潔凈室內的生產面臨著哪些挑戰?
在電子制造業中,潔凈室是至關重要的
因為微小的塵埃和微粒
可能對電子元件和芯片產生嚴重影響
所以需要在潔凈室中進行生產和組裝
在醫療保健領域,潔凈室被廣泛應用于
手術室、無菌制劑和藥品的生產環境
以減少手術感染的風險
并確保醫療產品的質量和安全性
隨著科學技術日新月異的發展,各類工業產品加工生產過程趨向精密化、微型化,特別是微電子技術、生物技術、藥品生產技術、精密機械加工技術、精密化工生產技術、食品加工技術等先進制造業的高速發展,使得潔凈生產環境得到日益廣泛的應用。
潔凈室,又稱潔凈廠房、無塵室,是為了滿足產品生產工藝的需要,對空氣中的微粒、有害氣體、微生物、溫度、相對濕度、空間氣流分布、各向氣流速度以及振動、靜電、電磁干擾、噪聲等進行控制的密閉空間。潔凈室的發展與現代工業、尖端技術密切聯系在一起,尤其在精密機械工業(如陀螺儀、微型軸承等加工)、半導體工業(如大規模集成電路生產)等領域有廣泛應用。
潔凈室的主要功能包括通風換氣、調節溫度、濕度等環境條件、吸塵排風、維護使用者身體健康以及防止污染環境。按氣流流型,潔凈室可分為單向流潔凈室、非單向流潔凈室、混合流潔凈室、矢流潔凈室等。按主要控制對象劃分,潔凈室又可劃分為工業潔凈室和生物潔凈室。
工業潔凈室主要控制室內空氣中的懸浮顆粒(包括無機微粒和有機微粒),主要應用在電子、航天、航空、機械、化工、化學制藥、能源、納米等工業中,通過控制空氣中的微粒數量、濕度、溫度、氣流分布和空氣壓力等參數,為其提供高度潔凈環境的封閉空間,以確保產品質量和生產過程不受污染和干擾。
生物潔凈室主要控制對象是有生命的、活的微生物粒子,如病菌、病毒等對人類、動物、環境有害的粒子,廣泛地應用在醫療(潔凈手術室、潔凈病房)、生物制藥、實驗動物飼養、生物安全實驗室、衛生防疫檢疫的事業中。因為涉及對微生物、病毒、生物毒素或其他生物危害因子的處理,因此需要嚴格的空氣凈化和環境控制,以確保實驗室人員的安全、防止實驗室內的污染擴散到外部環境,并保護實驗樣本的完整性和研究結果的準確性。
先進制造業由于產品生產對環境有著特殊的要求,因而在生產運營方面面臨一系列挑戰。
生產環境苛刻
先進制造業包括集成電路、生物、制藥、精密機械加工、精密化工、食品加工等行業,集成電路代表高水平的工業潔凈室生產,制藥代表高水平的生物潔凈室生產。下面以這兩個行業的潔凈生產要求說明生產環境的苛刻性。
微電子制造工藝及其對環境的要求
無菌加工工藝及其對環境的要求
能源消耗巨大
潔凈室是能源消耗大戶,這是因為要保持潔凈的生產環境所必需的空氣潔凈等級、壓差、溫度、相對濕度要求;防止污染和交叉污染,潔凈室內應根據產品生產過程的要求排除生產過程中產生的粉塵、熱量、有機溶劑等所需要的全室或局部排風裝置,與此同時需向潔凈室送入相應的或必要的室外新鮮空氣。
為進行正常的產品生產,潔凈室內的生產工藝設備需按產品的特點供應電力、純氣、純水、高純化學品等,這些也需消耗大量的能源,伴隨著電力等能源的消耗,在潔凈室內產生的各種形式的發熱量還需進行冷卻。潔凈工廠,特別是集成電路工廠不僅造價很高,而且運行費用很高。大規模集成電路工廠單位面積冷負荷是一般辦公大樓的5~10倍,輸送動力是50~100倍,加上24小時運行,所以能耗龐大。
系統控制復雜
潔凈室內不同生產工序環境要求不一樣,并且不同生產工序環境不能相互影響,要有隔離措施。潔凈室要嚴格控制的參數有潔凈度、溫濕度、氣流分布度、室內壓力、噪聲、震動、電磁波、照度、有害氣體濃度等。因此,“自動控制系統的選擇好壞,最終將對整個系統有很大的影響。在設計潔凈室的基本系統時,應該把自動控制系統和空調系統作為整體來規劃,而不應該考慮在以后追加自動控制系統。”(引自《大規模集成電路工廠潔凈環境的設計及其實施》)。
系統穩定性要求高
潔凈室內的生產,潔凈度決定著產品的成品率、可靠性和質量。下圖闡述了芯片的成品率與空氣中粒子數的關系。
潔凈室生產,各種系統必須始終能夠穩定運行。性能的偏差和故障將對產品的合格率產生很大的影響!
生產流程控制嚴格
醫藥、研發機構、食品生產以及其它需要嚴格控制生產環境的行業,都需要對生產流程進行認證,以確保產品的質量。在一些行業,這種認證是強制性的,如制藥工業的GMP認證,一個制藥企業只有拿到了GMP認證,才能投入生產。流程認證是保證產品質量,減少風險的必需環節。
安防/消防要求嚴格
工廠的安全包含很多方面,主要的有兩方面:安防和消防。安防主要指對不同區域的監視和進出控制,有效地管理工廠;而消防主要指火災報警,保障員工生命和企業財產安全。
集成電路、制藥都是高新技術行業,其廠區的某些區域,如研發中心、實驗室需要嚴格控制人員的進出,以防機密資料外泄。這僅僅是安防措施的一個例子,實際上工廠需要對電梯通道、消防通道以及重要出入口進行監控,可以在指定時段按授權進入允許的樓層或地段。實時監控,隨時設置統關、統開,或指定若干通道開關,可隨時查詢、統計、分析出入信息檔案,營造安全的環境。
集成電路、制藥多在密閉的潔凈室內生產,并且不同工序之間的門也是關閉的。因此對消防報警及相應的消防措施有著特殊性。
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