《高效過濾器泄漏及氣流參數檢測在超大潔凈廠房的應用》

引言

伴隨國內電子工業的迅猛發展，集成電路芯片與液晶顯示器面板（TFT-LCD）相關生產廠房已建成或在建數十家，多條12英寸晶圓生產線也已投入運營。此類生產用潔凈廠房受工藝特性影響，對潔凈度等級要求嚴苛：大面積區域需達到ISO4.5級～ISO5.5級，核心生產區域更是要求ISO2級～ISO3級（0.1μm）標準；同時具備層高突出（最高達7.5m乃至9m）、面積超大的特點，例如一條8.5代生產線的潔凈室總面積可達50余萬m2，單個潔凈室面積超8萬m2。該類廠房采用FFU+新風凈化空調系統，FFU總數量約8萬臺，導致檢測工作量極大，實施難度遠超常規潔凈廠房?；诖?，本文結合超大面積潔凈廠房檢測實踐，對其檢測方法展開分析總結。

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超大面積潔凈廠房檢測參數及技術指標

電子工業潔凈廠房的環境參數直接關聯產品良品率，保障靜態與動態工況下各參數持續符合設計要求至關重要。通常，電子工業潔凈廠房需對新風量、工藝及一般排氣量、FFU風速（風量）、FFU安裝后檢漏、潔凈度等級、溫濕度、噪聲、照度、氣流流型、靜壓差、微震、防靜電等參數進行嚴格檢測，此外還包含超純氣體與超純水測試。本文聚焦潔凈室核心參數檢測，以某8.5代液晶面板生產線的彩膜及成盒廠房（CF&CELL）為實例，表1為該廠房的核心測試參數及技術指標，圖1、圖2分別為潔凈室的平面圖與剖視圖。

圖1 潔凈室平面圖

圖2 潔凈廠房剖視圖

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FFU面風速測試

依據國家標準《潔凈廠房施工及質量驗收規范》GB 51110及ISO14644-3規定，過濾器面風速測試需在距濾網150mm處，采用單點或多點風速儀按濾網面積布設測試點，以各點均值作為濾網面風速值。但在液晶顯示面板潔凈廠房實際檢測中，因凈高較高，測試需借助加長桿、移動式升降機或三層移動井字架完成，不僅工作效率偏低，還存在高空作業安全隱患；加之建設工期緊張，測試時間有限，且產品工藝設備搬入后將無法布設升降機或井字架，導致風速測試難以開展。

針對上述問題，可將測試工作面轉移至上技術夾層，采用電子式風量罩測試FFU風機側進風量，進而換算成濾網側風速值；也可在風量罩上預設濾網尺寸，直接讀取濾網風速。為驗證該方法的可行性，在潔凈室不同區域選取5臺FFU進行對比測試：在室內采用多點風速儀，于1200mm×1200mm截面布設4個測試點；同時在上技術夾層FFU上風側用風量罩直接測量。測試數據對比見表2，結果顯示偏差均在3%以內，未超出風量罩與多點風速儀的系統誤差，證明該測試方法可行。圖3為多點風速儀測試現場照片，圖4為FFU上風側風量罩測試現場照片。

表2 多點風速儀、風量罩實測數據

圖3 多點風速儀測試

圖4 FFU上風側風量罩測試

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已裝高效過濾器泄漏檢測

國內外標準規范明確高效過濾器泄漏檢測可采用光度計法與粒子計數法。但在電子工業高空間、大面積且FFU數量龐大的場景下，光度計法需同時監測過濾器上下方濃度，不僅耗時久，且實際操作難度大。因此，當前超大面積電子潔凈廠房均采用粒子計數法開展FFU泄漏檢測，測試示意圖見圖5、圖6。

粒子計數法實施FFU泄漏檢測時，塵源選擇與上方塵源濃度控制是兩大關鍵因素。關于塵源，國內外規范多推薦DOP、PAO、PSL、DEHS等人造塵源，部分規范允許使用大氣塵源。筆者認為，對于潔凈度等級為ISO 5級混合流潔凈室（區）的超大面積潔凈廠房，大氣塵源可滿足FFU泄漏檢測需求。人造塵源雖具備濃度、粒徑可控的優勢，在小批量過濾器泄漏檢測中精度高、穩定性好，且檢測成本與時間可控，但在過濾器數量極多的場景下，操作繁瑣、耗時費力、成本高昂，可操作性差，尤其時間成本難以承受。采用大氣塵源則簡便高效，檢測時僅需在對應區域引入適量新風，在過濾器上方取樣測試一次濃度，其余操作均在濾網下方完成。

按照規范要求的采樣流量、速率及采樣頭尺寸，單臺1200×1200規格FFU的測試時間不低于5min。一套測試設備與人員（每日工作10h）單日可完成80～100臺過濾器泄漏檢測。以某8.5代TFT-LCD生產線的單個潔凈室為例，其FFU數量近3.2萬臺，若僅用一套設備需連續工作至少320天；即便投入5套粒子計數器、20名測試人員全天候測試，也需60余天。而超大面積潔凈室工程項目建設工期通常僅數月，時間成本至關重要；若采用人工發塵方式，測試時間將進一步延長40%以上。因此，為縮短測試工期，超大面積潔凈廠房泄漏測試需部署6～10套粒子計數器同步作業。

