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洁净工程应用技术–工业洁净室的发展

2022 12 09 09:57:41

洁净工程应用技术–工业洁净室的发展插图

第一章 空气洁净技术的基本概念

第一节  空气洁净技术的发展与应用

一、空气洁净技术的发展历程

空气洁净技术(又称洁净技术或洁净室技术)最初是指以控制室内空气中悬浮颗粒物浓度为目标的相关技术,悬浮颗粒物的浓度用单位体积空气中大于等于某一粒径颗粒物的允许数量来表示,通常也称为空气的洁净度,并以此来划分洁净度等级或级别。

最初运用洁净技术的目的是为了提高精密产品(如仪器仪表)的成品率或降低其故障率,随着科学技术的发展,产品的精密度越来越高,特别是微电子工业的发展,对生产环境的洁净度要求也越来越高,控制的对象也从单一的悬浮颗粒物扩展到有害气体。而洁净技术在控制空气中的悬浮颗粒物的同时,也有效地控制了空气中的细菌和病毒等有害微生物,所以又逐步推广到医疗、制药、生物等领域,形成了当前比较完善的洁净技术体系。

1.工业洁净室的发展[1]

工业洁净室(ICR Industrial Clean room)以空气中的悬浮颗粒物为主要控制对象,主要为精密机械和电子产品等行业提供符合要求的生产环境。

毋庸讳言,与其他高科技一样,洁净技术的诞生及最初应用是服务于军事目的的。第二次世界大战中一些枪炮、战车、飞机等使用的仪器合格率低或经常发生故障,使研制者认识到仪器生产与装配过程中环境空气中的悬浮颗粒物是罪魁祸首,于是工业洁净室诞生了。最初的工业洁净室是比较简陋的,随着对原子武器和生化武器研究的发展,在20世纪40年代初高效空气过滤器研制成功并得到应用,60年代初又出现了“单向流”洁净室,这些设备与技术的诞生成为洁净技术发展的里程碑,奠定了现代洁净技术的基础。

现代工业洁净室应用的代表是微电子行业,主要产品为大规模集成电路和平板显示器。半个多世纪以来,集成电路得到迅猛发展,表1-1为集成电路元件集成度发展的情况,表1-2是对集成度发展趋势的预测。

集成电路集成度发展情况(1)  表1-1 

图片

 集成电路集成度发展情况(2)  表1-2

年份 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2012 2015 2018
线宽(nm) 100 90 80 70 65 57 50 35 25 18
控制粒经(nm) 50 45 40 35 33 29 25 18 13 9

从上述表中可以看到随着集成度的增加,元件中的线宽不断缩小,因此对空气中悬浮颗粒物的控制粒径也越来越小,一般认为控制粒径应当是线宽的1/10~1/3,但从表1-2看,由于线宽越来越小,这一要求也难以达到了,微电子产品的迅速发展对传统的洁净技术提出了极大的挑战,同时也促进了现代洁净技术的发展。

现代工业洁净室虽然仍以悬浮颗粒物为主要控制对象,但在某些工艺过程对气态污染物也提出了控制要求,称为空气中分子态污染物AMC(AirborneMolecular Contaminants)。因此,空气净化技术的关键设备也从单一的粒子过滤器发展到可以吸附有害气态物质的化学过滤器。

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