《高效过滤器泄漏及气流参数检测在超大洁净厂房的应用》

引言

伴随国内电子工业的迅猛发展，集成电路芯片与液晶显示器面板（TFT-LCD）相关生产厂房已建成或在建数十家，多条12英寸晶圆生产线也已投入运营。此类生产用洁净厂房受工艺特性影响，对洁净度等级要求严苛：大面积区域需达到ISO4.5级～ISO5.5级，核心生产区域更是要求ISO2级～ISO3级（0.1µm）标准；同时具备层高突出（最高达7.5m乃至9m）、面积超大的特点，例如一条8.5代生产线的洁净室总面积可达50余万m²，单个洁净室面积超8万m²。该类厂房采用FFU+新风净化空调系统，FFU总数量约8万台，导致检测工作量极大，实施难度远超常规洁净厂房。基于此，本文结合超大面积洁净厂房检测实践，对其检测方法展开分析总结。

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超大面积洁净厂房检测参数及技术指标

电子工业洁净厂房的环境参数直接关联产品良品率，保障静态与动态工况下各参数持续符合设计要求至关重要。通常，电子工业洁净厂房需对新风量、工艺及一般排气量、FFU风速（风量）、FFU安装后检漏、洁净度等级、温湿度、噪声、照度、气流流型、静压差、微震、防静电等参数进行严格检测，此外还包含超纯气体与超纯水测试。本文聚焦洁净室核心参数检测，以某8.5代液晶面板生产线的彩膜及成盒厂房（CF&CELL）为实例，表1为该厂房的核心测试参数及技术指标，图1、图2分别为洁净室的平面图与剖视图。

图1 洁净室平面图

图2 洁净厂房剖视图

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FFU面风速测试

依据国家标准《洁净厂房施工及质量验收规范》GB 51110及ISO14644-3规定，过滤器面风速测试需在距滤网150mm处，采用单点或多点风速仪按滤网面积布设测试点，以各点均值作为滤网面风速值。但在液晶显示面板洁净厂房实际检测中，因净高较高，测试需借助加长杆、移动式升降机或三层移动井字架完成，不仅工作效率偏低，还存在高空作业安全隐患；加之建设工期紧张，测试时间有限，且产品工艺设备搬入后将无法布设升降机或井字架，导致风速测试难以开展。

针对上述问题，可将测试工作面转移至上技术夹层，采用电子式风量罩测试FFU风机侧进风量，进而换算成滤网侧风速值；也可在风量罩上预设滤网尺寸，直接读取滤网风速。为验证该方法的可行性，在洁净室不同区域选取5台FFU进行对比测试：在室内采用多点风速仪，于1200mm×1200mm截面布设4个测试点；同时在上技术夹层FFU上风侧用风量罩直接测量。测试数据对比见表2，结果显示偏差均在3%以内，未超出风量罩与多点风速仪的系统误差，证明该测试方法可行。图3为多点风速仪测试现场照片，图4为FFU上风侧风量罩测试现场照片。

表2 多点风速仪、风量罩实测数据

图3 多点风速仪测试

图4 FFU上风侧风量罩测试

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已装高效过滤器泄漏检测

国内外标准规范明确高效过滤器泄漏检测可采用光度计法与粒子计数法。但在电子工业高空间、大面积且FFU数量庞大的场景下，光度计法需同时监测过滤器上下方浓度，不仅耗时久，且实际操作难度大。因此，当前超大面积电子洁净厂房均采用粒子计数法开展FFU泄漏检测，测试示意图见图5、图6。

粒子计数法实施FFU泄漏检测时，尘源选择与上方尘源浓度控制是两大关键因素。关于尘源，国内外规范多推荐DOP、PAO、PSL、DEHS等人造尘源，部分规范允许使用大气尘源。笔者认为，对于洁净度等级为ISO 5级混合流洁净室（区）的超大面积洁净厂房，大气尘源可满足FFU泄漏检测需求。人造尘源虽具备浓度、粒径可控的优势，在小批量过滤器泄漏检测中精度高、稳定性好，且检测成本与时间可控，但在过滤器数量极多的场景下，操作繁琐、耗时费力、成本高昂，可操作性差，尤其时间成本难以承受。采用大气尘源则简便高效，检测时仅需在对应区域引入适量新风，在过滤器上方取样测试一次浓度，其余操作均在滤网下方完成。

按照规范要求的采样流量、速率及采样头尺寸，单台1200×1200规格FFU的测试时间不低于5min。一套测试设备与人员（每日工作10h）单日可完成80～100台过滤器泄漏检测。以某8.5代TFT-LCD生产线的单个洁净室为例，其FFU数量近3.2万台，若仅用一套设备需连续工作至少320天；即便投入5套粒子计数器、20名测试人员全天候测试，也需60余天。而超大面积洁净室工程项目建设工期通常仅数月，时间成本至关重要；若采用人工发尘方式，测试时间将进一步延长40%以上。因此，为缩短测试工期，超大面积洁净厂房泄漏测试需部署6～10套粒子计数器同步作业。

