在一定空間范圍內(nèi)，將空氣中的微粒子、有害空氣、細菌等污染物排除，并將室內(nèi)溫度、潔凈度、壓力、氣流速度與氣流分布、噪音振動及照明、靜電控制在某一需求范圍內(nèi)的工程學(xué)科。凈化工程所特別設(shè)計的房間，不論外在空氣條件如何變化，室內(nèi)均具有維持原先所設(shè)定要求之潔凈度、溫濕度及壓力等性能。
一、原理

亂流潔凈室原理

　　亂流潔凈室的主要特點是從來流到出流（從送風(fēng)口到回風(fēng)口）之間氣流的流通截面是變化的，潔凈室截面比送風(fēng)口截面大得多，因而不能在全室截面或者在全室工作區(qū)截面形成勻速氣流。所以，送風(fēng)口以后的流線彼此有很大或者越來越大的夾角，曲率半徑很小，氣流在室內(nèi)不可能以單一方向流動，將會彼此撞擊，將有回流、旋渦產(chǎn)生。這就決定亂流潔凈室的流態(tài)實質(zhì)是：突變流；非均勻流。

　　這比用紊流來描述亂流潔凈室更確切、更全面。紊流主要決定于雷諾數(shù)，也就是主要受流速的影響，但是如果采用一個高效過濾器頂送的送風(fēng)形式，則即使流速極低，也要產(chǎn)生上述各種結(jié)果，這就因為它是一個突變流和非均勻流。因此這種情況下不僅有流層之間因紊流流動而發(fā)生的摻混，而且還有全室范圍內(nèi)的大的回流、旋渦所發(fā)生的摻混。

　　所以，概括地說，亂流潔凈室的作用原理是：當一股干凈氣流從送風(fēng)口送入室內(nèi)時，迅速向四周擴散、混合，同時把差不多同樣數(shù)量的氣流從回風(fēng)口排走，這股干凈氣流稀釋著室內(nèi)污染的空氣，把原來含塵濃度很高的室內(nèi)空氣沖淡了，一直達到平衡。所以氣流擴散得越快，越均勻，稀釋的技果就越好。

單向流潔凈室原理

　　在單向流潔凈室內(nèi)，從送風(fēng)口到回風(fēng)口，氣流流經(jīng)途中的斷面幾乎沒有什么變化，加上進風(fēng)靜壓箱和高效過濾器的均壓均流作用，全室斷面上的流速比較均勻，而至少在工作區(qū)內(nèi)流線單向平行，沒有渦流。這也就是單向流潔凈室的三大特點。這里的流線單向平行，是指時均流線彼此平行，方向單一，并且干凈氣流不是一股或幾股，而是充滿全室斷面，所以這種潔凈室不是靠潔凈氣流對室內(nèi)臟空氣的摻混稀釋作用，而是靠潔凈氣流推出作用將室內(nèi)臟空氣沿整個斷面排至室外，達到凈化室內(nèi)空氣的目的。所以，前聯(lián)邦德國有人稱單向流潔凈室的氣流為“活塞流”、“平推流”前蘇聯(lián)稱之為“被擠壓的弱空氣射流”。干凈空氣就好比一個空氣活塞，沿著房間這個“氣缸”，向前（下）推進，而使塵粒只能前（下）進，沒有返回，把原有的含塵濃度高的空氣擠壓出房間。

二、凈化工程的控制

潔凈室中的溫濕度控制

　　潔凈空間的溫濕度主要是根據(jù)工藝要求來確定，但在滿足工藝要求的條件下，應(yīng)考慮到人的舒適度感。隨著空氣潔凈度要求的提高，出現(xiàn)了工藝對溫濕度的要求也越來越嚴的趨勢。

　　具體工藝對溫度的要求以后還要列舉，但作為總的原則看，由于加工精度越來越精細，所以對溫度波動范圍的要求越來越小。例如在大規(guī)模集成電路生產(chǎn)的光刻曝光工藝中，作為掩膜板材料的玻璃與硅片的熱膨脹系數(shù)的差要求越來越小。直徑100 um的硅片，溫度上升1度，就引起了0.24um線性膨脹，所以必須有±0.1度的恒溫，同時要求濕度值一般較低，因為人出汗以后，對產(chǎn)品將有污染，特別是怕鈉的半導(dǎo)體車間，這種車間不宜超過25度。

