क्लीन रूम इंजीनियरिंग प्रौद्योगिकी का विश्लेषण

1. धूल रहित स्वच्छ कक्ष में धूल के कणों को हटाना

क्लीन रूम का मुख्य कार्य उत्पादों (जैसे सिलिकॉन चिप्स आदि) के लिए उपयुक्त वातावरण की स्वच्छता, तापमान और आर्द्रता को नियंत्रित करना है, ताकि उत्पादों का उत्पादन और निर्माण एक अनुकूल वातावरण में हो सके। हम इस स्थान को क्लीन रूम कहते हैं। अंतर्राष्ट्रीय मानकों के अनुसार, स्वच्छता स्तर मुख्य रूप से प्रति घन मीटर हवा में मानक से अधिक व्यास वाले कणों की संख्या से निर्धारित होता है। दूसरे शब्दों में, तथाकथित धूल-मुक्त का अर्थ 100% धूल-मुक्त होना नहीं है, बल्कि धूल के स्तर को बहुत कम करना है। बेशक, इस मानक में धूल के मानक को पूरा करने वाले कण हमारे द्वारा देखी जाने वाली सामान्य धूल की तुलना में बहुत छोटे होते हैं, लेकिन ऑप्टिकल संरचनाओं के लिए, थोड़ी सी धूल भी बहुत बड़ा नकारात्मक प्रभाव डाल सकती है, इसलिए ऑप्टिकल संरचना उत्पादों के उत्पादन में धूल-मुक्त होना एक अनिवार्य आवश्यकता है।

0.5 माइक्रोन या उससे अधिक आकार के धूल कणों की संख्या को 3520/घन मीटर से कम नियंत्रित करने पर अंतर्राष्ट्रीय धूल-मुक्त मानक का क्लास A प्राप्त हो जाता है। चिप उत्पादन और प्रसंस्करण में प्रयुक्त धूल-मुक्त मानक में क्लास A से भी उच्च स्तर की आवश्यकताएँ होती हैं, और इस प्रकार के उच्च मानक का उपयोग मुख्य रूप से कुछ उच्च-स्तरीय चिप्स के उत्पादन में किया जाता है। इसमें धूल कणों की संख्या को 35,200 प्रति घन मीटर तक सख्ती से नियंत्रित किया जाता है, जिसे क्लीन रूम उद्योग में आमतौर पर क्लास B के रूप में जाना जाता है।

2. स्वच्छ कक्ष की तीन प्रकार की अवस्थाएँ

खाली क्लीन रूम: एक क्लीन रूम सुविधा जिसका निर्माण हो चुका है और जिसे उपयोग में लाया जा सकता है। इसमें सभी आवश्यक सेवाएं और कार्य उपलब्ध हैं। हालांकि, इस सुविधा में ऑपरेटरों द्वारा संचालित कोई उपकरण मौजूद नहीं है।

स्थैतिक क्लीन रूम: एक क्लीन रूम सुविधा जिसमें सभी आवश्यक कार्यक्षमताएं, उचित सेटिंग्स और इंस्टॉलेशन मौजूद हैं, जिसका उपयोग सेटिंग्स के अनुसार किया जा सकता है या जो उपयोग में है, लेकिन सुविधा में कोई ऑपरेटर मौजूद नहीं है।

डायनामिक क्लीन रूम: एक ऐसा क्लीन रूम जो सामान्य उपयोग में है, जिसमें सभी सेवा कार्य, उपकरण और कर्मचारी मौजूद हैं; आवश्यकता पड़ने पर सामान्य कार्य किया जा सकता है।

3. नियंत्रण मद

(1). हवा में तैरते धूल के कणों को हटा सकता है।

(2). धूल के कणों के निर्माण को रोक सकता है।

(3). तापमान और आर्द्रता का नियंत्रण।

(4). दबाव विनियमन.

