
潔凈技術(shù)發(fā)展
潔凈技術(shù)發(fā)展(cleanroom)是適應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究與產(chǎn)品加工的精密化,、微型化,、高純度、高質(zhì)量和高可靠性等方面要求而誕生的一門(mén)新興技術(shù),。潔凈室(cleanroom)這個(gè)名詞和概念源于18世紀(jì)六十年代的歐洲醫(yī)學(xué),,當(dāng)時(shí)的理解僅限于經(jīng)噴灑消毒后可以控制創(chuàng)部感染率的處置室,、手術(shù)室這類(lèi)滅菌處理的工作境。
潔凈技術(shù)的誕生
潔凈技術(shù)(cleanroom)是適應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究與產(chǎn)品加工的精密化、微型化,、高純度,、高質(zhì)量和高可靠性等方面要求而誕生的一門(mén)新興技術(shù)。
潔凈室(cleanroom)這個(gè)名詞和概念源于18世紀(jì)六十年代的歐洲醫(yī)學(xué),,當(dāng)時(shí)的理解僅限于經(jīng)噴灑消毒后可以控制創(chuàng)部感染率的處置室,、手術(shù)室這類(lèi)滅菌處理的工作環(huán)境。
現(xiàn)代潔凈室雖然延用了這個(gè)名詞,,但在定義和內(nèi)涵上都與原有的概念有根本的不同,,現(xiàn)代潔凈室形成一項(xiàng)專(zhuān)門(mén)技術(shù),其歷史不過(guò)只有半個(gè)世紀(jì),。
一切技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展,,都是出于生產(chǎn)的需要,潔凈室技術(shù)也不例外,。在第二次世界大戰(zhàn)期間,,美國(guó)生產(chǎn)的飛機(jī)導(dǎo)航用氣浮陀羅儀,由于質(zhì)量不穩(wěn)定,,每10個(gè)陀羅儀平均要返工120次,。50年代初朝鮮半島戰(zhàn)爭(zhēng)期間,美國(guó)的16萬(wàn)臺(tái)電子通訊設(shè)備,,更換了百萬(wàn)個(gè)以上的電子部件,,雷達(dá)出故障的時(shí)間占84%,潛水艇聲納出故障的時(shí)間占48%,。原因都是電子器件、零部件的可靠性差,,質(zhì)量不穩(wěn)定,。軍方與廠商究其原因,最終從多方面判定與生產(chǎn)環(huán)境不清潔有關(guān),。盡管當(dāng)時(shí)曾不惜工本,,采取了種種嚴(yán)密措施來(lái)封閉生產(chǎn)車(chē)間,但收效甚微,。直到50年代初,,將美國(guó)原子能委員會(huì)為
解決對(duì)人體有害的放射性塵埃的捕集問(wèn)題,,于1951年研制成功的高效空氣過(guò)濾器(HEPA—High Efficiency Particulate AirFilter)應(yīng)用于生產(chǎn)車(chē)間的送風(fēng)過(guò)濾,才真正誕生了具有現(xiàn)代意義的潔凈室,。
1961年美國(guó)桑第阿國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Sandia National Laboratories)的高級(jí)研究人員懷特菲爾特(Willis Whitfield)提出了當(dāng)時(shí)稱(chēng)之為層流(laminar flow),,現(xiàn)正名為單向流(unidirectional flow)的潔凈空氣流組織方案,并應(yīng)用于實(shí)際工程,。從此潔凈室達(dá)到了前所未有的更高潔凈級(jí)別,。
同年美國(guó)空軍制定頒發(fā)了世界上第一個(gè)潔凈室標(biāo)準(zhǔn)TO—00—25——203空軍指令“潔凈室與潔凈工作臺(tái)的設(shè)計(jì)與運(yùn)轉(zhuǎn)特性標(biāo)準(zhǔn)”。在此基礎(chǔ)上,,1963年12月公布了將潔凈室劃分為三個(gè)級(jí)別的美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FED—STD—209,。至此形成了完善的潔凈室技術(shù)的雛形。以上的這三個(gè)關(guān)鍵的進(jìn)步,,常被譽(yù)為現(xiàn)代潔凈室發(fā)展歷史上的三個(gè)里程碑,。
上世紀(jì)六二年代中期,潔凈室在美國(guó)如雨后春筍涌現(xiàn)在各種工業(yè)部門(mén),。它不僅用于軍事工業(yè),,也在電子、光學(xué),、微型軸承,、微型電機(jī)、感光膠片,、超純化學(xué)試劑等工業(yè)部門(mén)得到推廣,,對(duì)當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展起了很大的促進(jìn)作用。
七十年代初潔凈室的建設(shè)重點(diǎn)開(kāi)始轉(zhuǎn)向醫(yī)療,、制藥,、食品及生化等行業(yè)。除美國(guó)而外,,其它工業(yè)先進(jìn)國(guó)家,,日本、德國(guó),、英國(guó),、法國(guó)、瑞士,、前蘇聯(lián),、荷蘭等也都十分重視并先后大力發(fā)展了潔凈技術(shù)。
潔凈技術(shù) - 發(fā)展歷程
六十年代初是中國(guó)潔凈技術(shù)發(fā)展的起步階段,,大致比國(guó)外晚了十年,。在中國(guó),那是一個(gè)非常特殊的困難年代,,一方面剛度過(guò)三年自然災(zāi)害,,經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱,,另一方面與世界科技先進(jìn)國(guó)家沒(méi)有直接交往,得不到必要的科技數(shù)據(jù),、信息和樣品,。在這種艱難條件下,圍繞精密機(jī)械,、航空儀表和電子工業(yè)的需要,,中國(guó)的潔凈技術(shù)工作者開(kāi)始了自己的創(chuàng)業(yè)歷程。
