引言

伴隨國內(nèi)電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，集成電路芯片與液晶顯示器面板（TFT-LCD）相關(guān)生產(chǎn)廠房已建成或在建數(shù)十家，多條12英寸晶圓生產(chǎn)線也已投入運營。此類生產(chǎn)用潔凈廠房受工藝特性影響，對潔凈度等級要求嚴(yán)苛：大面積區(qū)域需達(dá)到ISO4.5級～I(xiàn)SO5.5級，核心生產(chǎn)區(qū)域更是要求ISO2級～I(xiàn)SO3級（0.1μm）標(biāo)準(zhǔn)；同時具備層高突出（最高達(dá)7.5m乃至9m）、面積超大的特點，例如一條8.5代生產(chǎn)線的潔凈室總面積可達(dá)50余萬m2，單個潔凈室面積超8萬m2。該類廠房采用FFU+新風(fēng)凈化空調(diào)系統(tǒng)，F(xiàn)FU總數(shù)量約8萬臺，導(dǎo)致檢測工作量極大，實施難度遠(yuǎn)超常規(guī)潔凈廠房?；诖耍疚慕Y(jié)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(jié)。

02

超大面積潔凈廠房檢測參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)

電子工業(yè)潔凈廠房的環(huán)境參數(shù)直接關(guān)聯(lián)產(chǎn)品良品率，保障靜態(tài)與動態(tài)工況下各參數(shù)持續(xù)符合設(shè)計要求至關(guān)重要。通常，電子工業(yè)潔凈廠房需對新風(fēng)量、工藝及一般排氣量、FFU風(fēng)速（風(fēng)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(shù)進(jìn)行嚴(yán)格檢測，此外還包含超純氣體與超純水測試。本文聚焦?jié)崈羰液诵膮?shù)檢測，以某8.5代液晶面板生產(chǎn)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(shù)及技術(shù)指標(biāo)，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

03

FFU面風(fēng)速測試

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《潔凈廠房施工及質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 51110及ISO14644-3規(guī)定，過濾器面風(fēng)速測試需在距濾網(wǎng)150mm處，采用單點或多點風(fēng)速儀按濾網(wǎng)面積布設(shè)測試點，以各點均值作為濾網(wǎng)面風(fēng)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(yè)安全隱患；加之建設(shè)工期緊張，測試時間有限，且產(chǎn)品工藝設(shè)備搬入后將無法布設(shè)升降機或井字架，導(dǎo)致風(fēng)速測試難以開展。

針對上述問題，可將測試工作面轉(zhuǎn)移至上技術(shù)夾層，采用電子式風(fēng)量罩測試FFU風(fēng)機側(cè)進(jìn)風(fēng)量，進(jìn)而換算成濾網(wǎng)側(cè)風(fēng)速值；也可在風(fēng)量罩上預(yù)設(shè)濾網(wǎng)尺寸，直接讀取濾網(wǎng)風(fēng)速。為驗證該方法的可行性，在潔凈室不同區(qū)域選取5臺FFU進(jìn)行對比測試：在室內(nèi)采用多點風(fēng)速儀，于1200mm×1200mm截面布設(shè)4個測試點；同時在上技術(shù)夾層FFU上風(fēng)側(cè)用風(fēng)量罩直接測量。測試數(shù)據(jù)對比見表2，結(jié)果顯示偏差均在3%以內(nèi)，未超出風(fēng)量罩與多點風(fēng)速儀的系統(tǒng)誤差，證明該測試方法可行。圖3為多點風(fēng)速儀測試現(xiàn)場照片，圖4為FFU上風(fēng)側(cè)風(fēng)量罩測試現(xiàn)場照片。

表2 多點風(fēng)速儀、風(fēng)量罩實測數(shù)據(jù)

圖3 多點風(fēng)速儀測試

圖4 FFU上風(fēng)側(cè)風(fēng)量罩測試

04

已裝高效過濾器泄漏檢測

國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范明確高效過濾器泄漏檢測可采用光度計法與粒子計數(shù)法。但在電子工業(yè)高空間、大面積且FFU數(shù)量龐大的場景下，光度計法需同時監(jiān)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(dāng)前超大面積電子潔凈廠房均采用粒子計數(shù)法開展FFU泄漏檢測，測試示意圖見圖5、圖6。

粒子計數(shù)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(guān)鍵因素。關(guān)于塵源，國內(nèi)外規(guī)范多推薦DOP、PAO、PSL、DEHS等人造塵源，部分規(guī)范允許使用大氣塵源。筆者認(rèn)為，對于潔凈度等級為ISO 5級混合流潔凈室（區(qū)）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(yōu)勢，在小批量過濾器泄漏檢測中精度高、穩(wěn)定性好，且檢測成本與時間可控，但在過濾器數(shù)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(yīng)區(qū)域引入適量新風(fēng)，在過濾器上方取樣測試一次濃度，其余操作均在濾網(wǎng)下方完成。