(5). हानिकारक गैसों का उन्मूलन।

(6). संरचनाओं और डिब्बों की वायु जकड़न।

(7). स्थैतिक विद्युत की रोकथाम।

(8). विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप की रोकथाम।

(9). सुरक्षा कारकों पर विचार।

(10). ऊर्जा बचत पर विचार।

4. वर्गीकरण

अशांत प्रवाह प्रकार

एयर कंडीशनिंग बॉक्स से वायु वाहिनी और एयर फिल्टर (HEPA) के माध्यम से स्वच्छ कक्ष में हवा प्रवेश करती है, और दोनों ओर स्थित विभाजन दीवार पैनलों या ऊंचे फर्शों से वापस लौटती है। वायु प्रवाह एक सीधी रेखा में नहीं होता, बल्कि अनियमित अशांत या भंवरनुमा अवस्था में होता है। यह प्रकार 1,000 से 100,000 श्रेणी के स्वच्छ कक्षों के लिए उपयुक्त है।

परिभाषा: एक स्वच्छ कक्ष जहां वायु प्रवाह असमान गति से होता है और समानांतर नहीं होता है, साथ ही साथ परावर्त प्रवाह या भंवर धारा भी होती है।

सिद्धांत: अशांत स्वच्छ कमरे, भीतरी हवा को लगातार पतला करने और धीरे-धीरे प्रदूषित हवा को पतला करके स्वच्छता प्राप्त करने के लिए वायु आपूर्ति के प्रवाह पर निर्भर करते हैं (अशांत स्वच्छ कमरे आमतौर पर 1,000 से 300,000 से ऊपर के स्वच्छता स्तर पर डिजाइन किए जाते हैं)।

विशेषताएं: टर्बुलेंट क्लीन रूम स्वच्छता और उच्च स्तर की सफाई प्राप्त करने के लिए कई वेंटिलेशन प्रणालियों पर निर्भर करते हैं। वेंटिलेशन परिवर्तनों की संख्या शुद्धिकरण स्तर निर्धारित करती है (जितने अधिक वेंटिलेशन परिवर्तन होंगे, स्वच्छता स्तर उतना ही उच्च होगा)।

(1) स्व-शुद्धिकरण समय: यह उस समय को संदर्भित करता है जब स्वच्छ कक्ष निर्धारित वेंटिलेशन संख्या के अनुसार स्वच्छ कक्ष में हवा की आपूर्ति शुरू करता है और कमरे में धूल की सांद्रता निर्धारित स्वच्छता स्तर तक पहुँच जाती है। श्रेणी 1,000 के लिए यह समय 20 मिनट से अधिक नहीं होना चाहिए (गणना के लिए 15 मिनट का उपयोग किया जा सकता है), श्रेणी 10,000 के लिए यह समय 30 मिनट से अधिक नहीं होना चाहिए (गणना के लिए 25 मिनट का उपयोग किया जा सकता है), और श्रेणी 100,000 के लिए यह समय 40 मिनट से अधिक नहीं होना चाहिए (गणना के लिए 30 मिनट का उपयोग किया जा सकता है)।

(2) वेंटिलेशन आवृत्ति (उपरोक्त स्व-सफाई समय आवश्यकताओं के अनुसार डिज़ाइन की गई) वर्ग 1,000: 43.5-55.3 बार/घंटा (मानक: 50 बार/घंटा) वर्ग 10,000: 23.8-28.6 बार/घंटा (मानक: 25 बार/घंटा) वर्ग 100,000: 14.4-19.2 बार/घंटा (मानक: 15 बार/घंटा)

लाभ: सरल संरचना, कम सिस्टम निर्माण लागत, क्लीन रूम का विस्तार करना आसान, कुछ विशेष प्रयोजन वाले स्थानों में, क्लीन रूम के स्तर को बेहतर बनाने के लिए धूल रहित क्लीन बेंच का उपयोग किया जा सकता है।

कमियां: अशांति के कारण उत्पन्न धूल के कण आंतरिक स्थान में तैरते रहते हैं और उन्हें बाहर निकालना कठिन होता है, जिससे प्रक्रिया उत्पादों में आसानी से संदूषण हो सकता है। इसके अलावा, यदि सिस्टम को बंद करके फिर से चालू किया जाता है, तो अपेक्षित स्वच्छता प्राप्त करने में अक्सर लंबा समय लगता है।

लामिना का प्रवाह

लैमिनर फ्लो वायु एकसमान सीधी रेखा में प्रवाहित होती है। वायु 100% कवरेज दर वाले फिल्टर से होकर कमरे में प्रवेश करती है और दोनों ओर लगे ऊंचे फर्श या विभाजन बोर्डों के माध्यम से वापस लौट जाती है। यह प्रकार उच्च क्लीनरूम ग्रेड, सामान्यतः क्लास 1 से 100 तक के क्लीनरूम वातावरण में उपयोग के लिए उपयुक्त है। इसके दो प्रकार हैं:

(1) क्षैतिज स्तरित प्रवाह: फिल्टर से क्षैतिज वायु एक ही दिशा में बाहर निकलती है और विपरीत दीवार पर स्थित वापसी वायु प्रणाली द्वारा वापस लौटती है। धूल वायु की दिशा के साथ बाहर की ओर उत्सर्जित होती है। सामान्यतः, अनुप्रवाह की ओर प्रदूषण अधिक गंभीर होता है।

लाभ: सरल संरचना, संचालन के बाद थोड़े समय में ही स्थिर हो सकता है।

कमियां: निर्माण लागत अशांत प्रवाह की तुलना में अधिक है, और आंतरिक स्थान का विस्तार करना आसान नहीं है।

(2) ऊर्ध्वाधर स्तरित प्रवाह: कमरे की छत पूरी तरह से यूएलपीए फिल्टर से ढकी होती है, और हवा ऊपर से नीचे की ओर बहती है, जिससे उच्च स्तर की स्वच्छता प्राप्त की जा सकती है। प्रक्रिया के दौरान या कर्मचारियों द्वारा उत्पन्न धूल को अन्य कार्य क्षेत्रों को प्रभावित किए बिना तुरंत बाहर निकाला जा सकता है।

लाभ: प्रबंधन में आसान, संचालन शुरू होने के कुछ ही समय बाद स्थिर स्थिति प्राप्त की जा सकती है, और यह परिचालन स्थिति या ऑपरेटरों से आसानी से प्रभावित नहीं होता है।

कमियां: निर्माण लागत अधिक, स्थान का लचीले ढंग से उपयोग करना मुश्किल, छत पर लगे हैंगर बहुत अधिक जगह घेरते हैं, और फिल्टर की मरम्मत और प्रतिस्थापन करना परेशानी भरा होता है।

मिश्रित प्रकार

मिश्रित प्रकार में अशांत प्रवाह और स्तरित प्रवाह दोनों को मिलाकर उपयोग किया जाता है, जिससे स्थानीय स्तर पर अति-स्वच्छ वायु प्रदान की जा सकती है।

(1) क्लीन टनल: प्रक्रिया क्षेत्र या कार्य क्षेत्र के 100% भाग को कवर करने के लिए HEPA या ULPA फ़िल्टर का उपयोग करें ताकि स्वच्छता स्तर को क्लास 10 से ऊपर बढ़ाया जा सके, जिससे स्थापना और संचालन लागत में बचत हो सकती है।

इस प्रकार की प्रक्रिया में ऑपरेटर के कार्य क्षेत्र को उत्पाद और मशीन रखरखाव से अलग रखना आवश्यक होता है ताकि मशीन रखरखाव के दौरान कार्य और गुणवत्ता प्रभावित न हो।

क्लीन टनल के दो अन्य फायदे हैं: ए. लचीले ढंग से विस्तार करना आसान है; बी. रखरखाव क्षेत्र में उपकरणों का रखरखाव आसानी से किया जा सकता है।

(2) क्लीन ट्यूब: उत्पाद प्रवाह वाली स्वचालित उत्पादन लाइन को चारों ओर से घेरकर शुद्ध करें और स्वच्छता स्तर को 100 से ऊपर बढ़ाएं। चूंकि उत्पाद, ऑपरेटर और धूल उत्पन्न करने वाला वातावरण एक दूसरे से अलग-थलग होते हैं, इसलिए कम मात्रा में वायु आपूर्ति से अच्छी स्वच्छता प्राप्त की जा सकती है, जिससे ऊर्जा की बचत होती है और यह उन स्वचालित उत्पादन लाइनों के लिए सबसे उपयुक्त है जिनमें मैन्युअल श्रम की आवश्यकता नहीं होती है। यह फार्मास्युटिकल, खाद्य और सेमीकंडक्टर उद्योगों में लागू होता है।

(3) स्वच्छ स्थान: 10,000~100,000 के स्वच्छ कमरे के स्तर वाले अशांत स्वच्छ कमरे में उत्पाद प्रक्रिया क्षेत्र का स्वच्छता स्तर उत्पादन उद्देश्यों के लिए 10~1000 या उससे ऊपर तक बढ़ाया जाता है; स्वच्छ वर्कबेंच, स्वच्छ शेड, पूर्वनिर्मित स्वच्छ कमरे और स्वच्छ अलमारियाँ इस श्रेणी में आती हैं।

क्लीन बेंच: कक्षा 1~100.

