تجزیه و تحلیل فناوری مهندسی اتاق تمیز

۱. حذف ذرات گرد و غبار در اتاق تمیز بدون گرد و غبار

وظیفه اصلی اتاق تمیز، کنترل تمیزی، دما و رطوبت جوی است که محصولات (مانند تراشه‌های سیلیکونی و غیره) در معرض آن قرار می‌گیرند، به طوری که محصولات بتوانند در یک فضای محیطی مناسب تولید و ساخته شوند. ما این فضا را اتاق تمیز می‌نامیم. طبق رویه بین‌المللی، سطح تمیزی عمدتاً با تعداد ذرات در هر متر مکعب هوا با قطر بزرگتر از استاندارد طبقه‌بندی تعیین می‌شود. به عبارت دیگر، به اصطلاح عاری از گرد و غبار، ۱۰۰٪ عاری از گرد و غبار نیست، بلکه در یک واحد بسیار کوچک کنترل می‌شود. البته ذراتی که استاندارد گرد و غبار را در این استاندارد رعایت می‌کنند، در مقایسه با گرد و غبار رایجی که می‌بینیم، در حال حاضر بسیار کوچک هستند، اما برای سازه‌های نوری، حتی کمی گرد و غبار نیز تأثیر منفی بسیار زیادی خواهد داشت، بنابراین عاری از گرد و غبار بودن یک الزام اجتناب‌ناپذیر در تولید محصولات سازه نوری است.

کنترل تعداد ذرات گرد و غبار با اندازه ذرات بزرگتر یا مساوی 0.5 میکرون در هر متر مکعب تا کمتر از 3520 در هر متر مکعب، به کلاس A استاندارد بین‌المللی بدون گرد و غبار منجر می‌شود. استاندارد بدون گرد و غبار مورد استفاده در تولید و پردازش در سطح تراشه، الزامات بالاتری برای گرد و غبار نسبت به کلاس A دارد و چنین استاندارد بالایی عمدتاً در تولید برخی از تراشه‌های سطح بالاتر استفاده می‌شود. تعداد ذرات گرد و غبار به شدت در 35200 در هر متر مکعب کنترل می‌شود که معمولاً به عنوان کلاس B در صنعت اتاق تمیز شناخته می‌شود.

۲. سه نوع حالت اتاق تمیز

اتاق تمیز خالی: یک مرکز اتاق تمیز که ساخته شده و قابل استفاده است. این مرکز دارای تمام خدمات و عملکردهای مربوطه است. با این حال، هیچ تجهیزاتی توسط اپراتورها در این مرکز اداره نمی‌شود.

اتاق تمیز استاتیک: یک مرکز اتاق تمیز با عملکردهای کامل، تنظیمات و نصب مناسب، که می‌تواند طبق تنظیمات مورد استفاده قرار گیرد یا در حال استفاده است، اما هیچ اپراتوری در این مرکز وجود ندارد.

اتاق تمیز پویا: یک اتاق تمیز در حالت عادی، با عملکردهای خدماتی کامل، تجهیزات و پرسنل؛ در صورت لزوم، کارهای عادی نیز می‌تواند انجام شود.

۳. موارد کنترل

(1) می‌تواند ذرات گرد و غبار معلق در هوا را از بین ببرد.

(2) می‌تواند از تولید ذرات گرد و غبار جلوگیری کند.

(3). کنترل دما و رطوبت.

(4). تنظیم فشار.

(5). حذف گازهای مضر.

(6). هوابندی سازه‌ها و محفظه‌ها.

(7). جلوگیری از الکتریسیته ساکن.

(8). جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی.

(9). بررسی عوامل ایمنی.

(10). بررسی صرفه‌جویی در مصرف انرژی.

۴. طبقه‌بندی

نوع جریان آشفته

هوا از طریق کانال هوا و فیلتر هوا (HEPA) از جعبه تهویه مطبوع وارد اتاق تمیز می‌شود و از طریق پنل‌های دیوار جداکننده یا طبقات مرتفع در دو طرف اتاق تمیز برمی‌گردد. جریان هوا به صورت خطی حرکت نمی‌کند، بلکه حالت آشفته یا گردابی نامنظمی دارد. این نوع برای اتاق تمیز کلاس ۱۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ مناسب است.

تعریف: اتاق تمیزی که جریان هوا با سرعت ناهموار و غیر موازی جریان دارد و با جریان برگشتی یا جریان گردابی همراه است.

اصل: اتاق‌های تمیز آشفته برای دستیابی به پاکیزگی، به جریان هوای ورودی متکی هستند تا به طور مداوم هوای داخل را رقیق کرده و به تدریج هوای آلوده را رقیق کنند (اتاق‌های تمیز آشفته معمولاً در سطوح پاکیزگی بالاتر از ۱۰۰۰ تا ۳۰۰۰۰۰ طراحی می‌شوند).