按照規(guī)范要求的采樣流量、速率及采樣頭尺寸，單臺1200×1200規(guī)格FFU的測試時間不低于5min。一套測試設(shè)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(chǎn)線的單個潔凈室為例，其FFU數(shù)量近3.2萬臺，若僅用一套設(shè)備需連續(xù)工作至少320天；即便投入5套粒子計數(shù)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(shè)工期通常僅數(shù)月，時間成本至關(guān)重要；若采用人工發(fā)塵方式，測試時間將進(jìn)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(shù)器同步作業(yè)。

圖5 潔凈室內(nèi)檢漏測試實況（照片）

圖6 FFU上風(fēng)側(cè)濃度測試

關(guān)于上方塵源濃度，不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范表述略有差異，但核心要求一致：檢漏測試時上風(fēng)側(cè)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(chǎn)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(jié)合大量檢測實踐與專項試驗數(shù)據(jù)，筆者認(rèn)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(fēng)側(cè)濃度為10000pc/cft，過濾器下方測得數(shù)值應(yīng)不超過1pc/cft。這意味著無破損泄漏時，過濾器下方數(shù)據(jù)接近零；若存在破損，采樣頭移至破損處時，計數(shù)器讀數(shù)會連續(xù)快速上升，停留時間越長數(shù)值越大，移至正常區(qū)域后數(shù)據(jù)迅速穩(wěn)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(guī)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(fā)生器人為改變上方濃度，穩(wěn)定后記錄上方濃度與漏點處測試數(shù)據(jù)（詳見表3）。結(jié)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(shù)器時，上方濃度為10?pc/cft即可實現(xiàn)明顯檢測效果，降至103pc/cft時，漏點特征數(shù)據(jù)仍清晰可辨。該實驗結(jié)果對超大面積潔凈工程項目具有重要指導(dǎo)意義：實際中ISO 5級潔凈區(qū)過濾器上游空氣含塵濃度通?？蛇_(dá)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(fā)現(xiàn)破損漏點；對于ISO 6級及以上潔凈區(qū)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(shù)器顯示數(shù)據(jù)變化，立即定點確認(rèn)，若數(shù)據(jù)持續(xù)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(zhǔn)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(shù)據(jù)

05

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(guān)鍵參數(shù)之一，其狀態(tài)直接影響潔凈區(qū)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(shù)要求氣流夾角不超過14°，核心區(qū)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(shù)測量法，其中示蹤線法因簡便易行被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)行規(guī)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(biāo)準(zhǔn)適用于中小規(guī)模潔凈室，但對于層高超7m、高大設(shè)備密集的超大面積潔凈廠房，0.8m或1.5m高度無法反映設(shè)備關(guān)鍵控制點的氣流狀態(tài)，且業(yè)主明確要求設(shè)備旁整個豎向空間截面的氣流分布需滿足統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。因此，行業(yè)內(nèi)測試時多采用輕質(zhì)絲線從過濾器出風(fēng)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(jié)構(gòu)，通過地板孔洞實現(xiàn)下回風(fēng)。受大量工藝設(shè)備布置影響，地板孔洞處易出現(xiàn)氣流反向（即氣流從下向上）。因此，氣流流型測試時需同步監(jiān)測各潔凈區(qū)域地板孔洞的氣流流向，通常采用轉(zhuǎn)輪式微風(fēng)速儀進(jìn)行檢測，轉(zhuǎn)輪不反轉(zhuǎn)即為正常。

圖7 氣流測試圖

圖8 測量氣流偏移距離的工具

06

溫濕度測試

電子工業(yè)潔凈廠房對溫濕度精度要求嚴(yán)苛，通常溫度精度為±0.5℃，濕度精度為±5%。不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對溫濕度測量點設(shè)置要求存在差異：某標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，潔凈室面積≤50m2時測點數(shù)為5，每增加20～50m2增設(shè)3～5個測點。據(jù)此計算，5萬m2潔凈區(qū)測點數(shù)需不少于5000個，這在工藝設(shè)備密集的超大空間潔凈區(qū)中難以實現(xiàn)，且合理性不足。

相比之下，ISO14644-3對溫濕度測點的規(guī)定更具可操作性，同等面積潔凈區(qū)測點數(shù)可控制在500個以內(nèi)。實際測試中，經(jīng)與用戶協(xié)商，我們僅在5萬m2潔凈區(qū)均勻布設(shè)150個左右測點，測試結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映潔凈室內(nèi)溫濕度的真實分布狀態(tài)。

超大面積潔凈廠房（單個潔凈室面積大、空間高）的性能參數(shù)檢測方法，與中小型潔凈室存在顯著差異。筆者結(jié)合多個超大面積潔凈室檢測實踐，借鑒國外同行先進(jìn)經(jīng)驗，探索出一系列核心性能參數(shù)的實用檢測技巧與方法。這些方法在嚴(yán)格遵循國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(xiàn)場可操作性（如ISO5級～I(xiàn)SO7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(yè)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。