تحليل تكنولوجيا هندسة الغرف النظيفة

1. إزالة جزيئات الغبار في غرفة نظيفة خالية من الغبار

الوظيفة الرئيسية للغرفة النظيفة هي التحكم في نظافة ودرجة حرارة ورطوبة الغلاف الجوي الذي تتعرض له المنتجات (مثل رقائق السيليكون وما إلى ذلك)، بحيث يمكن إنتاج المنتجات وتصنيعها في بيئة جيدة. نطلق على هذه المساحة اسم الغرفة النظيفة. وفقًا للممارسات الدولية، يتم تحديد مستوى النظافة بشكل أساسي من خلال عدد الجسيمات لكل متر مكعب من الهواء بقطر أكبر من معيار التصنيف. بمعنى آخر، فإن ما يسمى بالخلو من الغبار ليس خاليًا من الغبار بنسبة 100٪، ولكن يتم التحكم فيه في وحدة صغيرة جدًا. بالطبع، فإن الجسيمات التي تلبي معيار الغبار في هذا المعيار صغيرة جدًا بالفعل مقارنة بالغبار الشائع الذي نراه، ولكن بالنسبة للهياكل البصرية، حتى القليل من الغبار سيكون له تأثير سلبي كبير جدًا، لذا فإن الخلو من الغبار هو متطلب لا مفر منه في إنتاج منتجات الهياكل البصرية.

إن التحكم في عدد جزيئات الغبار التي يزيد حجمها عن 0.5 ميكرون/متر مكعب إلى أقل من 3520 ميكرون/متر مكعب سيصل إلى الفئة أ من المعيار الدولي للغبار الخالي من الغبار. يتطلب معيار الغبار الخالي من الغبار المستخدم في إنتاج ومعالجة الرقائق متطلبات غبار أعلى من الفئة أ، ويُستخدم هذا المعيار العالي بشكل رئيسي في إنتاج بعض الرقائق عالية المستوى. يتم التحكم بدقة في عدد جزيئات الغبار عند 35200 ميكرون/متر مكعب، وهو ما يُعرف عادةً بالفئة ب في صناعة الغرف النظيفة.

2. ثلاثة أنواع من حالات الغرفة النظيفة

غرفة نظيفة فارغة: منشأة غرفة نظيفة جاهزة للاستخدام، مزوّدة بجميع الخدمات والوظائف اللازمة. مع ذلك، لا توجد أي معدات يشغلها العاملون في المنشأة.

غرفة نظيفة ثابتة: منشأة غرفة نظيفة ذات وظائف كاملة وإعدادات وتركيب مناسبين، ويمكن استخدامها وفقًا للإعدادات أو قيد الاستخدام، ولكن لا يوجد مشغلون في المنشأة.

غرفة نظيفة ديناميكية: غرفة نظيفة في الاستخدام العادي، مع وظائف الخدمة الكاملة والمعدات والموظفين؛ إذا لزم الأمر، يمكن تنفيذ العمل العادي.

3. عناصر التحكم

(1).يمكن إزالة جزيئات الغبار العائمة في الهواء.

(2). يمكن منع تكوين جزيئات الغبار.

(3). التحكم في درجة الحرارة والرطوبة.

(4). تنظيم الضغط.

(5). التخلص من الغازات الضارة.

(6). إحكام غلق الهياكل والحجرات.

(7). الوقاية من الكهرباء الساكنة.

(8). منع التداخل الكهرومغناطيسي.

(9). مراعاة عوامل السلامة.

(10). مراعاة توفير الطاقة.

4. التصنيف

نوع التدفق المضطرب

يدخل الهواء إلى الغرفة النظيفة من صندوق التكييف عبر مجرى الهواء وفلتر الهواء (HEPA)، ثم يعود من ألواح الجدران الفاصلة أو الأرضيات المرتفعة على جانبي الغرفة النظيفة. لا يتحرك تدفق الهواء بشكل خطي، بل يتخذ شكل تيار مضطرب أو دوامي غير منتظم. هذا النوع مناسب للغرف النظيفة من الفئة 1000 إلى 100000.

التعريف: غرفة نظيفة يتدفق فيها الهواء بسرعة غير متساوية ولا يكون متوازيًا، مصحوبًا بتدفق عكسي أو تيار دوامي.

المبدأ: تعتمد غرف التنظيف المضطربة على تدفق هواء الإمداد لتخفيف الهواء الداخلي بشكل مستمر وتخفيف الهواء الملوث تدريجيًا لتحقيق النظافة (يتم تصميم غرف التنظيف المضطربة عمومًا بمستويات نظافة أعلى من 1000 إلى 300000).

