क्लीन रूम अभियांत्रिकी तंत्रज्ञानाचे विश्लेषण

१. धूळमुक्त स्वच्छ खोलीत धुळीचे कण काढणे

स्वच्छ खोलीचे (क्लीन रूमचे) मुख्य कार्य म्हणजे उत्पादने (जसे की सिलिकॉन चिप्स, इत्यादी) ज्या वातावरणाच्या संपर्कात येतात, त्या वातावरणाची स्वच्छता, तापमान आणि आर्द्रता नियंत्रित करणे, जेणेकरून उत्पादनांचे उत्पादन आणि निर्मिती एका चांगल्या वातावरणीय जागेत होऊ शकेल. आपण या जागेला स्वच्छ खोली (क्लीन रूम) म्हणतो. आंतरराष्ट्रीय प्रथेनुसार, स्वच्छतेची पातळी मुख्यत्वे वर्गीकरण मानकापेक्षा जास्त व्यास असलेल्या हवेतील प्रति घनमीटर कणांच्या संख्येवरून ठरवली जाते. दुसऱ्या शब्दांत, तथाकथित धूळ-मुक्त म्हणजे १००% धूळ-मुक्त नव्हे, तर ते एका अतिशय लहान एककात नियंत्रित केलेले असते. अर्थात, या मानकातील धुळीच्या मानकांची पूर्तता करणारे कण आपण पाहतो त्या सामान्य धुळीच्या तुलनेत आधीच खूप लहान असतात, परंतु ऑप्टिकल संरचनांसाठी, थोड्याशा धुळीचाही खूप मोठा नकारात्मक परिणाम होतो, त्यामुळे ऑप्टिकल संरचना उत्पादनांच्या निर्मितीमध्ये धूळ-मुक्त असणे ही एक अपरिहार्य आवश्यकता आहे.

प्रति घनमीटर ०.५ मायक्रॉन किंवा त्याहून अधिक आकाराच्या धुळीच्या कणांची संख्या ३५२०/घनमीटर पेक्षा कमी नियंत्रित केल्यास आंतरराष्ट्रीय धूळमुक्त मानकाचा 'वर्ग अ' प्राप्त होतो. चिप-स्तरीय उत्पादन आणि प्रक्रियेमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या धूळमुक्त मानकांमध्ये 'वर्ग अ' पेक्षा धुळीसाठी उच्च आवश्यकता असतात आणि असे उच्च मानक प्रामुख्याने काही उच्च-स्तरीय चिप्सच्या उत्पादनात वापरले जाते. धुळीच्या कणांची संख्या प्रति घनमीटर ३५,२०० इतकी काटेकोरपणे नियंत्रित केली जाते, जी क्लीन रूम उद्योगात सामान्यतः 'वर्ग ब' म्हणून ओळखली जाते.

२. स्वच्छ खोलीच्या स्थितीचे तीन प्रकार

रिकामी स्वच्छ खोली: एक स्वच्छ खोली सुविधा जी बांधलेली आहे आणि वापरासाठी तयार आहे. यामध्ये सर्व संबंधित सेवा आणि कार्ये उपलब्ध आहेत. तथापि, या सुविधेत ऑपरेटरद्वारे चालवले जाणारे कोणतेही उपकरण नाही.

स्टॅटिक क्लीन रूम: संपूर्ण कार्यप्रणाली, योग्य मांडणी आणि इन्स्टॉलेशन असलेली एक स्वच्छ खोली सुविधा, जी मांडणीनुसार वापरली जाऊ शकते किंवा वापरात असते, परंतु त्या सुविधेत कोणतेही ऑपरेटर नसतात.

डायनॅमिक क्लीन रूम: सामान्य वापरातील एक स्वच्छ खोली, ज्यात संपूर्ण सेवा कार्ये, उपकरणे आणि कर्मचारी उपलब्ध असतात; आवश्यक असल्यास, नेहमीचे काम केले जाऊ शकते.