　　濕度過高產(chǎn)生的問題更多。相對濕度超過55%時，冷卻水管壁上會結(jié)露，如果發(fā)生在精密裝置或電路中，就會引起各種事故。相對濕度在50%時易生銹。此外，濕度太高時將通過空氣中的水分子把硅片表面粘著的灰塵化學(xué)吸附在表面耐難以清除。相對濕度越高,粘附的難去掉，但當相對濕度低于30%時，又由于靜電力的作用使粒子也容易吸附于表面，同時大量半導(dǎo)體器件容易發(fā)生擊穿。對于硅片生產(chǎn)最佳溫度范圍為35—45%。

潔凈室中的氣壓規(guī)定

　　對于大部分潔凈空間，為了防止外界污染侵入，需要保持內(nèi)部的壓力（靜壓）高于外部的壓力（靜壓）。壓力差的維持一般應(yīng)符合以下原則：

　　1．潔凈空間的壓力要高于非潔凈空間的壓力。

　　2.潔凈度級別高的空間的壓力要高于相鄰的潔凈度級別低的空間的壓力。

　　3.相通潔凈室之間的門要開向潔凈度級別高的房間。

　　壓力差的維持依靠新風(fēng)量，這個新風(fēng)量要能補償在這一壓力差下從縫隙漏泄掉的風(fēng)量。所以壓力差的物理意義就是漏泄（或滲透）風(fēng)量通過潔凈室的各種縫隙時的阻力。

潔凈室中的氣流速度規(guī)定

　　這里要討論的氣流速度是指潔凈室內(nèi)的氣流速度，在其他潔凈空間中的氣流速度在討論具體設(shè)備時再說明。

　　對于亂流潔凈室 由于主主要靠空氣的稀釋作用來減輕室內(nèi)污染的程度，所以主要用換氣次數(shù)這一概念，而不直接用速度的概念，不過對室內(nèi)氣流速度也有如下要求；

　　(1)送風(fēng)口出口氣流速度不宜太大，和單純空調(diào)房間相比，要求速度衰減更快，擴散角度更大。

　　(2)吹過水平面的氣流速度（例如側(cè)送時回流速度）不宜太大，以免吹起表面微粒重返氣流，而造成再污染，這一速度一般不宜大干0.2m/s。

　　對于平行流潔凈室《習(xí)慣上稱層流潔凈室），由于主要靠氣流的“活塞打擠壓作用排除行染，所以截面上的速度就是非常重要的指標。過去都參考美國20gB標準，采用0.45m/s．但人們也都了解到這樣大速度所需要的通風(fēng)量是極大的，為了節(jié)能，也都在探求降低速一風(fēng)速的可行性。

　　在我國，《空氣潔凈技術(shù)措施》和<潔凈廠房設(shè)計規(guī)范））都是這樣規(guī)定的

　　垂直平行流（層流）潔凈室≥0.25m/s

　　水平平行流（層流）潔凈室≥0.35 m/s

　　研究表明以上規(guī)定基本上滿足控制污染的要求，但認為應(yīng)區(qū)別不同情況分出不同的檔別，更能體現(xiàn)節(jié)能的目的。

潔凈室中的噪聲控制

　　潔凈室噪聲標準一般均嚴于保護健康的標準，目的在于保障操作正常進行，滿足必要的談話聯(lián)系及安全舒適的工作環(huán)境。因此衡量潔凈室的噪聲主要指標是：

　　1．煩惱的效應(yīng)

　　由于噪聲，使人感到不安寧而產(chǎn)生煩惱情緒，一般分為極安靜、很安靜、較安靜、稍嫌吵鬧，比較吵鬧和極吵鬧7個煩惱等級。凡反應(yīng)水平屬于很吵鬧和極吵鬧者，即為高煩惱，高煩惱人數(shù)在總?cè)藬?shù)中的百分比即為高煩惱率。

　　2．對工作效率的影響

　　這主要看三方面的反應(yīng)水平，這三個方面是：

　　集中精神

　　動作準確性

　　工作速度

　　3．對綜合通訊的干擾

　　這主要分為：

　　清楚或滿意

　　稍困難

　　困難

　　不可能

　　對以上三方面指標都用A聲級來評價。在50年代曾提出用一條頻譜曲線作為評價標準即各頻帶中心頻率的聲壓級不得超過該曲線。后來了解到刷A等級來計量噪聲與噪聲的語音干擾和煩惱程度更為臺適，可以代替倍頻帶聲壓級作為評價標準的指標。

