百级（ISO 5级）净化车间设计装修-清阳工程

2025-12-12 16:59 昆山清阳净化系统工程有限公司

百级净化车间（对应ISO 14644-1 Class 5级）作为最高洁净等级的受控环境之一，其核心在于实现"纳米级颗粒管控+全域环境稳定"，广泛服务于芯片光刻、无菌制剂灌装、高精度光学元件制造等尖端领域。这类车间的设计需突破常规洁净室技术瓶颈，从气流组织到材料选择均需满足近乎苛刻的参数要求，以下从技术本质到落地执行展开系统解析。

 

一、核心标准与参数体系

 

1. 洁净度量化指标

 

ISO 14644-1对Class 5级的核心定义为：

 

- 粒子浓度：≥0.1μm粒子≤100,000个/m³；≥0.3μm粒子≤3,520个/m³；≥5μm粒子≤29个/m³（动态生产时需控制在静态值的50%以内）。

- 微生物控制：医药领域浮游菌≤1CFU/m³，沉降菌≤1CFU/皿（φ90mm培养皿，暴露4小时）；半导体领域通常不允许活菌存在。

 

2. 环境参数基准

 

- 温湿度：

- 半导体光刻区：23.0±0.1℃，湿度45±1%RH（避免光刻胶粘度波动）。

- 无菌制剂区：22±0.5℃，湿度50±2%RH（抑制微生物繁殖）。

- 控制精度：温度波动≤±0.1℃/h，湿度波动≤±1%RH/h。

- 压差与气流：

- 压差梯度：Class 5级区相对相邻Class 6级区正压≥15Pa，与非洁净区压差≥20Pa，采用数字压差计（精度±0.1Pa）实时监控。

- 气流速度：垂直单向流0.36-0.54m/s（风速均匀性偏差≤±15%），水平单向流0.3-0.5m/s，确保粒子在未沉降前被带出洁净区。

 

二、空气净化系统设计

 

1. 过滤体系架构

 

采用"四级过滤+末端强化"模式：

 

- 预处理段：初效过滤器（G4）拦截≥5μm粉尘→中效过滤器（F9）捕捉1-5μm颗粒→亚高效过滤器（H11）拦截≥0.5μm粒子。

- 末端净化：高效过滤器（HEPA H14级，对0.3μm粒子效率≥99.995%）或超高效过滤器（ULPA U15级，对0.12μm粒子效率≥99.9995%），采用液槽密封安装，PAO检漏泄漏率≤0.001%。

 

2. 气流组织设计

 

- 垂直单向流布局：

顶部满布FFU（风机过滤单元，覆盖率100%），空气经高效过滤后垂直下送，通过格栅地板回风，形成"活塞流"效应，确保每一点的洁净度一致。

FFU运行噪声≤55dB(A)，采用变频控制，可根据粒子浓度动态调节风速。

- 局部强化措施：

关键设备（如光刻机、灌装机）周围设置气流围挡，风速提升至0.5m/s，形成局部"洁净气幕"，阻隔设备自身产生的污染物。

 

三、围护结构与材料系统

 

1. 墙体与顶棚系统

 

- 核心材料：

50mm厚硫氧镁夹芯彩钢板（钢板厚度0.8mm），表面经电解抛光（Ra≤0.4μm），覆抗菌涂层（对大肠杆菌杀灭率≥99.99%）。

- 构造要求：

- 板缝采用企口式拼接+双组分硅酮密封胶（耐温-60~200℃），接缝密封性≤0.1m³/(m²·h)。

- 墙角、顶棚与墙面交接处采用304不锈钢圆弧（R≥100mm）过渡，避免气流涡流。

 

2. 地面系统技术规范

 

应用场景 材料选择 核心性能参数

半导体光刻区 聚氯乙烯卷材 表面电阻10⁶-10⁹Ω，耐磨转数≥10000转

无菌制剂区 环氧自流平（3mm） 耐化学腐蚀（pH 2-12），平整度≤0.2mm/m

光学装配区 导电型乙烯基酯地坪 抗冲击性≥20kJ/m²，无眩光表面处理

 

- 施工要求：

地面向地漏找坡0.5%（避免积液），与墙面连接处做圆弧R≥50mm，采用无缝施工技术，固化时间≥14天（确保完全交联）。

 

3. 构配件细节控制

 

- 门窗系统：

- 洁净门：304不锈钢气密门，配备电动互锁装置（开门时相邻门强制关闭），密封条为食品级硅橡胶（耐老化寿命≥5年）。

- 观察窗：双层中空钢化玻璃（厚度12mm），内侧镀膜防结露，窗框与墙面密封处理（泄漏率≤0.01m³/h）。

- 管线穿越处理：

所有风管、水管、电缆穿墙板处采用不锈钢穿墙套，缝隙用防火密封胶封堵（耐火极限≥1.5h），避免成为污染通道。

 

四、施工流程与质量管控

 

1. 分阶段施工管理

 

- 前期准备（6周）：

现场洁净度预处理（达到ISO 8级）、BIM模型深化设计（优化管线走向与设备布局）、施工人员净化培训（考核通过率100%）。

- 核心施工（16-20周）：

1. 顶棚安装：FFU龙骨定位（误差≤±2mm）→ 风管吊装（漏风率≤1%）→ 高效过滤器安装（PAO预检漏）。

2. 墙面施工：从Class 5级区向外侧推进，彩钢板垂直度误差≤1mm/m，板缝密封胶宽度均匀（8-10mm）。

3. 地面施工：基层处理（平整度≤2mm/2m）→ 底漆+中涂→ 自流平面层（环境温度20-25℃，湿度≤60%）。

4. 设备安装：光刻机等精密设备采用防震基础（振动传递率≤3%），与地面间隙≥300mm（便于气流循环）。

 

2. 关键质量控制点

 

- 洁净度控制：

施工期间每日用HEPA吸尘器清洁，每周进行粒子浓度检测（需达到ISO 7级以上），避免交叉污染。

- 密封性测试：

围护结构完成后进行整体气密性测试（压力衰减率≤5%/h），风管系统进行漏光+漏风测试（漏风率≤0.5%）。

 

五、验证与运维体系

 

1. 四阶段验证流程

 

- 设计确认（DQ）：

验证方案符合工艺需求，CFD气流模拟显示无涡流区（风速均匀性≥90%），能耗计算满足节能要求。

- 安装确认（IQ）：

设备定位误差≤±5mm，高效过滤器安装符合规范，电气系统接地电阻≤0.5Ω。

- 运行确认（OQ）：

连续3天监测，温湿度、风速、压差等参数波动在允许范围内，自净时间≤15分钟（从ISO 9级恢复至ISO 5级）。

- 性能确认（PQ）：

模拟生产工况（满负荷运行），连续30天粒子浓度、微生物指标达标，设备MTBF（平均无故障时间）≥1000小时。

 

2. 日常运维管理

 

- 过滤器维护：

初效过滤器每月更换，中效过滤器每3个月更换，高效过滤器每6个月进行PAO检漏，阻力达到初始值1.5倍时立即更换。

- 环境监测：

在线粒子计数器（每1分钟采样1次）、温湿度传感器（精度±0.05℃）、振动监测仪（采样频率1kHz），数据保存≥5年（符合GMP追溯要求）。

- 清洁消毒：

每日用超细纤维无尘布（ISO 5级专用）蘸75%酒精擦拭表面，每周进行臭氧消毒（浓度20ppm，作用2小时），每月进行过氧化氢熏蒸（浓度5%）。

 

 

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