३. नियंत्रण घटक

(1). हवेत तरंगणारे धुळीचे कण काढून टाकू शकते.

(2). धुळीचे कण तयार होण्यास प्रतिबंध करू शकते.

(3). तापमान आणि आर्द्रता यांचे नियंत्रण.

(4). दाब नियमन.

(5). हानिकारक वायूंचे निर्मूलन.

(6). संरचना आणि कप्प्यांची हवाबंदता.

(7). स्थिर विद्युत प्रतिबंध.

(8). विद्युत चुंबकीय व्यत्ययाचे प्रतिबंध.

(9). सुरक्षितता घटकांचा विचार.

(10). ऊर्जा बचतीचा विचार.

४. वर्गीकरण

अशांत प्रवाह प्रकार

एअर कंडिशनिंग बॉक्समधून हवा एअर डक्ट आणि एअर फिल्टर (HEPA) मार्फत क्लीन रूममध्ये प्रवेश करते आणि क्लीन रूमच्या दोन्ही बाजूंच्या विभाजन भिंतींच्या पॅनेल्समधून किंवा उंच मजल्यांवरून परत पाठवली जाते. हवेचा प्रवाह सरळ रेषेत वाहत नाही, तर तो अनियमित, अशांत किंवा भोवऱ्यासारख्या अवस्थेत असतो. हा प्रकार क्लास १,०००-१,००,००० क्लीन रूमसाठी योग्य आहे.

व्याख्या: एक स्वच्छ खोली जिथे हवेचा प्रवाह असमान गतीने आणि समांतर न राहता वाहतो, तसेच त्यासोबत उलट प्रवाह किंवा आवर्त प्रवाह असतो.

तत्त्व: अशांत स्वच्छ खोल्या हवा पुरवठा प्रवाहावर अवलंबून असतात, ज्यामुळे घरातील हवा सतत विरळ होते आणि प्रदूषित हवा हळूहळू विरळ होऊन स्वच्छता प्राप्त होते (अशांत स्वच्छ खोल्या सामान्यतः 1,000 ते 300,000 पेक्षा जास्त स्वच्छता पातळीवर डिझाइन केल्या जातात).

वैशिष्ट्ये: टर्ब्युलेंट क्लीन रूम्स स्वच्छता आणि स्वच्छतेची पातळी साध्य करण्यासाठी अनेक वायुवीजनांवर अवलंबून असतात. वायुवीजन बदलांची संख्या व्याख्येतील शुद्धीकरणाची पातळी ठरवते (वायुवीजन बदल जितके जास्त, स्वच्छतेची पातळी तितकी जास्त).

(1) स्व-शुद्धीकरण वेळ: म्हणजे तो वेळ जेव्हा स्वच्छ खोली (क्लीन रूम) डिझाइन केलेल्या व्हेंटिलेशन नंबरनुसार हवा पुरवण्यास सुरुवात करते आणि खोलीतील धुळीचे प्रमाण डिझाइन केलेल्या स्वच्छतेच्या पातळीपर्यंत पोहोचते. वर्ग १,००० साठी अपेक्षित वेळ २० मिनिटांपेक्षा जास्त नसावा (गणनेसाठी १५ मिनिटे वापरली जाऊ शकतात), वर्ग १०,००० साठी अपेक्षित वेळ ३० मिनिटांपेक्षा जास्त नसावा (गणनेसाठी २५ मिनिटे वापरली जाऊ शकतात), वर्ग १००,००० साठी अपेक्षित वेळ ४० मिनिटांपेक्षा जास्त नसावा (गणनेसाठी ३० मिनिटे वापरली जाऊ शकतात).