潔凈技術(shù)在中國(guó)發(fā)展的歷程劃分為如下幾個(gè)階段:
起步和奠基階段
六十年代初至七十年代末,,這十多年是中國(guó)潔凈技術(shù)的起步和奠基階段,。
1965年,由中國(guó)建筑科學(xué)研究院空氣調(diào)節(jié)研究所和蚌埠絕緣材料廠等單位研制完成帶波紋隔板的高效空氣過(guò)濾器通過(guò)鑒定,,標(biāo)志了我國(guó)潔凈技術(shù)開(kāi)始正式起步,。當(dāng)時(shí)所用濾紙有兩種材質(zhì),一種是藍(lán)石棉纖維濾紙的GS系列高效空氣過(guò)濾器,,但因生產(chǎn)過(guò)程對(duì)人體健康不利很快被淘汰,;另一種是超細(xì)玻璃纖維濾紙的GB系列高效空氣過(guò)濾器,一直沿用至今,。經(jīng)國(guó)內(nèi)多次與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品對(duì)比測(cè)試,,以及美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)氣溶膠研究所對(duì)中國(guó)高效過(guò)濾器濾紙所作測(cè)試的結(jié)果,都證明國(guó)產(chǎn)高效空氣過(guò)濾器的主要技術(shù)指標(biāo),,達(dá)到同期國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),。
值得提及的是,盡管日本自50年代末已著手與美國(guó)合作在日本制造高效空氣過(guò)濾器,,潔凈技術(shù)起步較早,,但技術(shù)與濾紙來(lái)自美國(guó),直到1969年日本的HEPA過(guò)濾器才完全國(guó)化,。
與此同時(shí),,先后于1963年研制成功濾料鈉焰試驗(yàn)臺(tái),1964年建成了高效過(guò)濾器的鈉焰試驗(yàn)臺(tái),,這時(shí)高效空氣過(guò)濾器的正常生產(chǎn)和質(zhì)量提高了保證作用,。中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生研究所、清華大學(xué)核能所等單位,,為此付出了艱辛的工作,。
如果把高效空氣過(guò)濾器比喻為潔凈技術(shù)的“心臟”,那么檢測(cè)技術(shù)及儀器則是潔凈技術(shù)的眼睛,,靠它來(lái)鑒別與把關(guān)。六十年代中期,,中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生研究所,、哈爾濱建工學(xué)院,、丹東儀表研究所、中科院安徽光機(jī)所,、建研院空調(diào)所等單位先后投入力量研制光散射粒子計(jì)數(shù)器,。1973年,建研院歷時(shí)三年研制成功了中國(guó)第一臺(tái)型號(hào)為J—73型的塵埃粒子計(jì)數(shù)器,,以及標(biāo)定粒子計(jì)數(shù)器用的標(biāo)準(zhǔn)粒子——單分散聚苯乙烯膠乳標(biāo)準(zhǔn)粒子(PSL),,其平均粒徑從0.177~1.460μm,共九種,,標(biāo)準(zhǔn)差很小,,均方根差變系數(shù)σ/χ<5%。J—73型共設(shè)有15個(gè)粒徑檔,,測(cè)量范圍是0.3~10μm,,采樣流量為300ml/min。這兩項(xiàng)成果于1974年通過(guò)國(guó)家鑒定并認(rèn)為已達(dá)到或接近當(dāng)時(shí)的世界水平,。塵埃粒子計(jì)數(shù)器的推廣應(yīng)用,,推動(dòng)了中國(guó)潔凈技術(shù)的科研、設(shè)計(jì)和凈化設(shè)備生產(chǎn),,沿著自立,、自強(qiáng)的道路向前進(jìn)步。
同時(shí),,一些電子技術(shù),、精密機(jī)械和國(guó)防工業(yè)相關(guān)的設(shè)計(jì)院,也在探索,、研究潔凈室的工程設(shè)計(jì),。1965年建成的沈陽(yáng)119廠和石家莊13所就是由三機(jī)部四院(現(xiàn)航空工業(yè)部第四設(shè)計(jì)院)和四機(jī)部第二設(shè)計(jì)院(現(xiàn)中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院)分別參照原蘇聯(lián)的妝化等級(jí)設(shè)計(jì)建設(shè)的。
中國(guó)科學(xué)院設(shè)計(jì)院1966年選用國(guó)產(chǎn)GB系列高效空氣過(guò)濾器設(shè)計(jì)了中國(guó)科學(xué)院面積為760平方米的精密機(jī)械裝配車(chē)間,,1970年投入生產(chǎn),。后經(jīng)測(cè)定,在靜態(tài)條件下,,室內(nèi)換氣次數(shù)為20AC/h時(shí),,室內(nèi)潔凈度達(dá)到當(dāng)時(shí)美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209A的10000級(jí)。
1973年初,,四機(jī)部第十設(shè)計(jì)院和第十一設(shè)計(jì)院,,分別著手進(jìn)行了878廠和4433廠的潔凈車(chē)間設(shè)計(jì),兩個(gè)工廠的潔凈室級(jí)別包括從FED—STD—209A的100,000級(jí)至100級(jí),,采用的氣流流型有垂直單向流,、水平單向流和亂流等。
在這個(gè)階段內(nèi),,與潔凈室配套的凈化設(shè)備陸續(xù)試制成功,,一些原來(lái)生產(chǎn)無(wú)線電,、半導(dǎo)體專(zhuān)用設(shè)備的、生產(chǎn)醫(yī)療器械的工廠轉(zhuǎn)向凈化設(shè)備的生產(chǎn),,在國(guó)內(nèi)形成了初步的潔凈室設(shè)備生產(chǎn)規(guī)模與布局,。這些工廠當(dāng)時(shí)主要分布在北京、天津,、蘇州,、上海和重慶。從設(shè)計(jì)制造多種型式的潔凈工作臺(tái)(clean bench)開(kāi)始,,隨后陸續(xù)設(shè)計(jì)制造了風(fēng)淋室,、氣閘室、物料傳遞窗,、余壓閥等相關(guān)設(shè)備,。