圖5 潔凈室內檢漏測試實況（照片）

圖6 FFU上風側濃度測試

關于上方塵源濃度，不同標準規范表述略有差異，但核心要求一致：檢漏測試時上風側含塵濃度不低于3.5×10?pc/m3（即10?pc/cft）。需注意的是，空氣過濾器出廠時已完成濾紙過濾性能、破損等過濾效果檢測，潔凈室工程施工后的過濾器檢漏重點，是排查裝卸、運輸、安裝過程中產生的破損泄漏及安裝邊框密封情況，而非判定濾紙過濾性能。

結合大量檢測實踐與專項試驗數據，筆者認為，檢漏測試時可大幅降低上方濃度，且不影響漏點判斷。以H14高效過濾器為例，其過濾效率＞99.997%，透過率約0.01%；若檢漏時上風側濃度為10000pc/cft，過濾器下方測得數值應不超過1pc/cft。這意味著無破損泄漏時，過濾器下方數據接近零；若存在破損，采樣頭移至破損處時，計數器讀數會連續快速上升，停留時間越長數值越大，移至正常區域后數據迅速穩定，差異極為顯著。即便對于過濾效率＞99.999997%、透過率近乎為零的U17空氣過濾器，該規律同樣適用。

為驗證上游濃度對破損點檢出的影響，筆者通過已知存在漏點的FFU（目視無破損）開展實驗，利用粒子發生器人為改變上方濃度，穩定后記錄上方濃度與漏點處測試數據（詳見表3）。結果顯示，上方濃度越高，檢測效果越顯著；使用采樣量不低于1cft的大流量粒子計數器時，上方濃度為10?pc/cft即可實現明顯檢測效果，降至103pc/cft時，漏點特征數據仍清晰可辨。該實驗結果對超大面積潔凈工程項目具有重要指導意義：實際中ISO 5級潔凈區過濾器上游空氣含塵濃度通?？蛇_ISO 6級（粒子濃度80～1000pc/cft），泄漏測試時僅需少量引入大氣塵，甚至無需額外引入，即可發現破損漏點；對于ISO 6級及以上潔凈區域，其過濾器上游粒子濃度普遍高于ISO 6級（多為ISO 7級及以上），可直接開展泄漏測試。

綜上，若僅需排查安裝及破損漏點（不考量濾紙過濾性能），降低測試上方粒子濃度具備可行性。測試時，若粒子計數器顯示數據變化，立即定點確認，若數據持續快速上升即可判定存在泄漏。大量工程測試實踐表明，少量引入大氣塵或不額外增加含塵濃度時，保持合理掃描速度，可精準檢出高效過濾器的安裝及破損泄漏點。

表3 已知漏點過濾器在不同上方濃度下檢漏測試數據

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超大面積潔凈廠房的氣流測試

氣流流型是超大面積潔凈廠房的關鍵參數之一，其狀態直接影響潔凈區潔凈度等級與溫濕度控制效果。筆者參與的多個TFT-LCD面板制造潔凈廠房項目中，多數要求氣流夾角不超過14°，核心區域更是要求不超過8°。

氣流測試常用方法包括示蹤線法、示蹤劑法與圖像處理技術測量法，其中示蹤線法因簡便易行被廣泛應用?，F行規范部分要求測量點高度為0.8m或1.5m，測點間距0.5～2m，該標準適用于中小規模潔凈室，但對于層高超7m、高大設備密集的超大面積潔凈廠房，0.8m或1.5m高度無法反映設備關鍵控制點的氣流狀態，且業主明確要求設備旁整個豎向空間截面的氣流分布需滿足統一標準。因此，行業內測試時多采用輕質絲線從過濾器出風面懸掛，絲線長度距地面約1.5m，通過測量絲線長度與偏離距離計算實際氣流夾角，實際測量圖見圖7、圖8。

超大面積潔凈廠房普遍采用架空地板結構，通過地板孔洞實現下回風。受大量工藝設備布置影響，地板孔洞處易出現氣流反向（即氣流從下向上）。因此，氣流流型測試時需同步監測各潔凈區域地板孔洞的氣流流向，通常采用轉輪式微風速儀進行檢測，轉輪不反轉即為正常。

圖7 氣流測試圖

圖8 測量氣流偏移距離的工具

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溫濕度測試

電子工業潔凈廠房對溫濕度精度要求嚴苛，通常溫度精度為±0.5℃，濕度精度為±5%。不同標準規范對溫濕度測量點設置要求存在差異：某標準規定，潔凈室面積≤50m2時測點數為5，每增加20～50m2增設3～5個測點。據此計算，5萬m2潔凈區測點數需不少于5000個，這在工藝設備密集的超大空間潔凈區中難以實現，且合理性不足。

相比之下，ISO14644-3對溫濕度測點的規定更具可操作性，同等面積潔凈區測點數可控制在500個以內。實際測試中，經與用戶協商，我們僅在5萬m2潔凈區均勻布設150個左右測點，測試結果能夠準確反映潔凈室內溫濕度的真實分布狀態。

超大面積潔凈廠房（單個潔凈室面積大、空間高）的性能參數檢測方法，與中小型潔凈室存在顯著差異。筆者結合多個超大面積潔凈室檢測實踐，借鑒國外同行先進經驗，探索出一系列核心性能參數的實用檢測技巧與方法。這些方法在嚴格遵循國內外標準規范、保障檢測效果的前提下，有效提升了檢測效率、降低了測試成本，增強了現場可操作性（如ISO5級～ISO7級潔凈度等級超大面積潔凈室的FFU安裝后檢漏等），可供行業同仁參考借鑒。

如果您有高效過濾器檢漏或者潔凈室檢測驗證方面的問題，幫您解答介紹下。