(2) व्हेंटिलेशनची वारंवारता (वरील स्व-स्वच्छता वेळेच्या आवश्यकतांनुसार डिझाइन केलेले) वर्ग 1,000: 43.5-55.3 वेळा/तास (मानक: 50 वेळा/तास) वर्ग 10,000: 23.8-28.6 वेळा/तास (मानक: 25 वेळा/तास) वर्ग 100,000: 14.4-19.2 वेळा/तास (मानक: 15 वेळा/तास)

फायदे: साधी रचना, प्रणालीच्या बांधकामाचा कमी खर्च, क्लीन रूमचा विस्तार करणे सोपे, काही विशेष उद्देशांच्या ठिकाणी, क्लीन रूमचा दर्जा सुधारण्यासाठी धूळ-मुक्त क्लीन बेंचचा वापर केला जाऊ शकतो.

तोटे: हवेच्या प्रवाहामुळे निर्माण झालेले धुळीचे कण बंदिस्त जागेत तरंगतात आणि त्यांना बाहेर काढणे कठीण असते, ज्यामुळे प्रक्रिया उत्पादने सहजपणे दूषित होऊ शकतात. याव्यतिरिक्त, जर प्रणाली थांबवून पुन्हा सुरू केली, तर आवश्यक स्वच्छता प्राप्त करण्यासाठी अनेकदा बराच वेळ लागतो.

स्तरित प्रवाह

लॅमिनार फ्लो हवा एका समान सरळ रेषेत वाहते. हवा १००% कव्हरेज रेट असलेल्या फिल्टरमधून खोलीत प्रवेश करते आणि उंच केलेल्या फरशीतून किंवा दोन्ही बाजूंच्या पार्टिशन बोर्डमधून परत पाठवली जाते. हा प्रकार उच्च क्लीनरूम ग्रेड असलेल्या क्लीन रूम वातावरणात, साधारणपणे क्लास १ ते १०० मध्ये वापरण्यासाठी योग्य आहे. याचे दोन प्रकार आहेत:

(1) क्षैतिज स्तरित प्रवाह: फिल्टरमधून हवा एकाच दिशेने बाहेर फेकली जाते आणि रिटर्न एअर सिस्टीमद्वारे विरुद्ध भिंतीवर परत पाठवली जाते. हवेच्या दिशेबरोबर धूळ बाहेर टाकली जाते. साधारणपणे, प्रवाहाच्या खालच्या बाजूला प्रदूषण अधिक गंभीर असते.

फायदे: साधी रचना, वापरानंतर थोड्याच वेळात स्थिर होऊ शकते.

तोटे: बांधकामाचा खर्च प्रक्षुब्ध प्रवाहापेक्षा जास्त असतो आणि आतील जागा वाढवणे सोपे नसते.

(2) उभ्या दिशेने होणारा स्तरीय प्रवाह: खोलीचे छत पूर्णपणे ULPA फिल्टर्सने झाकलेले असते आणि हवा वरून खाली वाहवली जाते, ज्यामुळे अधिक स्वच्छता साधता येते. प्रक्रियेदरम्यान किंवा कर्मचाऱ्यांमुळे निर्माण होणारी धूळ इतर कामाच्या जागांवर परिणाम न करता त्वरीत बाहेर टाकली जाऊ शकते.

फायदे: व्यवस्थापन करण्यास सोपे, कार्य सुरू झाल्यानंतर थोड्याच वेळात स्थिर स्थिती प्राप्त करता येते आणि कार्याची स्थिती किंवा चालकांमुळे त्यावर सहज परिणाम होत नाही.

तोटे: बांधकामाचा जास्त खर्च, जागेचा लवचिकपणे वापर करण्यास अडचण, सीलिंग हँगर्स खूप जागा व्यापतात आणि फिल्टर्सची दुरुस्ती व बदल करणे त्रासदायक असते.

संमिश्र प्रकार

संमिश्र प्रकार म्हणजे प्रक्षुब्ध प्रवाह प्रकार आणि स्तरीय प्रवाह प्रकार यांना एकत्र करून किंवा वापरून तयार केलेला प्रकार, जो स्थानिक पातळीवर अत्यंत स्वच्छ हवा पुरवू शकतो.

