔g)。
亂流原理(lǐ)
潔淨室按其氣流狀态來(lái)區(qū)↔¶分(fēn)，主要(yào)分(fēn)為(λσwèi)亂流(非單向流)潔淨室、單向流潔淨λ'γ 室和(hé)輻流潔淨室(也(yě)有(yǒu)稱矢流潔淨室的(de))，這(↕☆÷€zhè)一(yī)節主要(yào)討(tǎo)論€¥₩亂流潔淨室。前面已經指出，不(bù)論是(sh✘∑★↔ì)哪一(yī)種潔淨室，都(dōu)是(shì)紊流流态。那(↕$nà)為(wèi)什(shén)麽不(bù)都(dōu)叫紊流潔淨室呢(ne) ♠<¥?
亂流潔淨室的(de)名稱是(shì) ∏§借用(yòng)于日(rì)文(wén)，但(dàn)是(shì)日(r≈↔α ì)文(wén)的(de)亂流就(jiù)是(shì)紊流的(de)意思γ✘，而中國(guó)最早在《空(kōng)氣潔淨技(j♠₹★ì)術(shù)措施》中正式采用(yòng)的¶♦(de)亂流一(yī)詞是(shì)兼有(☆♦≠♦yǒu)紊流的(de)含義而不(bù)同于流體(tǐ)力♥¥π™學上(shàng)的(de)紊流這(zhè)一(yī)專有(yǒu)名詞♥>。國(guó)際上(shàng)習(xí)♥±慣稱這(zhè)種潔淨室為(wèi)非單向流潔淨∑©₽室。
所謂亂流潔淨室，一(yī)般包括以下(xià)各種送風(fēng×♣™)形式:
⑴高(gāo)效過濾器(qì©♣☆)頂送(有(yǒu)擴散闆和(hé)無擴散闆
⑵流線型散流器(qì)頂進
⑶局部孔闆頂送
⑷側送
具有(yǒu)這(zhè)些(xiē)送風(fēng)形式的₹'(de)潔淨室，如(rú)以雷諾數(shù)判✘₽Ω 斷，顯然屬于紊流流态，但(dàn)是(shì)如(rú)果把它們稱為(wèiβγ)紊流潔淨室就(jiù)不(bù)合适。氣流沿整個(gè)頂σ∑棚下(xià)送，室內(nèi)速度達到π≥(dào)0.25m/s 以上(shàn≤"g)，這(zhè)種室內(nèi)的(de)流動&™∞>狀态也(yě)是(shì)紊流，但(dàn)在後₩₹•&面就(jiù)會(huì)搞清楚，雖然這(zhè© ←)兩種送風(fēng)方式都(dōu)造成室內(nèi)紊流流态，但(<¥dàn)是(shì)就(jiù)其淨化(huà)室內(nèi)空(kōng↑®♠)氣的(de)原理(lǐ)來(lái)說(sh♣€§¶uō)，卻是(shì)根本不(bù)同的(de)，後者屬于單向β☆流或平行(xíng)流潔淨室的(de)淨化(huà)原↑✔<>理(lǐ)。所以如(rú)果把前者稱為(wèi)紊流§π潔淨室，則後者也(yě)應被包含進去(qù)了(le★∑☆)。
亂流潔淨室的(de)主要(β₹₩yào)特點是(shì)從(cóng)來(lái)流到←✘(dào)出流(從(cóng)送風(fēng)口到(dào)' <×回風(fēng)口)之間(jiān)氣流的¶φ✔™(de)流通(tōng)截面是(shì)變化(huà≈±≠)的(de)，潔淨室截面比送風(fēng)口截面大(↑π₹dà)得(de)多(duō)，因而不(bù)能(nén™"₩¥g)在全室截面或者在全室工(gōng)作(zuò)區(qū)β>截面形成勻速氣流。所以，送風(fēng)口以後的(de)流線彼此有(yǒu)很$★(hěn)大(dà)或者越來(lái)越大( βδdà)的(de)夾角，曲率半徑很(hěn)小(xiǎo)，氣流在室內™α(nèi)不(bù)可(kě)能(néng)以單一(yī)方✔♥✘向流動，将會(huì)彼此撞擊，将有(yǒu)回流、旋渦産生(shēβng)。這(zhè)就(jiù)決定亂流潔淨室的(d€★₩↕e)流态實質是(shì):突變流;非均勻流。
這(zhè)比用(yòng)紊流來(lái)描述亂¶©¥≈流潔淨室更确切、更全面。紊流主要(yào)決定于雷諾數(shù)，也(yě)就≤₹(jiù)是(shì)主要(yào)受流速的(de)影(yǐng)響，但(dà★"↓n)是(shì)如(rú)果采用(yòng)一(yī₽∞♥÷)個(gè)高(gāo)效過濾器(qì)頂送的(de)送風(f&<ēng)形式，則即使流速極低(dī)，也(yě)要(yào)産生(s♥←∏ hēng)上(shàng)述各種結果，這(zhè)就(jiù)因為(wèi)它™★是(shì)一(yī)個(gè)突變流和(hé)非均勻流。因此這(zhè)£&種情況下(xià)不(bù)僅有(yǒu)流層之間(ji×≤γān)因紊流流動而發生(shēng)的(de)摻混，而且還(hái↔↔€)有(yǒu)全室範圍內(nèi)的(de)大(dà)的(dφβ♦e)回流、旋渦所發生(shēng)的(de§"→γ)摻混。
所以，概括地(dì)說(shuō)，亂流潔淨室的( &λ↑de)作(zuò)用(yòng)原理(lǐ)是(shì):當一(yī)股幹淨×δ"∞氣流從(cóng)送風(fēng)口送入室內(nèi)時(s™←£hí)，迅速向四周擴散、混合，同時(shí)把差不(bù)多(duō)同樣數(shù)量的(d™φ"e)氣流從(cóng)回風(fēng)口排走，♥γ±這(zhè)股幹淨氣流稀釋著(zhe)室內(nèi)污染的(de)空(kōng€γ✔)氣，把原來(lái)含塵濃度很(hěn)高(gāo)的(de)室內★✔π±(nèi)空(kōng)氣沖淡了(le)，一(yī§♠)直達到(dào)平衡。所以氣流擴散得(de↕ ↓α)越快(kuài)，越均勻，稀釋的(de)效果就(ji≠✔♠£ù)越好(hǎo)。所以亂流潔淨室的(de)原理(lǐ)就(jiù)是(sαε$hì)稀釋作(zuò)用(yòng)。