為了適應(yīng)六十年代末、七十年代初,,一些研究機(jī)構(gòu)對(duì)小型潔凈工作環(huán)境的需求,,以及一些舊廠房進(jìn)行小規(guī)模潔凈室改造的需要,建研院空調(diào)所,、六機(jī)部九院(現(xiàn)船舶工業(yè)總公司第九設(shè)計(jì)院),、三機(jī)部四院、天津醫(yī)療器械廠天津醫(yī)藥凈化設(shè)備廠前身)等單位,,研制成功了裝配式垂直單向流,、水平單向流潔室。這種由凈化設(shè)備廠生產(chǎn)的裝配式潔凈室,,特別在利用原有建筑物進(jìn)行技術(shù)改造,,所需凈化面積又比較小的場(chǎng)合,發(fā)揮了設(shè)計(jì),、施工快捷,,技術(shù)性能穩(wěn)定的特點(diǎn),1974年在天津通過(guò)了國(guó)家鑒定,。
1974年以來(lái),,建研院空調(diào)所、四機(jī)部十院等單位分別建立了潔凈技術(shù)試驗(yàn)室,,開(kāi)展了一些基礎(chǔ)研究,。如建研院空調(diào)所在該所試驗(yàn)室中進(jìn)行了亂流潔凈室均勻分布與不均勻分布計(jì)算的研究,全頂棚送風(fēng)兩側(cè)下回風(fēng)潔凈室氣流特性的研究等,;四機(jī)部第十設(shè)計(jì)研究院在該院的潔凈試驗(yàn)室中進(jìn)行了亂流潔凈室的試驗(yàn)研究,,高效過(guò)濾器送風(fēng)口的氣流分布研究,人體發(fā)塵量研究等多項(xiàng)課題。
與此同時(shí),,一些研究單位及設(shè)計(jì)院,,如七機(jī)部七院(航天工業(yè)部七院)、建研院空調(diào)所,、四機(jī)部十院、十一院,、二機(jī)部二院(核工業(yè)部二院),、六機(jī)部九院等,和一些大專(zhuān)院校如天津大學(xué),、同濟(jì)大學(xué),、河北工學(xué)院組成了配合國(guó)家大規(guī)模集成電路攻關(guān)的潔凈室技術(shù)研究協(xié)作組,為規(guī)范與提高中國(guó)的潔凈技術(shù)水平,,進(jìn)行了一系列的測(cè)試與調(diào)研工作,。如在北京、西安,、上海等地進(jìn)行了不同環(huán)境室外大氣含塵濃度的長(zhǎng)期臨測(cè)與統(tǒng)計(jì)分析,,在全國(guó)各地對(duì)已建潔凈室進(jìn)行了測(cè)試,并著手對(duì)潔凈室設(shè)計(jì),、施工,、運(yùn)行及設(shè)備生產(chǎn)方面的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。
潔凈技術(shù) - 國(guó)外發(fā)展概況
六十年代中,,美國(guó)的電子,、精密機(jī)械等工廠的潔凈室如雨后春筍,對(duì)當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展起了很大的促進(jìn)作用,,同時(shí)開(kāi)始了將工業(yè)潔凈室技術(shù)(ICR—Industrial Cleanroom)移植到生物潔凈室(BCR—Biological Cleanroom)的歷程,。七十年代初潔凈室的建設(shè)熱潮轉(zhuǎn)向醫(yī)療、制藥,、食品及生化等行業(yè),。
1966年在美國(guó)新墨西哥州建成了世界上第一個(gè)垂直單向流的生物潔凈技術(shù)室(BCOR—Biological Clean Operating Room)。同年,,當(dāng)時(shí)的美國(guó)污染控制協(xié)會(huì)AACC(American AssociationofContamination Control,,后并入IEST—Institute of Environmental Science and Technology),發(fā)表了“層流手術(shù)室的設(shè)計(jì)與建造”,、“層流潔凈空氣在外科領(lǐng)域的應(yīng)用”等指導(dǎo)性文件,。同年還在美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)建成了世界上第一個(gè)水平層流的無(wú)菌室。1967年在美國(guó)德州的M.D.安德遜病院建成了世界上最早的生物潔凈白血病室,。在英國(guó),,著名的整形外科專(zhuān)家恰利(D.J.Charnley),也于1966年建起了稱(chēng)之為潔凈房(clean house)型式的生物潔凈手術(shù)室。1969年在奧地利的里茨建成了歐洲第一個(gè)層流病房,,隨后在瑞士,、德國(guó)先后建成用于醫(yī)療的生物潔凈室。
在日本發(fā)展得更快,,1965年日本國(guó)立公眾衛(wèi)生院建成了采用高效過(guò)濾器的生物潔凈室(BCR)用于無(wú)菌動(dòng)物(SPF)的飼育室,。1970年在愛(ài)知縣職工病院建成了裝配式垂直層流白血病房。1972年建成了國(guó)立大阪醫(yī)院垂直層流流型無(wú)菌手術(shù)室,。至1977年底,,病院的生物潔凈室已達(dá)131個(gè)。
為確保藥品的安全性,、有效性,,1964年美國(guó)食品藥品管理局(FDA)開(kāi)始在美國(guó)實(shí)施“醫(yī)藥品的制造和質(zhì)量管理規(guī)范”,簡(jiǎn)稱(chēng)GMP(Good Manufacturing Practice),。1969年世界衛(wèi)生組織(WH0)頒布了GMP,,規(guī)定了為保證藥品無(wú)菌生產(chǎn),對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和用水質(zhì)量的要求,。生物潔凈室技術(shù)在美,、日、西歐等工業(yè)國(guó)家的制藥工業(yè)得到了廣泛應(yīng)用,。