ویژگی‌ها: اتاق‌های تمیز آشفته برای دستیابی به پاکیزگی و سطوح تمیزی به تهویه چندگانه متکی هستند. تعداد تغییرات تهویه، سطح تصفیه را در تعریف تعیین می‌کند (هرچه تغییرات تهویه بیشتر باشد، سطح تمیزی بالاتر است)

(1) زمان خودپالایی: به زمانی اشاره دارد که اتاق تمیز طبق شماره تهویه طراحی شده، شروع به تأمین هوای اتاق تمیز می‌کند و غلظت گرد و غبار در اتاق به سطح تمیزی طراحی شده می‌رسد. انتظار می‌رود کلاس 1000 بیش از 20 دقیقه نباشد (15 دقیقه برای محاسبه قابل استفاده است). انتظار می‌رود کلاس 10000 بیش از 30 دقیقه نباشد (25 دقیقه برای محاسبه قابل استفاده است). انتظار می‌رود کلاس 10000 بیش از 40 دقیقه نباشد (30 دقیقه برای محاسبه قابل استفاده است).

(2) فرکانس تهویه (طراحی شده مطابق با الزامات زمان خود تمیز شوندگی فوق) کلاس 1000: 43.5-55.3 بار در ساعت (استاندارد: 50 بار در ساعت) کلاس 10000: 23.8-28.6 بار در ساعت (استاندارد: 25 بار در ساعت) کلاس 100000: 14.4-19.2 بار در ساعت (استاندارد: 15 بار در ساعت)

مزایا: ساختار ساده، هزینه ساخت پایین سیستم، گسترش آسان اتاق تمیز، در برخی مکان‌های خاص، می‌توان از میز تمیز بدون گرد و غبار برای بهبود درجه اتاق تمیز استفاده کرد.

معایب: ذرات گرد و غبار ناشی از تلاطم در فضای داخلی شناور می‌شوند و تخلیه آنها دشوار است، که می‌تواند به راحتی محصولات فرآیند را آلوده کند. علاوه بر این، اگر سیستم متوقف و سپس فعال شود، اغلب زمان زیادی طول می‌کشد تا به تمیزی مورد نیاز برسد.

جریان آرام

هوای جریان آرام در یک خط مستقیم یکنواخت حرکت می‌کند. هوا از طریق یک فیلتر با نرخ پوشش ۱۰۰٪ وارد اتاق می‌شود و از طریق کف مرتفع یا تخته‌های جداکننده در دو طرف بازگردانده می‌شود. این نوع برای استفاده در محیط‌های اتاق تمیز با درجه‌های اتاق تمیز بالاتر، عموماً کلاس ۱ تا ۱۰۰، مناسب است. دو نوع وجود دارد:

(1) جریان آرام افقی: هوای افقی از فیلتر در یک جهت خارج شده و توسط سیستم هوای برگشتی در دیوار مقابل برگردانده می‌شود. گرد و غبار با جهت هوا به بیرون تخلیه می‌شود. به طور کلی، آلودگی در سمت پایین دست جدی‌تر است.

مزایا: ساختار ساده، می‌تواند در مدت کوتاهی پس از عمل پایدار شود.

معایب: هزینه ساخت و ساز بالاتر از جریان آشفته است و گسترش فضای داخلی آسان نیست.

(2) جریان آرام عمودی: سقف اتاق کاملاً با فیلترهای ULPA پوشانده شده است و هوا از بالا به پایین دمیده می‌شود که می‌تواند به تمیزی بالاتری دست یابد. گرد و غبار تولید شده در طول فرآیند یا توسط کارکنان می‌تواند به سرعت و بدون تأثیر بر سایر مناطق کاری به بیرون تخلیه شود.

مزایا: مدیریت آسان، حالت پایدار را می‌توان در مدت کوتاهی پس از شروع عملیات به دست آورد و به راحتی تحت تأثیر حالت عملیاتی یا اپراتورها قرار نمی‌گیرد.

معایب: هزینه ساخت بالا، استفاده انعطاف‌پذیر از فضا دشوار، آویزهای سقفی فضای زیادی را اشغال می‌کنند و تعمیر و تعویض فیلترها دردسرساز است.

نوع کامپوزیت

نوع ترکیبی، ترکیب یا استفاده از نوع جریان آشفته و نوع جریان آرام با هم است که می‌تواند هوای فوق‌العاده تمیز محلی را فراهم کند.

(1) تونل تمیز: از فیلترهای HEPA یا ULPA برای پوشش 100٪ منطقه فرآیند یا محل کار استفاده کنید تا سطح تمیزی را به بالاتر از کلاس 10 افزایش دهید، که می‌تواند هزینه‌های نصب و بهره‌برداری را کاهش دهد.