الميزات: تعتمد غرف التنظيف المضطربة على تهوية متعددة لتحقيق مستويات نظافة ونقاء عالية. يُحدد عدد تغييرات التهوية مستوى التنقية في التعريف (كلما زادت تغييرات التهوية، ارتفع مستوى النظافة).

(1) وقت التنقية الذاتية: يشير إلى الوقت الذي تبدأ فيه الغرفة النظيفة بتزويد الهواء إلى الغرفة النظيفة وفقًا لرقم التهوية المصمم ويصل تركيز الغبار في الغرفة إلى مستوى النظافة المصمم. من المتوقع ألا يتجاوز الفصل 1000 20 دقيقة (يمكن استخدام 15 دقيقة للحساب) ومن المتوقع ألا يتجاوز الفصل 10000 30 دقيقة (يمكن استخدام 25 دقيقة للحساب) ومن المتوقع ألا يتجاوز الفصل 100000 40 دقيقة (يمكن استخدام 30 دقيقة للحساب)

(2) تردد التهوية (المصمم وفقًا لمتطلبات وقت التنظيف الذاتي المذكورة أعلاه) الفئة 1000: 43.5-55.3 مرة/ساعة (المعيار: 50 مرة/ساعة) الفئة 10000: 23.8-28.6 مرة/ساعة (المعيار: 25 مرة/ساعة) الفئة 100000: 14.4-19.2 مرة/ساعة (المعيار: 15 مرة/ساعة)

المزايا: هيكل بسيط، تكلفة بناء نظام منخفضة، سهولة توسيع غرفة نظيفة، في بعض الأماكن ذات الأغراض الخاصة، يمكن استخدام مقعد التنظيف الخالي من الغبار لتحسين درجة غرفة نظيفة.

العيوب: تطفو جزيئات الغبار الناتجة عن الاضطرابات في الأماكن المغلقة، ويصعب تفريغها، مما قد يُلوِّث منتجات العملية بسهولة. إضافةً إلى ذلك، غالبًا ما يستغرق تحقيق النظافة المطلوبة وقتًا طويلاً عند إيقاف النظام ثم تشغيله.

التدفق الصفحي

يتحرك الهواء ذو ​​التدفق الصفائحي في خط مستقيم منتظم. يدخل الهواء إلى الغرفة عبر مرشح ذي تغطية ١٠٠٪، ويعود عبر الأرضية المرتفعة أو ألواح التقسيم على كلا الجانبين. هذا النوع مناسب للاستخدام في بيئات الغرف النظيفة ذات درجات الغرف النظيفة الأعلى، عادةً من الفئة ١ إلى ١٠٠. يوجد نوعان:

(١) التدفق الصفحي الأفقي: يُنفث الهواء الأفقي من المرشح في اتجاه واحد، ثم يُعاد عبر نظام إعادة الهواء على الجدار المقابل. يُطرد الغبار إلى الخارج مع اتجاه الهواء. عادةً، يكون التلوث أكثر خطورة على الجانب السفلي.

المزايا: هيكل بسيط، يمكن أن يصبح مستقراً في وقت قصير بعد التشغيل.

العيوب: تكلفة البناء أعلى من التدفق المضطرب، والمساحة الداخلية ليست سهلة التوسع.

(2) تدفق صفائحي عمودي: سقف الغرفة مغطى بالكامل بفلاتر ULPA، ويُنفخ الهواء من الأعلى إلى الأسفل، مما يضمن نظافةً أعلى. يُمكن تصريف الغبار الناتج عن العملية أو عن طريق الموظفين بسرعة إلى الخارج دون التأثير على مناطق العمل الأخرى.

المزايا: سهولة الإدارة، ويمكن تحقيق حالة مستقرة في غضون فترة قصيرة من بدء التشغيل، ولا تتأثر بسهولة بحالة التشغيل أو المشغلين.

العيوب: تكلفة البناء العالية، صعوبة استخدام المساحة بشكل مرن، تشغل المعلقات السقفية مساحة كبيرة، وصعوبة إصلاح واستبدال الفلاتر.

نوع مركب

النوع المركب هو الجمع بين أو استخدام نوع التدفق المضطرب ونوع التدفق الرقائقي معًا، مما يمكن أن يوفر هواءً نظيفًا للغاية محليًا.