美國(guó)FDA于1969年頒布了“食品制造標(biāo)準(zhǔn)”,,即食品的GMP,要求在制造和包裝過(guò)程中嚴(yán)格控制微生物和溫濕度,,以防止食品變質(zhì),。食品無(wú)菌裝罐的潔凈室,當(dāng)時(shí)在歐美迅速得到推廣,。
以美國(guó)為例,,1971年無(wú)菌裝罐食品總量為25.4億噸,1980年增長(zhǎng)為132.7億噸,,其中肉制品增長(zhǎng)幅度近19倍,。在食品釀造、發(fā)酵工業(yè)對(duì)純種的培養(yǎng),、接種,、擴(kuò)種等工藝也都采用了潔凈室技術(shù)。
以占有七成左右潔凈室市場(chǎng)的電子與半導(dǎo)體工業(yè)而言,,七十年代被稱(chēng)為大規(guī)模集成電路(LSI)時(shí)代,,而八十年代則被稱(chēng)為超大規(guī)模集成電路(VLSI)時(shí)代。集成電路的集成度從1970年以來(lái),,差不多以每隔2~3年增長(zhǎng)4倍速率飛速發(fā)展,。
七十年代末,64K位RAM作為進(jìn)入超大規(guī)模集成電路階段的標(biāo)志性產(chǎn)品研制過(guò)程中,注意到其典型線寬為3μm,,需控制的最小粒徑為0.3~0.8μm,。也就是說(shuō),以0.3μm效率為標(biāo)準(zhǔn)的HEPA過(guò)濾器不能適應(yīng)電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,。美國(guó),、日本相繼研制與制造了對(duì)0.1μm塵粒計(jì)數(shù)過(guò)濾效率99.99~99.995%的超高效空氣過(guò)濾器——ULPA(Ultra low penetration air)過(guò)濾器(亦可譯為“極低穿透率空氣過(guò)濾器”),。
潔凈技術(shù) - 成熟與發(fā)展階段
七十年代末至八十年代末,這十年間,,中國(guó)的潔凈技術(shù)經(jīng)歷了一段陽(yáng)光燦爛的發(fā)展階段。在中國(guó)潔凈技術(shù)發(fā)展歷程中,,許多標(biāo)志性的重要成果,幾乎都誕生在這個(gè)階段,。
1、標(biāo)準(zhǔn),、規(guī)范制定與國(guó)際交往方面:
1979年1月出版了以建研院空調(diào)所為首的設(shè)計(jì),、研究和大專(zhuān)院校等單位對(duì)建成的工業(yè)潔凈室的測(cè)試和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上編制的“空氣潔凈技術(shù)措施”,,起到了規(guī)范與推動(dòng)當(dāng)時(shí)中國(guó)潔凈室技術(shù)的重要作用,,為日后國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定奠定了基礎(chǔ),。
1984年12月頒發(fā)了以電子部第十設(shè)計(jì)院會(huì)同有關(guān)單位共同編制的GBJ73-84國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范”,,其中,,關(guān)于潔凈度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)等同采用了當(dāng)時(shí)國(guó)際上大多數(shù)國(guó)家認(rèn)同的美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209B,摒棄了此前在中國(guó)國(guó)內(nèi)曾在不同范圍內(nèi)使用過(guò)的多個(gè)借鑒國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)而自定的潔凈室分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),,為中國(guó)潔凈室技術(shù)與國(guó)際接軌向前邁進(jìn)了一步。
隨后,,結(jié)合中國(guó)國(guó)情,,參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)先后制定了GB6166-85高效濾料性能實(shí)驗(yàn)方法,、穿透率和阻力,,GB6167-85塵埃粒子計(jì)數(shù)器性能試驗(yàn)方法,,GB6168-85層流潔凈工作臺(tái)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)統(tǒng)一與規(guī)范試驗(yàn),、測(cè)定方法,增強(qiáng)科學(xué)性起了很大作用,。
值得一提的是1988年11月定稿的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB12218-89“一般通風(fēng)用空氣過(guò)濾器性能試驗(yàn)方法”中規(guī)定采用大氣塵的限徑計(jì)數(shù)效率法來(lái)測(cè)定粗,、中,、高中效空氣過(guò)濾器的效率,這是以天津大學(xué)為代表的國(guó)內(nèi)各研究單位多年實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)總結(jié),,在世界上率先采用此方法,。1993年歐洲通風(fēng)協(xié)會(huì)(ASHRAE)先后放棄了原有的大氣塵比色效率法(NBS,、AFI,、ASHRAE)的計(jì)重效率法,,同時(shí)頒布采用大氣塵或標(biāo)準(zhǔn)塵的計(jì)徑計(jì)數(shù)法,。