　　根據(jù)中國建筑科學(xué)研究院建筑物理研究所1981年為編制《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》而進行的測定資料，在65dB(A)以下時，只有30%的人感到高煩惱。在65—70dB(A)時，其影響對工作效率的三方面反應(yīng)表現(xiàn)出較低水平；在60dB(A)以下說話清楚滿意．60～75dB(A)時有一定困難，犬于75dB很困難。因此認為潔凈室噪聲水平以65d)為宜，此時可使高煩惱率小于30%；保證一般通話；對工作效率影響很小

潔凈室的照度控制

　　由于潔凈室內(nèi)的工作內(nèi)容大都有精細的要求，而且又都是密閉性房屋，所以對照明一向有很高的要求。這里有必要先說明一下無窗潔凈室的照明方式：

　　(1)一般照明

　　它指不考慮特殊的局部需要，為照亮整個被照面積而設(shè)置的照明。

　　(2)局部照明

　　這是指為增加某一指定地點（如工作點）的照度而設(shè)置的照明。但在室內(nèi)照明由一般不單獨使用局部照明。

　　(3)混合照明

　　這是指工作面上的照度由一般照明和局部照明合成的照明，其中一般照明的照度按《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》應(yīng)占總照度的10%—15%，但不低干150LX。 單位被照面積上接受的光通量即是照明單位勒克斯(LX)。

　　國外潔凈室的強度要求極高，例如美國關(guān)于潔凈室的幾個標準的要求是．

　　100級: 1080-16001x

　　10000級: >lOOOlx

　　100000級: >1000LX

　　人工光300lx有較好的效果，當工件精細程度更高時，500x也是允許的。對于要紅燈照明的地方，如電子行業(yè)的光刻車間，其照度一般為25—501x)，

　　用天然光時可允許更高的照度，因而對工作是有利的，所以今后潔凈室的照明既采用人工光也采用天然光可能是有前途的，這也是為了節(jié)能而出現(xiàn)的一種動向。

潔凈室中的防靜電

　　潔凈室中由于靜電引起的的事故屢有發(fā)生，因此潔凈室的防靜電能力如何已成為評價其質(zhì)量的一個不可忽視的方面。

　　所謂靜電，是由于摩擦等原因破壞了物體中正(+)負<一）電荷等量的均勻的電中性狀態(tài)，而使電荷過剩，物體呈帶電狀態(tài)，由于這些電荷平時是不流動的，故稱靜電。

　　在潔凈室內(nèi)靜電導(dǎo)致的事故有以下幾方面；

　　1．靜電電引起的靜電電擊，引起人的不安全和恐懼感，并可造成二次傷害(例如人因受電擊而摔倒，由摔倒又致傷)；

　　2-靜電放電引起的放電電流，可導(dǎo)致諸如半導(dǎo)體元件等破壞和誤動作，例如將50塊P- MOS電路放在塑料袋內(nèi)，搖晃數(shù)次后，與非門柵極嚴重擊穿者計39塊，失效率競達78%，這是因為半導(dǎo)體器件對靜電放電十分靈敏；

　　3．靜電放電產(chǎn)生的電磁波可導(dǎo)致電子儀器和裝置的雜音和誤動作；

　　4．靜電放電的發(fā)光可導(dǎo)致照像肢片等感光破壞；

　　5．靜電的力學(xué)現(xiàn)象可導(dǎo)致篩孔被粉塵堵塞，紡紗線紛亂，印刷品深淺不均和制品污染；

　　6．靜電放電引起的最危險的災(zāi)害是成為可燃物的火源井引起爆炸，例如國外文獻統(tǒng)計，在手術(shù)室使用爆炸性麻醉劑的86000次中，爆炸的36次，其中由靜電引起的達21次；

　　靜電事故的產(chǎn)生主要在于靜電的產(chǎn)生和積累，而氣流的流動，氣流和管道、風(fēng)口、過濾器等摩擦，人體和衣服的摩擦，衣服之間的摩擦，工藝上的研磨，噴涂、射流、洗滌、攪拌、粘合和剝離等操作，所有選些都可能產(chǎn)生靜電，在一般情況下，越是電導(dǎo)率小的非導(dǎo)體（絕緣體），由于電荷產(chǎn)生后不易流動，因此表現(xiàn)為越容易帶電。