این نوع نیاز دارد که محل کار اپراتور از محصول و تعمیر و نگهداری دستگاه جدا شود تا از تأثیر بر کار و کیفیت در حین تعمیر و نگهداری دستگاه جلوگیری شود.

تونل‌های تمیز دو مزیت دیگر نیز دارند: الف) به راحتی و با انعطاف‌پذیری قابل گسترش هستند؛ ب) تعمیر و نگهداری تجهیزات را می‌توان به راحتی در منطقه تعمیر و نگهداری انجام داد.

(2) لوله تمیز: خط تولید اتوماتیک را که جریان محصول از آن عبور می‌کند، احاطه و تمیز کنید و سطح تمیزی را به بالاتر از کلاس 100 افزایش دهید. از آنجا که محصول، اپراتور و محیط تولید گرد و غبار از یکدیگر ایزوله هستند، مقدار کمی جریان هوا می‌تواند به تمیزی خوبی دست یابد که می‌تواند در مصرف انرژی صرفه‌جویی کند و برای خطوط تولید اتوماتیک که نیازی به کار دستی ندارند، مناسب‌ترین گزینه است. این روش در صنایع داروسازی، غذایی و نیمه‌هادی‌ها کاربرد دارد.

(3) نقطه تمیز: سطح تمیزی ناحیه فرآیند محصول در اتاق تمیز آشفته با سطح اتاق تمیز 10،000 تا 100،000 برای اهداف تولیدی به 10 تا 1000 یا بالاتر افزایش می‌یابد؛ میزهای کار تمیز، سوله‌های تمیز، اتاق‌های تمیز پیش‌ساخته و کمدهای تمیز متعلق به این دسته هستند.

میز کار تمیز: کلاس ۱ تا ۱۰۰.

غرفه تمیز: فضایی کوچک که با پارچه پلاستیکی شفاف ضد الکتریسیته ساکن در فضای متلاطم اتاق تمیز احاطه شده است، با استفاده از واحدهای مستقل HEPA یا ULPA و تهویه مطبوع برای تبدیل شدن به یک فضای تمیز سطح بالاتر، با سطح 10 تا 1000، ارتفاع حدود 2.5 متر و مساحت پوشش حدود 10 متر مربع یا کمتر. دارای چهار ستون است و برای استفاده انعطاف‌پذیر به چرخ‌های متحرک مجهز شده است.

۵. جریان هوا

اهمیت جریان هوا

تمیزی یک اتاق تمیز اغلب تحت تأثیر جریان هوا قرار دارد. به عبارت دیگر، حرکت و انتشار گرد و غبار تولید شده توسط افراد، محفظه‌های ماشین‌آلات، سازه‌های ساختمانی و غیره توسط جریان هوا کنترل می‌شود.

اتاق تمیز از فیلترهای HEPA و ULPA برای فیلتر کردن هوا استفاده می‌کند و میزان جمع‌آوری گرد و غبار آن به ۹۹.۹۷ تا ۹۹.۹۹۹۹۵ درصد می‌رسد، بنابراین می‌توان گفت هوای فیلتر شده توسط این فیلتر بسیار تمیز است. با این حال، علاوه بر افراد، منابع گرد و غبار مانند ماشین‌آلات نیز در اتاق تمیز وجود دارند. هنگامی که این گرد و غبارهای تولید شده پخش می‌شوند، حفظ فضای تمیز غیرممکن است، بنابراین باید از جریان هوا برای تخلیه سریع گرد و غبار تولید شده به فضای باز استفاده شود.

عوامل مؤثر

عوامل زیادی وجود دارند که بر جریان هوای یک اتاق تمیز تأثیر می‌گذارند، مانند تجهیزات فرآیندی، پرسنل، مواد مونتاژ اتاق تمیز، وسایل روشنایی و غیره. در عین حال، نقطه انحراف جریان هوا بالای تجهیزات تولید نیز باید در نظر گرفته شود.

نقطه انحراف جریان هوا روی سطح میز کار عمومی یا تجهیزات تولید باید در فاصله 2/3 از فضای اتاق تمیز و تخته پارتیشن قرار گیرد. به این ترتیب، هنگامی که اپراتور در حال کار است، جریان هوا می‌تواند از داخل ناحیه فرآیند به ناحیه عملیات جریان یابد و گرد و غبار را از بین ببرد. اگر نقطه انحراف در جلوی ناحیه فرآیند پیکربندی شود، به یک انحراف جریان هوای نامناسب تبدیل می‌شود. در این زمان، بیشتر جریان هوا به پشت ناحیه فرآیند جریان می‌یابد و گرد و غبار ناشی از کار اپراتور به پشت تجهیزات منتقل می‌شود و میز کار آلوده می‌شود و به ناچار عملکرد کاهش می‌یابد.