特別是1982年6月成立了中國(guó)電子學(xué)會(huì)潔凈技術(shù)分會(huì)(對(duì)外的名稱(chēng)是“中國(guó)污染控制協(xié)會(huì)”CCCS—Chinese Contamination Control Society),,并創(chuàng)辦了“潔凈技術(shù)”雜志(現(xiàn)名為“潔凈與空調(diào)技術(shù)”—Contamination Control & Air-conditioning Technology),,于1983年正式發(fā)刊,,在整合國(guó)內(nèi)潔凈室技術(shù)的各方面力量,,推動(dòng)潔凈室技術(shù)進(jìn)步以及在國(guó)際交流方面起了很大促進(jìn)作用,。1986年中國(guó)潔凈技術(shù)學(xué)會(huì)成國(guó)國(guó)際污染控制學(xué)會(huì)聯(lián)盟ICCCS(International Confederation ofContamination Control Society)的成員,。當(dāng)時(shí)的成員國(guó)僅有美(IEST),、英(SEE),、法(ASPES),、德(DIN/VDI),、日(JACA),、意(ASCCA)、瑞士(SRRT)及北歐四國(guó)(R3-Nodic)等,。(現(xiàn)增加至18個(gè)成員國(guó),有澳—ACCS,、俄—ASEMCO,、比—BCW、韓—KACA,、羅馬尼亞—RACC,、巴西—SBCC、荷—VCCN,、蘇格蘭—SZCZ),。
1998年第九屆ICCCS洛杉磯會(huì)議,、1990年第十屆ICCCS蘇黎士會(huì)議,,筆者代表中國(guó)應(yīng)約出任了大會(huì)執(zhí)行主席,。
2,、生物潔凈室技術(shù)方面:
生物潔凈室技術(shù)在中國(guó)的起步,,較國(guó)外晚了十多年,。七十年代末,,一些制藥廠對(duì)原有空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了改造,,開(kāi)始采用高效空氣過(guò)濾器作為空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)的末端,,以代替原有的過(guò)濾器或甘油紗布罩等,。上海醫(yī)藥工業(yè)設(shè)計(jì)院,、哈爾濱建工學(xué)院及有關(guān)制藥廠等單位在此時(shí)期先后在上海第四,、第七制藥廠、鎮(zhèn)江制藥廠采用了生物潔凈室技術(shù),。
1982年中國(guó)制藥工業(yè)公司依據(jù)國(guó)情與國(guó)外經(jīng)驗(yàn)制定了“藥品生產(chǎn)管理規(guī)范”(試行稿),,其中空氣潔凈度級(jí)別參考美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209A,將生產(chǎn)環(huán)境分為大于100,000級(jí)及100,000級(jí)的控制區(qū)和10,000級(jí)及局部100級(jí)的潔凈區(qū),。至1985年底又匯編了“藥品生產(chǎn)管理規(guī)范實(shí)施指南”,,連同經(jīng)過(guò)部分修改后的“規(guī)范”一并正式頒布,為推動(dòng)制藥工業(yè)的現(xiàn)代化奠定了基礎(chǔ),。1988年衛(wèi)生部頒發(fā)了“藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范”,,其精神與前述規(guī)范一致,為在制藥行業(yè)推行GMP認(rèn)證準(zhǔn)備了條件,。
在此階段生物潔凈室在醫(yī)療方面陸續(xù)得到推廣應(yīng)用,。1980年由哈爾濱建工學(xué)院與雞西無(wú)專(zhuān)共同研制的簡(jiǎn)易型水平層流空調(diào)凈化機(jī)組用于黑龍江醫(yī)院,;由六機(jī)部九院與上海金山電子設(shè)備廠合作完成的裝配式無(wú)菌病室用于上海新華醫(yī)院細(xì)胞研究室,、蘇州醫(yī)學(xué)院。
八十年代中,,總后營(yíng)房部設(shè)計(jì)院,、天津大學(xué)等設(shè)計(jì)建成了有各種氣流型式、相當(dāng)于美國(guó)宇航局標(biāo)準(zhǔn)NASA-5340Ⅱ的百級(jí)至萬(wàn)級(jí)的十多間土建式無(wú)菌手術(shù)室的301醫(yī)院康復(fù)中心手術(shù)樓,。天津大學(xué),、天津凈化設(shè)備廠設(shè)計(jì)建成了中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院血研所多間百級(jí)組裝式無(wú)菌病室。
八十年代初,、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院,、建研院空調(diào)所、蚌埠凈化設(shè)備廠等單位研制完成了Ⅱ-A級(jí)(相當(dāng)于P3級(jí))生物安全柜(Biohazard work station)的研制,;哈爾濱建工學(xué)院等單位完成了松江罐頭廠的甜炬乳,、西紅柿醬和培根的無(wú)菌裝罐室,,開(kāi)創(chuàng)了生物安全和食品加工生物技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用。
在1985年前后,,軍事醫(yī)學(xué)研究院研制的JWL針孔式浮游細(xì)菌采樣器和上海整新電子設(shè)備廠,、同濟(jì)大學(xué)合作研制的SS縫隙式空氣浮游細(xì)菌采樣器通過(guò)鑒定,為生物潔凈室技術(shù)的某些研究工作提供了手段,。
3,、基礎(chǔ)與技術(shù)研究方面:
在七十年代末至八十年代末這10年中,在潔凈室的基礎(chǔ)和技術(shù)研究方面也取得了眾多成績(jī),,如:提出了中國(guó)大氣塵的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,、濕度對(duì)大氣塵濃度的作用、“W”型大氣塵濃度日分布模型,,為確定室外設(shè)計(jì)濃度提供了依據(jù),;
提出了帶空氣幕層流罩的隔離效果、設(shè)計(jì)原理與計(jì)算方法,;
提出了亂流潔凈室的均勻分布理論計(jì)算公式,、經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式,以及自凈時(shí)間,、污染時(shí)間的計(jì)算式,;