　　靜電問題所以在潔凈室中特別嚴重，是因為不但在潔凈室中具備前述產(chǎn)生靜電的多種工藝因素，而且因為潔凈室中的許多材料如塑料地面、墻面，尼龍、的確良等工作服都有很高的電阻率，都極易產(chǎn)生靜電和集聚靜電，在潔凈室的靜電災(zāi)害未被重視以前，這些材料料是被廣泛采用的

三、作用

　　控制產(chǎn)品 (如硅芯片等) 所接觸之大氣的潔凈度及溫濕度，使產(chǎn)品能在一個良好之環(huán)境空間中生產(chǎn)、制造。此空間的設(shè)計施工過程即可稱為凈化工程。

四、分類

亂流式 (Turbulent Flow)

　　空氣由空調(diào)箱經(jīng)風(fēng)管與潔凈室內(nèi)之空氣過濾器(HEPA) 進入潔凈室，并由潔凈室兩側(cè)隔間墻板或高架地板

回風(fēng)。氣流非直線型運動而呈不規(guī)則之亂流或渦流狀態(tài)。此型式適用于潔凈室等級1,000-100,000級。

　　優(yōu)點：構(gòu)造簡單、系統(tǒng)建造成本低，潔凈室的擴充比較容易，在某些特殊用途場所，可并用無塵工作臺，提高潔凈室等級。

　　缺點：亂流造成的微塵粒子于室內(nèi)空間飄浮不易排出，易污染制程產(chǎn)品。另外若系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)再激活，欲達需求之潔凈度，往往須耗時相當長一段時間。

層流式(Laminar)

　　層流式空氣氣流運動成一均勻之直線型，空氣由覆蓋率100%之過濾器進入室內(nèi)，并由高架地板或兩側(cè)隔墻板回風(fēng)。此型式適用于潔凈室等級需定較高的環(huán)境使用，一般其潔凈室等級為Class1~100。其型式可分為二種：

　　(1)水平層流式：水平式空氣自過濾器單方向吹出，由對邊墻壁之回風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng)，塵埃隨風(fēng)向排出室外，一般在下流側(cè)污染較嚴重。

　　優(yōu)點：構(gòu)造簡單，運轉(zhuǎn)后短時間內(nèi)即可變成穩(wěn)定。

　　缺點：建造費用比亂流式高，室內(nèi)空間不易擴充。

　　(2)垂直層流式：房間天花板完全以ULPA過濾器覆蓋，空氣由上往下吹，可得較高之潔凈度，在制程中或工作人員所產(chǎn)生的塵埃可快速排出室外而不會影響其它工作區(qū)域。

　　優(yōu)點：管理容易，運轉(zhuǎn)開始短時間內(nèi)即可達穩(wěn)定狀態(tài)，不易為作業(yè)狀態(tài)或作業(yè)人員所影響。

缺點：構(gòu)造費用較高，彈性運用空間困難，天花板之吊架相當占空間，維修更換過濾器較麻煩。

復(fù)合式(Mixed Type)：

　　復(fù)合式為將亂流式及層流式予以復(fù)合或并用，可提供局部超潔凈之空氣。

　　(1)潔凈隧道(Clean Tunnel)：以HEPA或ULPA過濾器將制程區(qū)域或工作區(qū)域100%覆蓋使?jié)崈舳鹊燃壧岣咧?0級以上，可節(jié)省安裝運轉(zhuǎn)費用。此型式需將作業(yè)人員之工作區(qū)與產(chǎn)品和機器維修予以隔離，以避免機器維修時影響工作及品質(zhì)。ULSI制程大都采用此種型式。

　　潔凈隧道另有二項優(yōu)點：A.彈性擴充容易； B.維修設(shè)備時可在維修區(qū)輕易執(zhí)行。

　　(2)潔凈管道(Clean Tube)：將產(chǎn)品流程經(jīng)過的自動生產(chǎn)線包圍并凈化處理，將潔凈度等級提至100級以上。因產(chǎn)品和作業(yè)員及發(fā)塵環(huán)境相互隔離，少量之送風(fēng)即可得到良好之潔凈度，可節(jié)省能源，不需人工的自動化生產(chǎn)線為最適宜使用。藥品、食品業(yè)界及半導(dǎo)體業(yè)界均適用。