موانعی مانند میزهای کار در اتاق‌های تمیز، در محل اتصال خود جریان‌های گردابی خواهند داشت و تمیزی نزدیک آنها نسبتاً ضعیف خواهد بود. حفر یک سوراخ هوای برگشتی روی میز کار، پدیده جریان گردابی را به حداقل می‌رساند؛ اینکه آیا انتخاب مواد مونتاژ مناسب است و اینکه آیا چیدمان تجهیزات بی‌نقص است یا خیر، نیز از عوامل مهم در تبدیل شدن جریان هوا به پدیده جریان گردابی هستند.

۶. ترکیب اتاق تمیز

ترکیب اتاق تمیز از سیستم‌های زیر تشکیل شده است (که هیچ یک از آنها در مولکول‌های سیستم ضروری نیستند)، در غیر این صورت تشکیل یک اتاق تمیز کامل و با کیفیت بالا امکان‌پذیر نخواهد بود:

(1) سیستم سقف: شامل میله سقف، تیرآهن I شکل یا تیرآهن U شکل، شبکه سقف یا قاب سقف.

(2) سیستم تهویه مطبوع: شامل کابین هوا، سیستم فیلتر، آسیاب بادی و غیره

(3) دیوار جداکننده: شامل پنجره‌ها و درها.

(4) کف: شامل کف مرتفع یا کف ضد الکتریسیته ساکن.

(5) وسایل روشنایی: لامپ تخت تصفیه LED.

سازه اصلی اتاق تمیز عموماً از میله‌های فولادی یا سیمان استخوانی ساخته می‌شود، اما صرف نظر از نوع سازه، باید شرایط زیر را داشته باشد:

الف. به دلیل تغییرات دما و ارتعاشات، هیچ ترکی ایجاد نخواهد شد.

ب. تولید ذرات گرد و غبار آسان نیست و اتصال ذرات به آن دشوار است.

ج. رطوبت پذیری کم؛

د. برای حفظ شرایط رطوبت در اتاق تمیز، عایق حرارتی باید بالا باشد.

۷. طبقه‌بندی بر اساس کاربرد

اتاق تمیز صنعتی

کنترل ذرات بی‌جان هدف اصلی است. این دستگاه عمدتاً آلودگی ذرات گرد و غبار هوا را به جسم در حال کار کنترل می‌کند و فضای داخلی را به طور کلی در حالت فشار مثبت نگه می‌دارد. این دستگاه برای صنایع ماشین‌آلات دقیق، صنایع الکترونیک (نیمه‌هادی‌ها، مدارهای مجتمع و غیره)، صنایع هوافضا، صنایع شیمیایی با خلوص بالا، صنایع انرژی اتمی، صنایع محصولات نوری و مغناطیسی (تولید سی‌دی، فیلم، نوار)، ال‌سی‌دی (شیشه کریستال مایع)، هارد دیسک کامپیوتر، تولید هد کامپیوتر و سایر صنایع مناسب است.

اتاق تمیز بیولوژیکی

عمدتاً آلودگی ذرات زنده (باکتری‌ها) و ذرات بی‌جان (گرد و غبار) را به جسم مورد نظر کنترل می‌کند. می‌توان آن را به موارد زیر تقسیم کرد:

الف) اتاق تمیز بیولوژیکی عمومی: عمدتاً آلودگی اشیاء میکروبی (باکتریایی) را کنترل می‌کند. در عین حال، مواد داخلی آن باید بتوانند در برابر فرسایش عوامل استریل کننده مختلف مقاومت کنند و فضای داخلی به طور کلی فشار مثبت را تضمین می‌کند. اساساً، مواد داخلی باید بتوانند در برابر انواع روش‌های استریلیزاسیون اتاق تمیز صنعتی مقاومت کنند. مثال‌ها: صنایع داروسازی، بیمارستان‌ها (اتاق عمل، بخش‌های استریل)، مواد غذایی، آرایشی و بهداشتی، تولید محصولات نوشیدنی، آزمایشگاه‌های حیوانات، آزمایشگاه‌های آزمایش فیزیکی و شیمیایی، ایستگاه‌های خون و غیره.

ب. اتاق تمیز ایمنی بیولوژیکی: عمدتاً آلودگی ذرات زنده شیء کاری را به دنیای بیرون و افراد کنترل می‌کند. فشار داخلی باید با جو منفی نگه داشته شود. مثال‌ها: باکتری‌شناسی، زیست‌شناسی، آزمایشگاه‌های تمیز، مهندسی فیزیک (ژن‌های نوترکیب، تهیه واکسن)