提出了單向流潔凈室下側(cè)回風(fēng)方式的最大室寬、計(jì)算模型以及下限風(fēng)速的概念及數(shù)據(jù),;
提出了高效空氣過(guò)濾器封導(dǎo)結(jié)合的雙環(huán)密封原理和方案,,倒置式液槽密封方案;
進(jìn)行了人體發(fā)菌量的測(cè)試與分析,;
建立了濾材,、濾器的細(xì)菌過(guò)濾效率測(cè)試臺(tái),得到了對(duì)大氣塵菌源的濾菌效率與計(jì)數(shù),、計(jì)重效率的相關(guān)關(guān)系,。
中國(guó)建筑科學(xué)研究院、四機(jī)部十院,、十一院等科研院所,、設(shè)計(jì)院、天津大學(xué),、清華大學(xué),、同濟(jì)大學(xué)、哈爾濱建筑工程學(xué)院,、河北工學(xué)院等院校對(duì)此做了較多的工作,。
4、在產(chǎn)品研制與開(kāi)發(fā)方面:
1979年至1981年,,天津大學(xué),、天津美綸纖維廠等單位通過(guò)對(duì)多種材質(zhì)(滌綸,、丙綸、維綸,、棉,、毛、超細(xì)玻纖……),、多種工藝針刺,、噴膠、熱熔,、熔噴,、熱壓、羅拉)的幾百個(gè)品種,、規(guī)格濾料系列研究,,篩選并設(shè)計(jì)定型了TL—Z、TL—C系列具有線徑梯度,、密度梯度和材質(zhì),、工藝復(fù)合型的無(wú)織布濾材,部分替代了當(dāng)時(shí)美,、法,、日等國(guó)引進(jìn)的從粗效至亞高效過(guò)濾材料,為國(guó)家節(jié)約了大批外匯,。
1981年,,由四機(jī)部十一院、河北工學(xué)院,、天津第二無(wú)線電專(zhuān)用設(shè)備廠研制成功WGP—01型無(wú)隔板高效空氣過(guò)濾器(mini pleat HEPA filter),填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)產(chǎn)品空白,。
1985年,四機(jī)部十一院,、四川造紙工業(yè)研究所,、重慶無(wú)線電專(zhuān)用設(shè)備廠共同完成了CGB型高效空氣過(guò)濾器的研制,該過(guò)濾器對(duì)0.1μm塵粒的計(jì)數(shù)效率為99.99~99.995%,,阻力為245~270Pa,,經(jīng)鑒
定認(rèn)為其主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到當(dāng)時(shí)日本生產(chǎn)的ULPA高效空氣過(guò)濾器同類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)水平,。1987年1月,,天津醫(yī)藥凈化設(shè)備廠和建研院空調(diào)所研制的、采用國(guó)外ULPA過(guò)濾器(日本忍足株式會(huì)社產(chǎn)品)的0.1μm10級(jí)潔凈室通過(guò)鑒定,。1988年5月機(jī)電部第十一設(shè)計(jì)院和重慶無(wú)線電專(zhuān)用設(shè)備廠采用國(guó)產(chǎn)0.1μm高效空氣過(guò)濾器的0.1μm10級(jí)潔凈室通過(guò)鑒定,,其主要指標(biāo)達(dá)到八十年代國(guó)外的技術(shù)水平。
同期,,國(guó)外潔凈室技術(shù)持續(xù),、穩(wěn)定發(fā)展與進(jìn)步,。
1982年每芯片上約有5~6萬(wàn)個(gè)器件的16K位隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)已成暢銷(xiāo)品。1984年256K位RAM已進(jìn)入實(shí)用階段,。同年初日本宣布每芯片設(shè)置有約200萬(wàn)個(gè)器件的一兆位DRAM(Dynamic RandomAccess Memory—動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)試制成功,。1985年美國(guó)研制完成4兆位的集成電路。至八十年代末4M位的DRAM已商品化,。
各種降低能耗,,配合工藝過(guò)程自動(dòng)化與高潔凈度要求的潔凈室氣流組織方案及技術(shù)在此階段也陸續(xù)誕生,如隧道式潔凈室(tunnel type cleanroom),、潔凈管道(duct type cleanroom)以及SMIF(standard mechanical interface—標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口)技術(shù)等,。
從八十年代中期以來(lái),以于微電子行業(yè)來(lái)說(shuō),,1976年4月24日所頒發(fā)的美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209B所規(guī)定的最高潔凈級(jí)別—100級(jí)(≥0.5μm,,≯100pc./cu.ft)已不能滿足需要,1M位的DRAM的線寬僅為1μm,,要求環(huán)境級(jí)別為10級(jí)(0.5μm),。事實(shí)上,從七十年代末,,配合微電子技術(shù)的發(fā)展,,更高級(jí)別的潔凈室. 已在美、日陸續(xù)建成,,相應(yīng)的檢測(cè)儀器—激光粒子計(jì)數(shù)器,、凝聚核粒子計(jì)數(shù)器(CNC)—也應(yīng)運(yùn)而生??偨Y(jié)這個(gè)時(shí)期的經(jīng)驗(yàn)和適應(yīng)技術(shù)進(jìn)步的需要,,于是1987年10月27日頒發(fā)美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209C,將潔凈等級(jí)從原有的100至100,000四個(gè)等級(jí)擴(kuò)展為1至100,000六個(gè)級(jí)別,,并將鑒別級(jí)別界限的粒徑從0.5μm~5μm擴(kuò)展至0.1μm~5μm.