क्लीन बूथ: यह एक छोटा सा स्थान है जो अशांत क्लीन रूम स्पेस में एंटी-स्टैटिक पारदर्शी प्लास्टिक के कपड़े से घिरा होता है। इसमें स्वतंत्र HEPA या ULPA फिल्टर और एयर कंडीशनिंग यूनिट लगे होते हैं, जिससे यह एक उच्च स्तरीय क्लीन स्पेस बन जाता है। इसका स्तर 10 से 1000 तक होता है, ऊंचाई लगभग 2.5 मीटर होती है और क्षेत्रफल लगभग 10 वर्ग मीटर या उससे कम होता है। इसमें चार खंभे होते हैं और लचीले उपयोग के लिए इसमें घूमने वाले पहिये लगे होते हैं।

5. वायु प्रवाह

वायु प्रवाह का महत्व

किसी स्वच्छ कमरे की स्वच्छता अक्सर वायु प्रवाह से प्रभावित होती है। दूसरे शब्दों में, लोगों, मशीन के हिस्सों, भवन संरचनाओं आदि द्वारा उत्पन्न धूल की गति और फैलाव वायु प्रवाह द्वारा नियंत्रित होता है।

क्लीन रूम में हवा को फिल्टर करने के लिए HEPA और ULPA फिल्टर का उपयोग किया जाता है, और इसकी धूल संग्रहण दर 99.97 से 99.99995% तक है, इसलिए इस फिल्टर द्वारा फिल्टर की गई हवा को बहुत साफ कहा जा सकता है। हालांकि, लोगों के अलावा, क्लीन रूम में मशीनों जैसे धूल के स्रोत भी होते हैं। एक बार जब यह धूल फैल जाती है, तो स्वच्छ वातावरण बनाए रखना असंभव हो जाता है, इसलिए उत्पन्न धूल को तेजी से बाहर निकालने के लिए वायु प्रवाह का उपयोग करना आवश्यक है।

प्रभावित करने वाले कारक

क्लीन रूम के वायु प्रवाह को प्रभावित करने वाले कई कारक हैं, जैसे कि प्रक्रिया उपकरण, कर्मचारी, क्लीन रूम असेंबली सामग्री, प्रकाश व्यवस्था आदि। साथ ही, उत्पादन उपकरणों के ऊपर वायु प्रवाह के मोड़ बिंदु को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए।

सामान्य परिचालन टेबल या उत्पादन उपकरण की सतह पर वायु प्रवाह मोड़ बिंदु को क्लीन रूम स्पेस और विभाजन बोर्ड के बीच की दूरी के 2/3 भाग पर स्थापित किया जाना चाहिए। इस प्रकार, जब ऑपरेटर काम कर रहा होता है, तो वायु प्रवाह प्रक्रिया क्षेत्र के अंदर से परिचालन क्षेत्र की ओर प्रवाहित होकर धूल को दूर ले जा सकता है; यदि मोड़ बिंदु प्रक्रिया क्षेत्र के सामने स्थापित किया जाता है, तो यह अनुचित वायु प्रवाह मोड़ बन जाता है। ऐसे में, अधिकांश वायु प्रवाह प्रक्रिया क्षेत्र के पीछे की ओर प्रवाहित होगा, और ऑपरेटर के संचालन से उत्पन्न धूल उपकरण के पीछे तक पहुँच जाएगी, जिससे वर्कबेंच दूषित हो जाएगी और उत्पादन में अनिवार्य रूप से कमी आएगी।

क्लीन रूम में वर्क टेबल जैसी बाधाओं के जंक्शन पर भंवर धाराएं उत्पन्न होती हैं, और उनके आसपास की स्वच्छता अपेक्षाकृत कम होती है। वर्क टेबल पर वायु वापसी के लिए छेद करने से भंवर धारा की समस्या कम हो जाती है; असेंबली सामग्री का चयन उचित है या नहीं और उपकरण का लेआउट सही है या नहीं, ये भी महत्वपूर्ण कारक हैं जो वायु प्रवाह के भंवर धारा में परिणत होने को प्रभावित करते हैं।

6. क्लीन रूम की संरचना

क्लीन रूम की संरचना निम्नलिखित प्रणालियों से मिलकर बनी होती है (इनमें से कोई भी प्रणाली के अणुओं में अपरिहार्य नहीं है), अन्यथा एक पूर्ण और उच्च-गुणवत्ता वाला क्लीन रूम बनाना संभव नहीं होगा:

(1) सीलिंग सिस्टम: जिसमें सीलिंग रॉड, आई-बीम या यू-बीम, सीलिंग ग्रिड या सीलिंग फ्रेम शामिल हैं।

(2) वातानुकूलन प्रणाली: जिसमें एयर केबिन, फिल्टर प्रणाली, पवनचक्की आदि शामिल हैं।

(3) विभाजन दीवार: खिड़कियों और दरवाजों सहित।

(4) फर्श: जिसमें ऊंचा फर्श या स्थैतिक-रोधी फर्श शामिल है।

(5) प्रकाश व्यवस्था: एलईडी शुद्धिकरण फ्लैट लैंप।

क्लीन रूम की मुख्य संरचना आमतौर पर स्टील की छड़ों या बोन सीमेंट से बनी होती है, लेकिन संरचना चाहे किसी भी प्रकार की हो, उसे निम्नलिखित शर्तों को पूरा करना होगा:

ए. तापमान परिवर्तन और कंपन के कारण कोई दरार नहीं पड़ेगी;

बी. धूल के कणों का उत्पादन करना आसान नहीं है, और कणों का चिपकना भी मुश्किल है;

सी. कम जलशोषकता;

डी. स्वच्छ कक्ष में आर्द्रता की स्थिति बनाए रखने के लिए, तापीय इन्सुलेशन उच्च होना चाहिए;

7. उपयोग के आधार पर वर्गीकरण

औद्योगिक स्वच्छ कक्ष

इसका उद्देश्य निर्जीव कणों का नियंत्रण करना है। यह मुख्य रूप से कार्य स्थल पर वायु में मौजूद धूल कणों के प्रदूषण को नियंत्रित करता है और आंतरिक भाग में आमतौर पर सकारात्मक दबाव बनाए रखता है। यह सटीक मशीनरी उद्योग, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग (सेमीकंडक्टर, एकीकृत सर्किट आदि), एयरोस्पेस उद्योग, उच्च-शुद्धता रसायन उद्योग, परमाणु ऊर्जा उद्योग, ऑप्टिकल और चुंबकीय उत्पाद उद्योग (सीडी, फिल्म, टेप उत्पादन), एलसीडी (लिक्विड क्रिस्टल ग्लास), कंप्यूटर हार्ड डिस्क, कंप्यूटर हेड उत्पादन और अन्य उद्योगों के लिए उपयुक्त है।

जैविक स्वच्छ कक्ष

मुख्यतः यह कार्यस्थल पर जीवित कणों (बैक्टीरिया) और निर्जीव कणों (धूल) के प्रदूषण को नियंत्रित करता है। इसे निम्नलिखित भागों में विभाजित किया जा सकता है:

ए. सामान्य जैविक स्वच्छ कक्ष: मुख्य रूप से सूक्ष्मजीवों (जीवाणुओं) से होने वाले प्रदूषण को नियंत्रित करता है। साथ ही, इसकी आंतरिक सामग्री विभिन्न रोगाणुनाशक एजेंटों के क्षरण को सहन करने में सक्षम होनी चाहिए, और आंतरिक भाग आमतौर पर धनात्मक दाब सुनिश्चित करता है। अनिवार्य रूप से, आंतरिक सामग्री औद्योगिक स्वच्छ कक्ष के विभिन्न रोगाणुनाशक उपचारों को सहन करने में सक्षम होनी चाहिए। उदाहरण: दवा उद्योग, अस्पताल (ऑपरेशन कक्ष, रोगाणुरहित वार्ड), खाद्य, सौंदर्य प्रसाधन, पेय पदार्थ उत्पादन, पशु प्रयोगशालाएँ, भौतिक और रासायनिक परीक्षण प्रयोगशालाएँ, रक्त केंद्र आदि।

बी. जैविक सुरक्षा स्वच्छ कक्ष: मुख्य रूप से कार्यस्थल के जीवित कणों से बाहरी वातावरण और मनुष्यों में होने वाले प्रदूषण को नियंत्रित करता है। आंतरिक दबाव वातावरण के सापेक्ष ऋणात्मक बनाए रखना आवश्यक है। उदाहरण: जीवाणु विज्ञान, जीव विज्ञान, स्वच्छ प्रयोगशालाएँ, भौतिक अभियांत्रिकी (पुनर्संयोजित जीन, टीका निर्माण)