(1) क्लीन टनेल: प्रक्रिया क्षेत्र किंवा कार्यक्षेत्राच्या 100% भागावर HEPA किंवा ULPA फिल्टर्स वापरून स्वच्छतेची पातळी क्लास 10 च्या वर वाढवा, ज्यामुळे इन्स्टॉलेशन आणि ऑपरेशन खर्चात बचत होऊ शकते.

या प्रकारात, मशीनच्या देखभालीदरम्यान कामावर आणि गुणवत्तेवर परिणाम होऊ नये म्हणून ऑपरेटरचे कार्यक्षेत्र उत्पादन आणि मशीनच्या देखभालीपासून वेगळे ठेवणे आवश्यक असते.

स्वच्छ बोगद्यांचे आणखी दोन फायदे आहेत: अ. लवचिकपणे विस्तार करणे सोपे; ब. देखभाल क्षेत्रात उपकरणांची देखभाल सहजपणे करता येते.

(२) क्लीन ट्यूब: ज्या स्वयंचलित उत्पादन लाइनमधून उत्पादनाचा प्रवाह जातो, त्या लाइनला वेढून शुद्ध करते आणि स्वच्छतेची पातळी वर्ग १०० च्या वर वाढवते. उत्पादन, ऑपरेटर आणि धूळ निर्माण करणारे वातावरण एकमेकांपासून वेगळे असल्यामुळे, कमी प्रमाणात हवेच्या पुरवठ्याने चांगली स्वच्छता साधता येते, ज्यामुळे ऊर्जेची बचत होते आणि ज्या स्वयंचलित उत्पादन लाइन्सना मानवी श्रमाची आवश्यकता नसते, त्यांच्यासाठी हे सर्वात योग्य आहे. हे औषधनिर्माण, अन्न आणि सेमीकंडक्टर उद्योगांमध्ये लागू होते.

(3) स्वच्छ जागा: 10,000~100,000 च्या क्लीन रूम लेव्हल असलेल्या टर्ब्युलेंट क्लीन रूममधील उत्पादन प्रक्रिया क्षेत्राची स्वच्छता पातळी उत्पादनाच्या उद्देशाने 10~1000 किंवा त्याहून अधिक वाढवली जाते; स्वच्छ वर्कबेंच, स्वच्छ शेड, प्रीफॅब्रिकेटेड क्लीन रूम आणि स्वच्छ वॉर्डरोब या श्रेणीत येतात.

क्लीन बेंच: वर्ग १~१००.

क्लीन बूथ: अशांत स्वच्छ खोलीच्या जागेतील एक लहान जागा, जी अँटी-स्टॅटिक पारदर्शक प्लॅस्टिक कापडाने वेढलेली असते. स्वतंत्र HEPA किंवा ULPA आणि वातानुकूलन युनिट्सचा वापर करून ही जागा उच्च-स्तरीय स्वच्छ जागा बनते. हिची पातळी १०~१०००, उंची सुमारे २.५ मीटर आणि व्याप्ती क्षेत्रफळ सुमारे १० चौरस मीटर किंवा त्यापेक्षा कमी असते. लवचिक वापरासाठी याला चार खांब असून हलवता येणारी चाके बसवलेली असतात.

५. हवेचा प्रवाह

हवेच्या प्रवाहाचे महत्त्व

स्वच्छ खोलीची स्वच्छता अनेकदा हवेच्या प्रवाहावर अवलंबून असते. दुसऱ्या शब्दांत सांगायचे झाल्यास, माणसे, यंत्रांचे भाग, इमारतीची रचना इत्यादींमुळे निर्माण होणाऱ्या धुळीची हालचाल आणि प्रसार हवेच्या प्रवाहाद्वारे नियंत्रित केला जातो.

