潔凈室中空氣顆粒物沉積機(jī)制
潔凈室中空氣顆粒物沉積機(jī)制
1. 潔凈室按ISO14644-1:1999依據(jù)空氣中顆粒物濃度分類(lèi)，但空氣中顆粒物濃度無(wú)法直接衡量表面和產(chǎn)品受污染程度，需通過(guò)測(cè)定產(chǎn)品附近表面的顆粒沉積率（PDR）確定。
2. 已有研究多關(guān)注半導(dǎo)體制造中小顆粒（1微米）沉積，且關(guān)于潔凈室顆粒沉積的信息多為理論性，湍流沉積影響被忽視。本文旨在回顧相關(guān)已發(fā)表信息，特別是較大顆粒（10微米）的，同時(shí)報(bào)告包括湍流沉積在內(nèi)的不同沉積機(jī)制重要性的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果。
二、顆粒沉積機(jī)制
1. **主要機(jī)制**
- **重力沉降**：對(duì)約0.5微米以上顆粒是主要機(jī)制，沉積速度與顆粒直徑平方成正比，如5微米顆粒沉降速度約0.08厘米/秒，50微米約8厘米/秒。
- **湍流沉積**：空氣清流將顆粒物沉積到表面，大于約1微米的顆粒物因慣性沉積，空氣流越大，沉積越多。
- **靜電吸引**：帶電荷顆粒被帶相反電荷表面吸引，潔凈室設(shè)計(jì)會(huì)減少關(guān)鍵表面靜電荷，僅在特定情況下重要。
- **布朗擴(kuò)散**：對(duì)0.5微米以下顆粒重要，因受空氣分子和其他顆粒撞擊產(chǎn)生隨機(jī)運(yùn)動(dòng)而沉積。
2. **次要機(jī)制**：包括撞擊、攔截、熱泳、湍流泳，在潔凈室中通常不重要。
## 三、粒子沉積率（PDR）
1. 定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)沉積到單位表面積上的粒子數(shù)量，本文單位為個(gè)/平方分米/小時(shí)。
2. 計(jì)算：通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)測(cè)量沉積到標(biāo)準(zhǔn)表面積上的粒子數(shù)量得出，需扣除清潔后見(jiàn)證板上的背景計(jì)數(shù)。
## 四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法
1. **潔凈室參數(shù)**：非UDAF型，面積25m2，體積67.5m3，正常情況下9個(gè)風(fēng)機(jī)過(guò)濾單元，總供氣量4050m3/h，換氣次數(shù)約60次/小時(shí)；實(shí)驗(yàn)時(shí)開(kāi)啟2個(gè)，總送風(fēng)量900m3/h，換氣率約13次/小時(shí)，還研究了無(wú)通風(fēng)和單向氣流狀態(tài)。
2. **顆粒來(lái)源**：實(shí)驗(yàn)期間3人在潔凈室，穿普通室內(nèi)服裝，通過(guò)活動(dòng)產(chǎn)生顆粒。
3. **見(jiàn)證板**：直徑12厘米（面積49平方厘米）的潔凈玻璃觀察板，暴露約90分鐘后用HE850顆粒沉積測(cè)量?jī)x計(jì)數(shù)和測(cè)量尺寸。
4. **等效直徑計(jì)算**：通過(guò)顆粒頂面面積計(jì)算，公式為\(Equivalent particle diameter =\sqrt{4A/\pi}\)（A為顆粒頂面面積）。
## 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
1. **10微米顆粒沉積**
- 不同通風(fēng)條件下，頂板（朝上）的粒子沉積率（PDR）顯著更高，重力沉積占總沉積量的82%，非重力沉積占18%。
- 非重力沉積中，湍流沉積至少占一半，在每小時(shí)13次空氣交換狀態(tài)下，非重力沉積量是不通風(fēng)狀態(tài)的兩倍；單向氣流條件下，非重力沉積量取決于平板相對(duì)于氣流的朝向，立方體后方湍流強(qiáng)度最大，沉積量最高。
2. **攜帶微生物的顆粒（MCPs）沉積**：總非重力沉積率為6%，94%來(lái)自重力沉積，因營(yíng)養(yǎng)瓊脂無(wú)靜電荷，剩余沉積可能主要由湍流沉積造成，MCPs平均空氣動(dòng)力學(xué)粒徑約12微米，粒徑分布比10微米顆粒更小。
3. **平行見(jiàn)證板研究**：在三種通風(fēng)條件下，沉積在下部和上部平板上的10微米顆粒百分比相近，接近50%。
## 六、結(jié)論
1. 潔凈室中顆粒主要沉積機(jī)制為重力沉降、湍流沉積，特定情況下有靜電吸引，布朗擴(kuò)散對(duì)小于0.5微米顆粒重要。
2. 10微米顆粒沉積中，重力沉降占82%，非重力沉積占18%，其中至少一半為湍流沉積。
3. 不同實(shí)驗(yàn)條件和顆粒類(lèi)型下，沉積機(jī)制占比有所差異，粒徑分布是影響因素之一。