　　(3)并裝局部潔凈室(Clean Spot)：將潔凈室等級10,000~100,000之亂流潔凈室內(nèi)之產(chǎn)品制程區(qū)的潔凈度等級提高為10~1000級以上，以為生產(chǎn)之用；潔凈工作臺、潔凈工作棚、潔凈風(fēng)柜即屬此類。

局部潔凈工程

　　潔凈工作臺：等級Class 1~100級。

　　潔凈工作棚：為在亂流式之潔凈室空間內(nèi)以防靜電之透明塑料布圍成一小空間，采用獨立之HEPA或ULPA及空調(diào)送風(fēng)機組而成為一較高級之潔凈空間，其等級為10~1000級，高度在2.5米左右，覆蓋面積約10m2以下，四支支柱并加裝活動輪，可為彈性運用。

五、空氣潔凈度等級標準及規(guī)范

　　經(jīng)濟和科技發(fā)達的國家和地區(qū)都有自己的空氣潔凈標準和規(guī)范標準，都規(guī)定了有關(guān)的潔凈度等級，例如美國、日本、西歐、北歐、俄羅斯等。我國于1984年頒布《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》（GBJ73-84），1996年該規(guī)范進行了較大的修改，1990年頒布《潔凈室施工及驗收規(guī)范》（JGJ71-90）以指導(dǎo)施工和驗收的重要文件。目前，該規(guī)范在重新修訂中。

GBJ73-84規(guī)定的潔凈度等級

等級	每立方米（升）空氣中》0.5μm塵粒數(shù)	每立方米（升）空氣中》5μm塵粒數(shù)
100	《35*100（〈3.5〉
1000	《35*1000（〈35〉	《250（〈0.25〉
10000	《35*10000（〈350〉	《2500（〈2.5〉
100000	《35*100000（〈3500〉	《25000（〈25〉

美國聯(lián)邦標準FS209E中的潔凈等級

等級名稱	等級限值
0.1μm	0.2μm	0.3μm	0.5μm	5μm
容積單位	容積單位	容積單位	容積單位	容積單位
國際單位	英制 單位	m	Ft	m	Ft	m	Ft	m	Ft	m	Ft
M1.0		350	9.91	75.7	2.14	30.9	0.875	10	0.283	/	/
M1.5	1	1240	35.0	265.0	7.5	106	3	35.3	1	/	/
M2.0		3500	99.1	757	21.4	309	8.75	100	2.83	/	/
M2.5	10	12400	350.0	2650	75	1060	30	353	10	/	/
M3.0		35000	991.0	7570	214	3090	87.5	1000	28.3	/	/
M3.5	100	/	/	26500	750	10600	300	3530	100	/	/
M4.0		/	/	75700	2140	30900	875	10000	283	/	/
M4.5	1000	/	/	/	/	/	/	35300	1000	247	7
M5.0		/	/	/	/	/	/	100000	2830	618	17.5
M5.5	10000	/	/	/	/	/	/	353000	10000	2470	70
M6.0		/	/	/	/	/	/	1000000	28300	6180	175
M6.5	100000	/	/	/	/	/	/	3530000	100000	24700	700
M7.0		/	/	/	/	/	/	10000000	283000	61800	1750

六、行業(yè)應(yīng)用

　　凈化工程是一個應(yīng)用行業(yè)非常廣泛的基礎(chǔ)性配套產(chǎn)業(yè)，目前在電子信息、半導(dǎo)體、光電子、精密制造、醫(yī)藥衛(wèi)生、生物工程、航天航空、汽車噴涂等眾多行業(yè)均有應(yīng)用，并根據(jù)行業(yè)的精密與無塵要求，等級差別也較大。

　　目前級別最高的當屬航天航空的航空倉，基本是屬于1級，屬于特殊領(lǐng)域，面積相對較小。

另外對級別要求較高的是生化實驗室和高精納米材料生產(chǎn)車間，物聯(lián)網(wǎng)芯片的發(fā)展將是未來需求的一大方向。

　　隨著電子元器件向微小化方向發(fā)展，液晶面板已經(jīng)升級至第八代，行業(yè)需求非常巨大。