與國(guó)際全國(guó)接軌,,走向規(guī)范化
九十年代初至今,在電子技術(shù)持續(xù)飛速發(fā)展的推動(dòng)下,,潔凈技術(shù)不斷前進(jìn),,下表給出了國(guó)際上大規(guī)模集成電路的工藝及國(guó)內(nèi)的代表產(chǎn)品的發(fā)展進(jìn)程。
1992年9月11日頒布的美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FED—STD—209E更進(jìn)一步取代1988年6月15日頒布的FED—STD—209D,,將潔凈等級(jí)從英制改為米制,,潔凈度等級(jí)分為M1至M7七個(gè)級(jí)別。與209D相比,,最高級(jí)別又向上延伸了半個(gè)級(jí)別(209D的1級(jí)空氣中≥0.5μm塵?!?5.3pc./m3,而209E的M1級(jí)≥0.5μm塵粒≯10pc./m3),。
三十多年來(lái),,美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209,一直是世界各國(guó)潔凈技術(shù)行業(yè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn),。美國(guó)總服務(wù)局(GSA—U.S.General Services Administration),,也就是批準(zhǔn)美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)供聯(lián)邦政府各機(jī)構(gòu)使用的權(quán)威單位,于2001年11月29日發(fā)布公告,,廢止FED—STD—209E,,等同采用ISO—14644相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)決定標(biāo)志著潔凈技術(shù)隨同世界經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)一步走向國(guó)際大同,。
九十年代初至今,,中國(guó)經(jīng)濟(jì)始終保持穩(wěn)定的高速增長(zhǎng),國(guó)際投資持續(xù)注入,,一批跨國(guó)集團(tuán)在中國(guó)陸續(xù)興建了眾多的微電子工廠,。因此國(guó)內(nèi)技術(shù)與研究人員有更多機(jī)會(huì)直接接觸國(guó)外高級(jí)別潔凈室的設(shè)計(jì)理今,了解世界的先進(jìn)設(shè)備和裝置,、管理與維護(hù)等等,。從這方面來(lái)看,的確從各個(gè)角度與國(guó)際日益接軌,。
中國(guó)也投入了大批財(cái)力發(fā)展微電子技術(shù),。在這階段中先后建成了首鋼日電公司、華晶電子集團(tuán)公司,、上海華虹NEC電子公司,、紹興華越微電子公司、以及天津MOTOROLA公司,、上海貝嶺微電子公司等,,但總起來(lái)說(shuō)微電子技術(shù)與世界先進(jìn)生產(chǎn)水平特別是研發(fā)水平上仍有相當(dāng)大的差距。
九十年代初以來(lái),,潔凈技術(shù)在制藥工廠貫徹實(shí)施GMP法過(guò)程中得到了普及,,全國(guó)幾千家制藥廠以及生產(chǎn)藥用原材料、包裝材料等非藥企業(yè),,陸續(xù)進(jìn)行了技術(shù)改造,。其規(guī)模之大、范圍之寬都是空前的,。1992年中國(guó)制藥工業(yè)公司,、中國(guó)化學(xué)制藥工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)1985年頒發(fā)的“藥品生產(chǎn)管理規(guī)范(GMP)實(shí)施指南”進(jìn)行了修訂,頒發(fā)了新的實(shí)施指南,。隨后在1998年頒發(fā)了理一步與國(guó)際接軌的,、由國(guó)家藥品監(jiān)督局組織修訂的“藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范”,即中國(guó)1998GMP(1999年8月1日起實(shí)施),,為加大GMP的推行力度,、在制藥全行業(yè)實(shí)施認(rèn)證體制進(jìn)一步奠定了基礎(chǔ)。九十年代初以來(lái),,醫(yī)院無(wú)菌手術(shù)室的建設(shè)受到各方面的關(guān)注,,陸續(xù)在各大城市建起了上千間十萬(wàn)級(jí)至百級(jí)不同級(jí)別的生物潔凈手術(shù)室、生物潔凈病室及實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房,。
概括這十年來(lái)國(guó)內(nèi)潔凈技術(shù)行業(yè)的歷程,,依筆者個(gè)人的看法是喜憂參半。值得欣慰的是,,潔凈室技術(shù)行業(yè)在許多方面日益與國(guó)際接軌,,反映在相關(guān)規(guī)范的內(nèi)容、潔凈室設(shè)計(jì)思路與方案,、施工技術(shù)與管理,、檢測(cè)手段與技術(shù)等等方面。如反映在中國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)修定中,,2001年11月13日發(fā)布的GB50073-2001國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范”(Code for Design of Clean Room),,在空氣潔凈度等級(jí)劃分上,明確等效采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO14611-1,,就是一個(gè)很好的例證,。依靠制藥工業(yè)與普通電子裝配業(yè),以及醫(yī)療衛(wèi)生,、食品,、化妝品業(yè)的帶動(dòng),潔凈室技術(shù)得到極大的普及,。但這些行業(yè)基本上都是ISO5或中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)N5(相當(dāng)于原聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FED—STD—209E的100級(jí))及以下級(jí)別的潔凈室,,所采用的主要設(shè)備器材如高效及各級(jí)過(guò)濾器、吹淋室,、凈化工作臺(tái),,空調(diào)制冷機(jī)組以及金屬壁板、地面復(fù)合材料等,,基本上都是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造的,。因此從七十年代屈指可數(shù)的、主要集中在京津地區(qū),、上海地區(qū)的十幾家,;八十年代末的百余家潔凈室設(shè)備生產(chǎn)廠、施工安裝單位,,發(fā)展到現(xiàn)在幾乎遍布全國(guó)各省市的上千家潔凈室相關(guān)設(shè)備,、器材生產(chǎn)制造廠、施工安裝單位,和一批積累了相當(dāng)豐富經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)單位,、調(diào)試檢測(cè)單位,。