(1) النفق النظيف: استخدم مرشحات HEPA أو ULPA لتغطية 100% من منطقة العملية أو منطقة العمل لزيادة مستوى النظافة إلى ما يزيد عن الفئة 10، مما يمكن أن يوفر تكاليف التركيب والتشغيل.

يتطلب هذا النوع أن تكون منطقة عمل المشغل معزولة عن صيانة المنتج والماكينة لتجنب التأثير على العمل والجودة أثناء صيانة الماكينة.

تتمتع الأنفاق النظيفة بميزتين أخريين: أ. سهولة التوسع بمرونة؛ ب. يمكن إجراء صيانة المعدات بسهولة في منطقة الصيانة.

(2) أنبوب التنظيف: يُحيط ويُنقّي خط الإنتاج الآلي الذي يمرّ عبره تدفق المنتجات، ويرفع مستوى النظافة إلى ما يزيد عن 100. بفضل عزل المنتج والعامل وبيئة توليد الغبار، يُمكن تحقيق نظافة جيدة بكمية قليلة من الهواء، مما يُوفّر الطاقة، وهو الأنسب لخطوط الإنتاج الآلية التي لا تتطلب عملاً يدوياً. كما أنه مُناسب لصناعات الأدوية والأغذية وأشباه الموصلات.

(3) البقعة النظيفة: يتم زيادة مستوى نظافة منطقة عملية المنتج في غرفة التنظيف المضطربة بمستوى غرفة نظيفة يتراوح بين 10000 و100000 إلى 10000 أو أعلى لأغراض الإنتاج؛ وتنتمي طاولات العمل النظيفة، والحظائر النظيفة، والغرف النظيفة الجاهزة، والخزائن النظيفة إلى هذه الفئة.

مقعد نظيف: الفئة 1~100.

كابينة التنظيف: مساحة صغيرة محاطة بقطعة قماش بلاستيكية شفافة مضادة للكهرباء الساكنة، داخل غرفة تنظيف مضطربة، مزودة بمرشحات هواء عالية الكفاءة (HEPA) أو ULPA مستقلة، ووحدات تكييف هواء، لتصبح مساحة تنظيف عالية المستوى، بمستوى يتراوح بين 10 و1000 قدم، وارتفاع حوالي 2.5 متر، ومساحة تغطية لا تتجاوز 10 أمتار مربعة. تحتوي على أربعة أعمدة، ومجهزة بعجلات متحركة لسهولة الاستخدام.

5. تدفق الهواء

أهمية تدفق الهواء

غالبًا ما تتأثر نظافة الغرفة النظيفة بتدفق الهواء. بمعنى آخر، يتحكم تدفق الهواء في حركة وانتشار الغبار الناتج عن الأشخاص، وحجرات الآلات، وهياكل المباني، وما إلى ذلك.

تستخدم الغرفة النظيفة مرشحات HEPA وULPA لتصفية الهواء، وتتراوح نسبة جمع الغبار فيها بين 99.97% و99.99995%، ما يجعل الهواء الذي يُرشحه هذا المرشح نقيًا للغاية. ومع ذلك، بالإضافة إلى الأشخاص، توجد أيضًا مصادر غبار داخل الغرفة النظيفة، مثل الآلات. بمجرد انتشار الغبار المتولد، يستحيل الحفاظ على نظافة المكان، لذا يجب استخدام تدفق الهواء لتصريفه بسرعة إلى الخارج.

العوامل المؤثرة

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على تدفق الهواء في الغرفة النظيفة، مثل معدات العملية، والموظفين، ومواد تجميع الغرفة النظيفة، وتركيبات الإضاءة، وما إلى ذلك. وفي الوقت نفسه، يجب أيضًا مراعاة نقطة تحويل تدفق الهواء فوق معدات الإنتاج.

يجب ضبط نقطة تحويل تدفق الهواء على سطح طاولة التشغيل العامة أو معدات الإنتاج على ثلثي المسافة بين مساحة الغرفة النظيفة ولوحة الفصل. بهذه الطريقة، أثناء عمل المشغل، يمكن لتدفق الهواء أن يتدفق من داخل منطقة العملية إلى منطقة التشغيل ويزيل الغبار؛ أما إذا تم ضبط نقطة التحويل أمام منطقة العملية، فسيصبح تحويل تدفق الهواء غير صحيح. في هذه الحالة، سيتدفق معظم تدفق الهواء إلى الجزء الخلفي من منطقة العملية، وسينتقل الغبار الناتج عن عمل المشغل إلى الجزء الخلفي من المعدات، وستتلوث طاولة العمل، وسيقل الإنتاج حتمًا.

