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净化技术设备发展和应用趋势

作者:山东欧尼克 来源: 日期:2020/7/20 10:33:57

 洁净技术又称为生产环境和污染控制技术,是近二、三十年来随着高新技术发展起来的一门综合性的新兴科学技术。洁净技术专门研究并提供洁净的生产工艺环境和生产过程中使用的各种高纯介质,有效地控制微量杂质,以保证高科技产品的成品率和可*性。洁净技术通常包括:空气净化技术、空调技术、水纯化技术、气体纯化技术、微量杂质控制技术、洁净环境的监测技术及相关的环境质量的控制技术。净化工程技术在电子、核子、航空航天、生物工程、制药、精密机械、化工、食品、汽车制造等高科技工业领域及现代科学领域中得到广泛应用。

  对于半导体设备来讲,净化工程技术在微电子技术中起着十分重要的作用。微电子技术的核心是集成电路,而集成电路的生产对其工艺环境和工艺流程中的净化技术和设备提出了严格的要求。我国“九五”期间大力发展以微电子为重点的信息产业。净化工程技术水平在某种意义上已成为衡量一个国家和地区科学技术水平和工业水平的一个重要标志。
  随着我国人民生活水平提高,人们对生存环境及生活质量提出了越来越高要求,用水纯化设备制备的高纯水已受到人们普遍欢迎,净化工程技术已开始进入千家万户,进入人们的现代生活。
   我国的洁净技术和设备与国外先进国家相比差距是明显的,我国1965年才开始生产的HEPA过滤器,比国外晚了十五年。1975年开始生产的光散射尘埃粒子计数器比国外晚了二十年。0.1微米洁净技术和设备在国际上先进国家已成为成熟技术,我国则刚刚起步。
   世界各工业先进国家为适应超净技术的发展,对大量使用的高效过滤器的研究从未中断,几年来一直在开发不同结构不同性能的新产品,美国自1979年开始研制0.1微米ULPA过滤器,1984年美国AAF公司开始生产0.1微米无隔板ULPA过滤器,目前0.1微米ULPA过滤器在美国AAF公司、FLANDERS公司和CAMBRIDGE公司已形成商品化生产。日本也已成为世界上生产0.1微米ULPA过滤器厂家最多的国家,品种繁多,产品系列化,尤其是低压损型0.1微米ULPA过滤器的开发成功解决了初阻力大的技术难题。国际市场对高效空气过滤器的需求量很大,且每年均有增长,目前日本每年销售超过100万台,按每台平均价格200美元计算,销售额达2亿美元。我国高效空气过滤器市场需求量已接近每年10万台,占国际市场的2%~4%,但至今还没有0.1微米ULPA过滤器生产,用于超大规模集成电路生产洁净厂房及各种高科技领域洁净厂房的0.1微米ULPA过滤器目前还要依赖进口。
  在洁净室建设规模和技术水平上,我国与先进国家差距更大。日本清水建设公司一家,1982年到1987年期间承建的洁净室面积达71.8万平方米,而我国目前一年承建的洁净室总面积还不到10万平方米,但八五期间有较大发展,1993年承建洁净室总面积已接近15万平方米。美国的洁净室建设规模更大,1998年统计已达188.5万平方米。在洁净工程技术水平上,80年代末期,国外已大量建成0.1微米级的超净室,1987年日本三洋新泻工场建成十级洁净厂房3000平方米,NIT原木则建成了四个1000平方米控制0.1微米尘埃的千级厂房,换气次数高达300次/分。美国在台湾的TSMCS新厂已建成第四代管道式洁净室总面积达10000平方米。我国使用的0,1微米十级洁净室主要依赖从国外进口。由于高洁净级别的洁净室造价十分昂贵,0.1微米十级洁净室每平方米造价高达1万美元以上。在大规模集成电路制造装备的投资中洁净厂房占有相当高的比例,这与集成电路工艺不断更新,产品更新换代周期越来越快的发展趋势不相适应,严重制约了大规模集成电路技术的发展。美国ASYST公司、德国MW公司发展的使用隔离技术的亚微米生产微环境系统设备和技术在近几年中得到广泛采用。该项最新的洁净技术在100级洁净度的洁净厂房中,采用工艺设备局部使用隔离技术的微环境,把投资比例压缩到高级别的微环境,消除了操作者与工艺设备运行的二次污染源产生对集成电路成品率和可*性的影响作用。
  洁净技术和装备的国际市场十分巨大,日本到80年代末、90年代初洁净技术和设备的销售额已突破35亿美元。美国和西欧等先进国家洁净设备和基础部件的销售额已达73亿美元。据中国电子专用设备工业协会统计,我国主要八家最大的净化设备厂的销售额1990年为8217万元,还不足1亿,1993年达到14495万元,占国际市场销售额的0.34%。但随着我国高新技术的迅速发展和微电子工业、光纤工业、液晶显示工业及光电器件工业、生物工程、医药工业的发展,我国潜在的巨大的洁净技术产品市场,以每年40%~50%的增长速度在增加。