图5 洁净室内检漏测试实况（照片）

图6 FFU上风侧浓度测试

关于上方尘源浓度，不同标准规范表述略有差异，但核心要求一致：检漏测试时上风侧含尘浓度不低于3.5×10⁷pc/m³（即10⁶pc/cft）。需注意的是，空气过滤器出厂时已完成滤纸过滤性能、破损等过滤效果检测，洁净室工程施工后的过滤器检漏重点，是排查装卸、运输、安装过程中产生的破损泄漏及安装边框密封情况，而非判定滤纸过滤性能。

结合大量检测实践与专项试验数据，笔者认为，检漏测试时可大幅降低上方浓度，且不影响漏点判断。以H14高效过滤器为例，其过滤效率＞99.997%，透过率约0.01%；若检漏时上风侧浓度为10000pc/cft，过滤器下方测得数值应不超过1pc/cft。这意味着无破损泄漏时，过滤器下方数据接近零；若存在破损，采样头移至破损处时，计数器读数会连续快速上升，停留时间越长数值越大，移至正常区域后数据迅速稳定，差异极为显著。即便对于过滤效率＞99.999997%、透过率近乎为零的U17空气过滤器，该规律同样适用。

为验证上游浓度对破损点检出的影响，笔者通过已知存在漏点的FFU（目视无破损）开展实验，利用粒子发生器人为改变上方浓度，稳定后记录上方浓度与漏点处测试数据（详见表3）。结果显示，上方浓度越高，检测效果越显著；使用采样量不低于1cft的大流量粒子计数器时，上方浓度为10⁴pc/cft即可实现明显检测效果，降至10³pc/cft时，漏点特征数据仍清晰可辨。该实验结果对超大面积洁净工程项目具有重要指导意义：实际中ISO 5级洁净区过滤器上游空气含尘浓度通常可达ISO 6级（粒子浓度80～1000pc/cft），泄漏测试时仅需少量引入大气尘，甚至无需额外引入，即可发现破损漏点；对于ISO 6级及以上洁净区域，其过滤器上游粒子浓度普遍高于ISO 6级（多为ISO 7级及以上），可直接开展泄漏测试。

综上，若仅需排查安装及破损漏点（不考量滤纸过滤性能），降低测试上方粒子浓度具备可行性。测试时，若粒子计数器显示数据变化，立即定点确认，若数据持续快速上升即可判定存在泄漏。大量工程测试实践表明，少量引入大气尘或不额外增加含尘浓度时，保持合理扫描速度，可精准检出高效过滤器的安装及破损泄漏点。

表3 已知漏点过滤器在不同上方浓度下检漏测试数据

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超大面积洁净厂房的气流测试

气流流型是超大面积洁净厂房的关键参数之一，其状态直接影响洁净区洁净度等级与温湿度控制效果。笔者参与的多个TFT-LCD面板制造洁净厂房项目中，多数要求气流夹角不超过14°，核心区域更是要求不超过8°。

气流测试常用方法包括示踪线法、示踪剂法与图像处理技术测量法，其中示踪线法因简便易行被广泛应用。现行规范部分要求测量点高度为0.8m或1.5m，测点间距0.5～2m，该标准适用于中小规模洁净室，但对于层高超7m、高大设备密集的超大面积洁净厂房，0.8m或1.5m高度无法反映设备关键控制点的气流状态，且业主明确要求设备旁整个竖向空间截面的气流分布需满足统一标准。因此，行业内测试时多采用轻质丝线从过滤器出风面悬挂，丝线长度距地面约1.5m，通过测量丝线长度与偏离距离计算实际气流夹角，实际测量图见图7、图8。

超大面积洁净厂房普遍采用架空地板结构，通过地板孔洞实现下回风。受大量工艺设备布置影响，地板孔洞处易出现气流反向（即气流从下向上）。因此，气流流型测试时需同步监测各洁净区域地板孔洞的气流流向，通常采用转轮式微风速仪进行检测，转轮不反转即为正常。

图7 气流测试图

图8 测量气流偏移距离的工具

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温湿度测试

电子工业洁净厂房对温湿度精度要求严苛，通常温度精度为±0.5℃，湿度精度为±5%。不同标准规范对温湿度测量点设置要求存在差异：某标准规定，洁净室面积≤50m²时测点数为5，每增加20～50m²增设3～5个测点。据此计算，5万m²洁净区测点数需不少于5000个，这在工艺设备密集的超大空间洁净区中难以实现，且合理性不足。

相比之下，ISO14644-3对温湿度测点的规定更具可操作性，同等面积洁净区测点数可控制在500个以内。实际测试中，经与用户协商，我们仅在5万m²洁净区均匀布设150个左右测点，测试结果能够准确反映洁净室内温湿度的真实分布状态。

超大面积洁净厂房（单个洁净室面积大、空间高）的性能参数检测方法，与中小型洁净室存在显著差异。笔者结合多个超大面积洁净室检测实践，借鉴国外同行先进经验，探索出一系列核心性能参数的实用检测技巧与方法。这些方法在严格遵循国内外标准规范、保障检测效果的前提下，有效提升了检测效率、降低了测试成本，增强了现场可操作性（如ISO5级～ISO7级洁净度等级超大面积洁净室的FFU安装后检漏等），可供行业同仁参考借鉴。

如果您有高效过滤器检漏或者洁净室检测验证方面的问题，帮您解答介绍下。