ستُشكّل عوائق مثل طاولات العمل في الغرف النظيفة تيارات دوامية عند نقاط التقاءها، وستكون النظافة بالقرب منها سيئة نسبيًا. سيُقلل حفر فتحة هواء عائد على طاولة العمل من ظاهرة التيارات الدوامية؛ كما يُعدّ اختيار مواد التجميع المناسبة وتصميم المعدات المثالي عاملين مهمين في تحديد ما إذا كان تدفق الهواء سيُشكّل ظاهرة تيارات دوامية.

6. تكوين الغرفة النظيفة

يتكون تركيب الغرفة النظيفة من الأنظمة التالية (لا يوجد أي منها ضروري في جزيئات النظام)، وإلا فلن يكون من الممكن تكوين غرفة نظيفة كاملة وعالية الجودة:

(1) نظام السقف: بما في ذلك قضيب السقف، أو العارضة I أو U، أو شبكة السقف أو إطار السقف.

(2) نظام تكييف الهواء: بما في ذلك كابينة الهواء، ونظام الترشيح، وطاحونة الهواء، وما إلى ذلك.

(3) الجدار الفاصل: بما في ذلك النوافذ والأبواب.

(4) الأرضية: بما في ذلك الأرضية المرتفعة أو الأرضية المضادة للكهرباء الساكنة.

(5) تركيبات الإضاءة: مصباح مسطح لتنقية LED.

يتكون الهيكل الرئيسي للغرفة النظيفة عمومًا من قضبان فولاذية أو أسمنت عظمي، ولكن بغض النظر عن نوع الهيكل، يجب أن يستوفي الشروط التالية:

أ. لن تحدث أي شقوق نتيجة لتغيرات درجات الحرارة والاهتزازات؛

ب. ليس من السهل إنتاج جزيئات الغبار، ومن الصعب أن تلتصق الجزيئات؛

ج. انخفاض قابلية الرطوبة؛

د. للحفاظ على ظروف الرطوبة في الغرفة النظيفة، يجب أن يكون العزل الحراري عالياً؛

7. التصنيف حسب الاستخدام

غرفة نظيفة صناعية

التحكم في الجسيمات غير الحية هو الهدف. فهو يتحكم بشكل رئيسي في تلوث جزيئات الغبار الجوي بجسم العمل، ويحافظ الجزء الداخلي عمومًا على حالة ضغط موجبة. وهو مناسب لصناعة الآلات الدقيقة، وصناعة الإلكترونيات (أشباه الموصلات، والدوائر المتكاملة، إلخ)، وصناعة الطيران، وصناعة الكيماويات عالية النقاء، وصناعة الطاقة الذرية، وصناعة المنتجات البصرية والمغناطيسية (إنتاج الأقراص المدمجة والأفلام والأشرطة)، وشاشات الكريستال السائل (LCD)، والأقراص الصلبة للحاسوب، وإنتاج رؤوس الحاسوب، وغيرها من الصناعات.

غرفة نظيفة بيولوجية

يعمل بشكل رئيسي على التحكم في تلوث الأجسام الحية (البكتيريا) والجمادات (الغبار) بالمواد المستخدمة. ويمكن تقسيمه إلى:

أ. غرفة نظيفة بيولوجية عامة: تُسيطر بشكل رئيسي على تلوث الأجسام الميكروبية (البكتيرية). في الوقت نفسه، يجب أن تكون موادها الداخلية قادرة على تحمل تآكل عوامل التعقيم المختلفة، وأن يضمن الجزء الداخلي عمومًا ضغطًا إيجابيًا. وبشكل أساسي، يجب أن تكون المواد الداخلية قادرة على تحمل مختلف معالجات التعقيم في الغرف النظيفة الصناعية. أمثلة: صناعة الأدوية، المستشفيات (غرف العمليات، أجنحة التعقيم)، الأغذية، مستحضرات التجميل، إنتاج المشروبات، مختبرات الحيوانات، مختبرات الاختبارات الفيزيائية والكيميائية، مراكز سحب الدم، إلخ.

ب. غرفة نظيفة للسلامة البيولوجية: تُسيطر بشكل رئيسي على تلوث الجسيمات الحية في جسم العمل بالعالم الخارجي والبشر. يجب الحفاظ على الضغط الداخلي سلبيًا مع الغلاف الجوي. أمثلة: علم البكتيريا، علم الأحياء، المختبرات النظيفة، الهندسة الفيزيائية (الجينات المُؤتلفة، تحضير اللقاحات).