全國(guó)處于運(yùn)行狀態(tài)的各種級(jí)別的潔凈室面積,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)和測(cè)算,,從八十年代初10多萬(wàn)平方米猛增到200多萬(wàn)平方米,。某些微電子廠生產(chǎn)車(chē)間的潔凈級(jí)別達(dá)到了0.1微米1級(jí)的高水平。在潔凈空氣流流型理論計(jì)算與試驗(yàn)研究方面,,哈爾濱建工學(xué)院,、天津大學(xué)、建研院空調(diào)所等單位,,采用數(shù)值仿真方法,,利用CFD(computational fluid dynamics)與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,開(kāi)展了矢流流型,、普通潔凈室高效過(guò)濾器風(fēng)口布置方案與潔凈效果等方面的研究,,并參加了歷屆ICCCS國(guó)際學(xué)術(shù)交流會(huì),在國(guó)際上發(fā)表了一批研究論文,。
天津大學(xué)等單位參加了MOTOROLA,、SAE、KODA,、CTS不同潔凈級(jí)別的,、由國(guó)外設(shè)計(jì)、采用國(guó)外設(shè)備器材,、施工管理技術(shù)建造的潔凈室的系統(tǒng)調(diào)試與檢測(cè),、驗(yàn)收。較深入地理解,、掌握了國(guó)外微電子高級(jí)別潔凈室,、制藥工業(yè)潔凈室的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵,,以及調(diào)試驗(yàn)收技術(shù)及相應(yīng)規(guī)范,,與美國(guó)FDA、NEBB,、IEST,,日本的JACA等建立了廣泛的聯(lián)系。
特別值得提出的是,,在新一屆中國(guó)電子學(xué)會(huì)潔凈技術(shù)分會(huì)領(lǐng)導(dǎo)的積極努力下,,中國(guó)申辦第18屆國(guó)際污染控制學(xué)術(shù)會(huì)議(2006年)獲得成功,這是自1972年ICCCS創(chuàng)建以來(lái)首次在華舉辦這樣的盛會(huì),,將對(duì)中國(guó)的潔凈技術(shù)進(jìn)步起到重要推動(dòng)作用,。
潔凈技術(shù)發(fā)展的一些主要事件
1940年,,美國(guó)創(chuàng)建了第一座潔凈室,是潔凈室的起源,。
1950年,,高效粒子空氣過(guò)濾器(HEPA)問(wèn)世,成為潔凈技術(shù)發(fā)展史上的第一座里程碑,。
50年代,,美國(guó)基于精密機(jī)械,、電子工業(yè)的需要而發(fā)展了污染控制技術(shù),。在朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)中,雷達(dá)設(shè)備的失效率達(dá)70%-80%,,應(yīng)用空氣潔凈技術(shù)后,,下降到5%-8%。
1957年前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功,,刺激了美國(guó)加速發(fā)展宇航工業(yè),,也相應(yīng)加速制訂有關(guān)控制標(biāo)準(zhǔn)的工作。
1961年,,層流(單向流)潔凈室誕生,。世界上最早的潔凈室標(biāo)準(zhǔn)—美國(guó)空軍技術(shù)條令203形成。
1963年美國(guó)頒布了潔凈室第一個(gè)軍用部分的聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209,。
1966年美國(guó)頒布了修訂后的聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209A,。
1967年美國(guó)又頒布了美國(guó)航空宇宙局標(biāo)準(zhǔn),通常稱(chēng)為生物潔凈室標(biāo)準(zhǔn),。
1965年前,,多用于航空工業(yè),1968年起開(kāi)始應(yīng)用于部分醫(yī)院,。
1973年美國(guó)頒布了修訂后的聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209B,。
20世紀(jì)80年代以后,美國(guó)和日本分別研制成功過(guò)濾對(duì)象為0.1μm,,捕集效率達(dá)99.99%的新型超高效過(guò)濾器,。最終建成0.1μm 10級(jí)和0.1μm 1級(jí)的超高級(jí)別潔凈室,它使?jié)崈艏夹g(shù)的發(fā)展又進(jìn)入一個(gè)新時(shí)期,。GMP(Good Manufacturing Practices for Drugs)最初是由美國(guó)坦普爾大學(xué)6名教授編寫(xiě)制訂,,1963年美國(guó)國(guó)會(huì)第一次頒布成為法令。
1974年日本政府頒布GMP,,進(jìn)行指導(dǎo)推行,。
1975年世界衛(wèi)生組織(WHO)正式公布GMP。1977年再次向成員國(guó)推薦GMP,,并確定為WHO法規(guī),。
1978年美國(guó)再次頒布經(jīng)修訂的GMP,。
1980年日本決定正式實(shí)施GMP。
在我國(guó),,空氣潔凈技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代中期,。GMP在我國(guó)是20世紀(jì)70年代末受到各方面的重視。
1984年頒發(fā)了《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ73—84) ,,2002年進(jìn)行了修訂(GB50073—2001),。
1990年頒發(fā)了《潔凈室施工及驗(yàn)收規(guī)范》(JGJ71—90)。
1997年國(guó)家藥品監(jiān)督管理局頒布了《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GMP—97),。
1998年國(guó)家藥品監(jiān)督管理局頒布了《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》(GMP—98),。
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