क्लीन रूममध्ये हवा फिल्टर करण्यासाठी HEPA आणि ULPA फिल्टर वापरले जातात आणि त्याचा धूळ गोळा करण्याचा दर ९९.९७~९९.९९९९५% इतका उच्च असतो, त्यामुळे या फिल्टरने गाळलेली हवा अतिशय स्वच्छ आहे असे म्हणता येईल. तथापि, क्लीन रूममध्ये माणसांव्यतिरिक्त, यंत्रांसारखे धुळीचे स्रोत देखील असतात. एकदा ही निर्माण झालेली धूळ पसरली की, जागा स्वच्छ ठेवणे अशक्य होते, म्हणून निर्माण झालेली धूळ त्वरित बाहेर काढण्यासाठी हवेच्या प्रवाहाचा वापर करणे आवश्यक आहे.

प्रभाव टाकणारे घटक

क्लीन रूममधील हवेच्या प्रवाहावर प्रक्रिया उपकरणे, कर्मचारी, क्लीन रूममधील जुळणीचे साहित्य, प्रकाशयोजना इत्यादी अनेक घटक परिणाम करतात. त्याच वेळी, उत्पादन उपकरणांच्या वरील हवेच्या प्रवाहाच्या वळण बिंदूचाही विचार केला पाहिजे.

सामान्य ऑपरेटिंग टेबल किंवा उत्पादन उपकरणाच्या पृष्ठभागावरील हवेच्या प्रवाहाचे वळण बिंदू, क्लीन रूमची जागा आणि विभाजन बोर्ड यांच्यातील अंतराच्या २/३ भागावर निश्चित केले पाहिजे. अशा प्रकारे, जेव्हा ऑपरेटर काम करत असतो, तेव्हा हवेचा प्रवाह प्रक्रिया क्षेत्राच्या आतून ऑपरेटिंग क्षेत्राकडे वाहू शकतो आणि धूळ वाहून नेऊ शकतो; जर वळण बिंदू प्रक्रिया क्षेत्राच्या समोर निश्चित केला असेल, तर ते हवेच्या प्रवाहाचे अयोग्य वळण ठरेल. यावेळी, हवेचा बहुतेक प्रवाह प्रक्रिया क्षेत्राच्या मागील बाजूस वाहील, आणि ऑपरेटरच्या कामामुळे निर्माण झालेली धूळ उपकरणाच्या मागील बाजूस वाहून नेली जाईल, ज्यामुळे वर्कबेंच दूषित होईल आणि उत्पादनात अपरिहार्यपणे घट होईल.

स्वच्छ खोल्यांमधील वर्क टेबलसारख्या अडथळ्यांच्या जोडणीच्या ठिकाणी आवर्त प्रवाह निर्माण होतात आणि त्यांच्या जवळील स्वच्छता तुलनेने खराब असते. वर्क टेबलवर रिटर्न एअर होल पाडल्याने आवर्त प्रवाहाची घटना कमी होते; तसेच, जोडणीसाठी वापरलेल्या साहित्याची निवड योग्य आहे की नाही आणि उपकरणांची मांडणी परिपूर्ण आहे की नाही, हे घटकदेखील हवेच्या प्रवाहात आवर्त प्रवाहाची घटना निर्माण होण्यासाठी महत्त्वाचे ठरतात.

६. स्वच्छ खोलीची रचना

क्लीन रूमची रचना खालील प्रणालींनी बनलेली असते (यापैकी कोणतीही प्रणाली रेणूंसाठी अपरिहार्य नाही), अन्यथा एक संपूर्ण आणि उच्च-गुणवत्तेचा क्लीन रूम तयार करणे शक्य होणार नाही:

(1) छत प्रणाली: यामध्ये छताचा रॉड, आय-बीम किंवा यू-बीम, छताची ग्रीड किंवा छताची फ्रेम यांचा समावेश आहे.

(2) वातानुकूलन प्रणाली: यामध्ये एअर केबिन, फिल्टर प्रणाली, पवनचक्की इत्यादींचा समावेश आहे.

(3) विभाजक भिंत: खिडक्या आणि दारांसहित.

(4) मजला: यामध्ये उंच मजला किंवा अँटी-स्टॅटिक मजला समाविष्ट आहे.

