潔凈室內(nèi)的生產(chǎn)面臨著哪些挑戰(zhàn)?
在電子制造業(yè)中,潔凈室是至關(guān)重要的
因為微小的塵埃和微粒
可能對電子元件和芯片產(chǎn)生嚴(yán)重影響
所以需要在潔凈室中進(jìn)行生產(chǎn)和組裝
在醫(yī)療保健領(lǐng)域,潔凈室被廣泛應(yīng)用于
手術(shù)室、無菌制劑和藥品的生產(chǎn)環(huán)境
以減少手術(shù)感染的風(fēng)險
并確保醫(yī)療產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性
隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展,各類工業(yè)產(chǎn)品加工生產(chǎn)過程趨向精密化、微型化,特別是微電子技術(shù)、生物技術(shù)、藥品生產(chǎn)技術(shù)、精密機(jī)械加工技術(shù)、精密化工生產(chǎn)技術(shù)、食品加工技術(shù)等先進(jìn)制造業(yè)的高速發(fā)展,使得潔凈生產(chǎn)環(huán)境得到日益廣泛的應(yīng)用。
潔凈室,又稱潔凈廠房、無塵室,是為了滿足產(chǎn)品生產(chǎn)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(jìn)行控制的密閉空間。潔凈室的發(fā)展與現(xiàn)代工業(yè)、尖端技術(shù)密切聯(lián)系在一起,尤其在精密機(jī)械工業(yè)(如陀螺儀、微型軸承等加工)、半導(dǎo)體工業(yè)(如大規(guī)模集成電路生產(chǎn))等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。
潔凈室的主要功能包括通風(fēng)換氣、調(diào)節(jié)溫度、濕度等環(huán)境條件、吸塵排風(fēng)、維護(hù)使用者身體健康以及防止污染環(huán)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(yè)潔凈室和生物潔凈室。
工業(yè)潔凈室主要控制室內(nèi)空氣中的懸浮顆粒(包括無機(jī)微粒和有機(jī)微粒),主要應(yīng)用在電子、航天、航空、機(jī)械、化工、化學(xué)制藥、能源、納米等工業(yè)中,通過控制空氣中的微粒數(shù)量、濕度、溫度、氣流分布和空氣壓力等參數(shù),為其提供高度潔凈環(huán)境的封閉空間,以確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)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(huán)境有害的粒子,廣泛地應(yīng)用在醫(yī)療(潔凈手術(shù)室、潔凈病房)、生物制藥、實驗動物飼養(yǎng)、生物安全實驗室、衛(wèi)生防疫檢疫的事業(yè)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(yán)格的空氣凈化和環(huán)境控制,以確保實驗室人員的安全、防止實驗室內(nèi)的污染擴(kuò)散到外部環(huán)境,并保護(hù)實驗樣本的完整性和研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。
先進(jìn)制造業(yè)由于產(chǎn)品生產(chǎn)對環(huán)境有著特殊的要求,因而在生產(chǎn)運(yùn)營方面面臨一系列挑戰(zhàn)。
生產(chǎn)環(huán)境苛刻
先進(jìn)制造業(yè)包括集成電路、生物、制藥、精密機(jī)械加工、精密化工、食品加工等行業(yè),集成電路代表高水平的工業(yè)潔凈室生產(chǎn),制藥代表高水平的生物潔凈室生產(chǎn)。下面以這兩個行業(yè)的潔凈生產(chǎn)要求說明生產(chǎn)環(huán)境的苛刻性。
微電子制造工藝及其對環(huán)境的要求
無菌加工工藝及其對環(huán)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(chǎn)環(huán)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(nèi)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的要求排除生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵、熱量、有機(jī)溶劑等所需要的全室或局部排風(fēng)裝置,與此同時需向潔凈室送入相應(yīng)的或必要的室外新鮮空氣。
為進(jìn)行正常的產(chǎn)品生產(chǎn),潔凈室內(nèi)的生產(chǎn)工藝設(shè)備需按產(chǎn)品的特點供應(yīng)電力、純氣、純水、高純化學(xué)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(nèi)產(chǎn)生的各種形式的發(fā)熱量還需進(jìn)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(yùn)行費用很高。大規(guī)模集成電路工廠單位面積冷負(fù)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(yùn)行,所以能耗龐大。
系統(tǒng)控制復(fù)雜
潔凈室內(nèi)不同生產(chǎn)工序環(huán)境要求不一樣,并且不同生產(chǎn)工序環(huán)境不能相互影響,要有隔離措施。潔凈室要嚴(yán)格控制的參數(shù)有潔凈度、溫濕度、氣流分布度、室內(nèi)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(tǒng)的選擇好壞,最終將對整個系統(tǒng)有很大的影響。在設(shè)計潔凈室的基本系統(tǒng)時,應(yīng)該把自動控制系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)作為整體來規(guī)劃,而不應(yīng)該考慮在以后追加自動控制系統(tǒng)?!保ㄒ浴洞笠?guī)模集成電路工廠潔凈環(huán)境的設(shè)計及其實施》)。
系統(tǒng)穩(wěn)定性要求高
潔凈室內(nèi)的生產(chǎn),潔凈度決定著產(chǎn)品的成品率、可靠性和質(zhì)量。下圖闡述了芯片的成品率與空氣中粒子數(shù)的關(guān)系。
潔凈室生產(chǎn),各種系統(tǒng)必須始終能夠穩(wěn)定運(yùn)行。性能的偏差和故障將對產(chǎn)品的合格率產(chǎn)生很大的影響!
生產(chǎn)流程控制嚴(yán)格
醫(yī)藥、研發(fā)機(jī)構(gòu)、食品生產(chǎn)以及其它需要嚴(yán)格控制生產(chǎn)環(huán)境的行業(yè),都需要對生產(chǎn)流程進(jìn)行認(rèn)證,以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。在一些行業(yè),這種認(rèn)證是強(qiáng)制性的,如制藥工業(yè)的GMP認(rèn)證,一個制藥企業(yè)只有拿到了GMP認(rèn)證,才能投入生產(chǎn)。流程認(rèn)證是保證產(chǎn)品質(zhì)量,減少風(fēng)險的必需環(huán)節(jié)。
安防/消防要求嚴(yán)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(qū)域的監(jiān)視和進(jìn)出控制,有效地管理工廠;而消防主要指火災(zāi)報警,保障員工生命和企業(yè)財產(chǎn)安全。
集成電路、制藥都是高新技術(shù)行業(yè),其廠區(qū)的某些區(qū)域,如研發(fā)中心、實驗室需要嚴(yán)格控制人員的進(jìn)出,以防機(jī)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(jìn)行監(jiān)控,可以在指定時段按授權(quán)進(jìn)入允許的樓層或地段。實時監(jiān)控,隨時設(shè)置統(tǒng)關(guān)、統(tǒng)開,或指定若干通道開關(guān),可隨時查詢、統(tǒng)計、分析出入信息檔案,營造安全的環(huán)境。
集成電路、制藥多在密閉的潔凈室內(nèi)生產(chǎn),并且不同工序之間的門也是關(guān)閉的。因此對消防報警及相應(yīng)的消防措施有著特殊性。
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