TS型装置式洁净室是一种利用空气单向气流(水平平行流)进行层流过滤,并经多级净化,再由送风单元将净化后空气送至工作区,如此反复循环工作的高洁净度洁净室。TS洁净室还配备TSFL型风淋室一台,风淋室安装在洁净室的入口处,操作人员进入洁净室工作必须先经过风淋室风淋。风淋时将污染的空气通过中、高效空气过滤器过滤,过滤后的洁净空气经喷口以高速旋转切线方向吹向人体各部位,将附着在工作服上的灰尘吹掉。 
     该洁净室净化面积为13m3;洁净度级别为100级(≥0.5μ尘粒总数≤3.5粒/L;总风量≈6000m3/h,新风量占5%;工作区平均断面风速≥0.35m/s;换气次数约180次/h;室内正压≥0.5毫米水柱;噪声<70分贝(A楼);电源功率为FL-1型风淋室10.1kW,380V,DY-1型净化送风单元1kW,380V,还有220V照明及380V电源插座等。洁净室和风淋室的电路均由电气箱控制,电气箱上并装有75A电流表和450V电压表各一块。由于该设备具有洁净度高、密封好、刚性好、轻巧美观、不易积尘,而且能够在较短时间内建成一洁净级别较高的工作环境等特点,因此广泛用于电子、精密仪器、仪表、医药及要求空气洁净度高的各种生产场所、;也常用于质检、卫生防疫、医院等部门要求空气洁净度高的无菌室、手术室。 
   由于该设备的电源功率较大,因此,在使用中应定期将电流、电压表送计量部门检定,并注意该设备工作时切勿超负荷工作,应经常观察该设备工作状态时电气控制箱上电流、电压表所指示的电流、电压与实际使用中的电流、电压是否吻合,若使用的电流较大而电流表所指示的电流却很小,此时应立即停止使用,将电流表送计量部门检定、维修。还要注意洁净室和风淋室的清洁,在实验前、后用5%来苏尔稀释液擦抹过滤送风、回风净化单元、设备内壁、工作台面以及风淋室的过滤器、四壁及喷口,净化单元过滤器应常拆下来清洗,以保证净化送风单元正常工作。另外,还要经常对洁净室内空气洁净度进行测试,该测试需要一些仪器,如洁净度等级(洁净室内空气中的含尘浓度)需用尘埃粒子计数器测定;断面平均风速需用热 
    球式风速仪来测定;室内正压需用倾斜式微压计测定;噪声需用精密声级计测定等等。按上测试方法对该洁净室进行测度,测试结果准确,但由于该测试方法所需仪器较多,而且该设备的使用单位一般不可能完全具备这一测试条件,因此不可能按上述方法对该洁净室进行测试。那么,使用人员如何做到对该洁净室空气洁净度心中有数?如何  出人为对洁净室的污染?又如何使检验结果具备真实、准确性呢?下面介绍一种通过对洁净室内空气中沉降菌的测试,以测试结果来判定该洁净室洁净度的简便方法。该方法——沉降法是通过自然沉降原理收集在空气中的微生物粒子于经高压来菌的玻璃平皿中,加入45℃温度的营养琼脂培养基,混心冷却后,经若干时间在适宜条件下让其繁殖到可见的菌落进行计数,以平皿中的菌落来判定洁净环境中的活微生物数,并以此来评定该洁净室的含尘浓度。 
   一、所需仪器设备: 
   高压来菌  消毒器(使用时严格按消毒器说明书操作)、恒温培养箱(培养箱的温度计必须定期送计量部门检定)、培养皿(一般用Φ90mm×15mm的硼硅玻璃培养皿)、培养基——营养琼脂。 
1.培养基配方 
    蛋折胨10g、牛肉膏3g、氯化钠5g、琼脂18g、蒸馏水1000ml。 
2.制法 
    将除琼脂以外的成分深于蒸馏水内,加入15%氢氧化钠深液约2ml,校正pH至7.2~7.4,加入琼脂后加热煮沸,使琼脂溶化,分装于三角烧瓶,121℃高压灭菌15min,冷却后放置于冰箱内2~5℃保存备用。 
   二、测试步骤 
1.采样方法 
    将经121℃30min高压灭蓖的培养皿在洁净室工作台面上前、后、中段位置放置,放置方式如图1所示,(采样点的面置应均匀,避免采样点在某局部区域过于集中或过于稀疏)。每个测试点放置2个培养皿,培养皿应编号,并注明所测试区域。培养皿如图1方式放置好后,打开培养皿盖,使培养皿暴露0.5h后,盖上培养皿盖。注意采样时所有测试用具均须作灭菌处理,应防止人为对样本的污染,以确保测试的可靠性和准确性。


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