(5) प्रकाशयोजना उपकरणे: एलईडी शुद्धीकरण फ्लॅट दिवा.

क्लीन रूमची मुख्य रचना सामान्यतः स्टील बार किंवा बोन सिमेंटची बनलेली असते, परंतु रचना कोणत्याही प्रकारची असली तरी, तिने खालील अटी पूर्ण केल्या पाहिजेत:

अ. तापमानातील बदल आणि कंपनांमुळे कोणतेही तडे जाणार नाहीत;

ब. धुळीचे कण तयार करणे सोपे नसते आणि कणांना चिकटणे कठीण असते;

C. कमी आर्द्रताशोषकता;

डी. स्वच्छ खोलीमध्ये आर्द्रतेची स्थिती टिकवून ठेवण्यासाठी, औष्णिक रोधन उच्च असणे आवश्यक आहे;

७. वापरानुसार वर्गीकरण

औद्योगिक स्वच्छ खोली

निर्जीव कणांचे नियंत्रण करणे हा याचा उद्देश आहे. हे प्रामुख्याने कार्यरत वस्तूंना हवेतील धुळीच्या कणांमुळे होणारे प्रदूषण नियंत्रित करते आणि अंतर्गत भागात सामान्यतः सकारात्मक दाबाची स्थिती राखते. हे अचूक यंत्रसामग्री उद्योग, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग (सेमीकंडक्टर, इंटिग्रेटेड सर्किट्स इत्यादी), अंतराळ उद्योग, उच्च-शुद्धता रसायन उद्योग, अणुऊर्जा उद्योग, ऑप्टिकल आणि चुंबकीय उत्पादन उद्योग (सीडी, फिल्म, टेप उत्पादन), एलसीडी (लिक्विड क्रिस्टल ग्लास), संगणक हार्ड डिस्क, संगणक हेड उत्पादन आणि इतर उद्योगांसाठी उपयुक्त आहे.

जैविक स्वच्छ खोली

मुख्यतः कार्यरत वस्तूला सजीव कण (बॅक्टेरिया) आणि निर्जीव कण (धूळ) यांच्यामुळे होणारे प्रदूषण नियंत्रित करते. याची विभागणी खालीलप्रमाणे करता येते;

अ. सामान्य जैविक स्वच्छ खोली: मुख्यत्वे सूक्ष्मजंतू (बॅक्टेरिया) घटकांमुळे होणारे प्रदूषण नियंत्रित करते. त्याच वेळी, तिची अंतर्गत सामग्री विविध निर्जंतुकीकरण घटकांच्या घर्षणाला तोंड देण्यास सक्षम असली पाहिजे आणि आतील भागात सामान्यतः सकारात्मक दाबाची हमी दिली जाते. मूलतः, अंतर्गत सामग्री औद्योगिक स्वच्छ खोलीच्या विविध निर्जंतुकीकरण उपचारांना तोंड देण्यास सक्षम असली पाहिजे. उदाहरणे: औषधनिर्माण उद्योग, रुग्णालये (ऑपरेशन रूम, निर्जंतुक वॉर्ड), अन्न, सौंदर्यप्रसाधने, पेय उत्पादन, प्राणी प्रयोगशाळा, भौतिक आणि रासायनिक चाचणी प्रयोगशाळा, रक्त केंद्रे, इत्यादी.

ब. जैविक सुरक्षितता स्वच्छ खोली: मुख्यत्वे कार्यरत वस्तूतील सजीव कणांमुळे बाहेरील जगात आणि लोकांमध्ये होणारे प्रदूषण नियंत्रित करते. आतील दाब वातावरणाच्या तुलनेत नकारात्मक राखला पाहिजे. उदाहरणे: जीवाणुशास्त्र, जीवशास्त्र, स्वच्छ प्रयोगशाळा, भौतिक अभियांत्रिकी (पुनर्संयोजित जनुके, लस निर्मिती).