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局部百级洁净区实现:液晶电子无尘车间围护结构与送风系统的协同设计
作者:福建永科 来源:永科建设 发布时间:2025/07/04 浏览:356次

在液晶电子制造中,局部百级(ISO Class 5)洁净区是保障高精度工艺(如阵列曝光、成盒封装)的核心区域。其设计需通过围护结构与送风系统的深度协同,实现微尘控制、气流均匀性、气密性三大核心目标。以下从技术原理、协同设计策略及行业实践三个维度展开分析:

一、局部百级洁净区的核心挑战

1.微尘浓度控制

百级洁净区要求0.5μm颗粒物浓度≤3,520/m³(ISO 14644-1标准),需通过高效过滤与单向气流阻止外部污染侵入。

典型场景:液晶面板的曝光工序中,光刻胶对颗粒物敏感度达纳米级,局部污染可能导致整片晶圆报废。

2.气流均匀性要求

垂直层流风速需稳定在0.45m/s±20%,避免涡流区积尘或气流短路。

挑战:围护结构(如彩钢板、门窗)的局部阻力差异可能导致风速偏差>10%,需通过送风系统动态补偿。

3.气密性与静态压力控制

局部百级区需维持+10~15Pa正压,防止相邻千级区(ISO Class 6)污染物逆流。

难点:围护结构漏风率需0.5%(常规洁净区为≤1%),对施工工艺提出极高要求。

二、围护结构与送风系统的协同设计策略

1. 围护结构:从材料到构造的精细化设计

高气密性围护体系

材料选择:采用双层岩棉彩钢板(导热系数0.045W/m·K),接缝处填充硅酮密封胶,确保整体气密性。

构造优化:

门窗采用气密型双层玻璃观察窗,配合自动升降门(闭合时间2秒),减少开门时的压力波动。

穿墙管道采用套管焊接工艺,并在内侧填充聚氨酯发泡剂,消除缝隙泄漏。

案例:8.5代线液晶工厂通过优化围护结构,将局部百级区漏风率从0.8%降至0.3%,压差稳定性提升40%

低产尘表面处理

围护结构内表面涂覆防静电环氧自流平(表面电阻10~10⁹Ω),减少颗粒物吸附与剥落。

墙面与地面交接处采用圆弧角设计(R50mm),避免积尘死角。

2. 送风系统:从过滤器到气流的精准调控

高效过滤单元(FFU)布局优化

满布率设计:百级区FFU安装密度需≥25%(即每4㎡布置1台),确保层流覆盖率>95%

分区控制:采用多模块FFU群组,通过变频器独立调节风量,补偿围护结构局部阻力差异。

案例:OLED面板厂通过FFU分区控制,将风速均匀性从±15%提升至±8%

气流组织模拟与验证

CFD仿真:在设计阶段模拟百级区流场,优化FFU位置与回风口布局,消除涡流区。

烟雾测试:施工完成后使用钛酸四丁酯烟雾发生器,可视化验证单向流形态,确保无气流短路。

智能压差调控系统

传感器网络:在百级区与相邻区域部署高精度压差传感器(精度±0.1Pa),实时监测压力梯度。

PID控制算法:当压差波动超过±2Pa时,系统自动调整FFU转速或补风量,恢复设定值。

联动控制:与门禁系统联动,当人员进入时提前增加送风量,维持压差稳定。

3. 围护-送风协同的关键节点

静压箱设计

FFU下方设置静压箱(高度≥500mm),通过静压复得作用均匀分配风量,减少因围护结构不平整导致的风速偏差。

案例:10.5代线工厂通过增加静压箱高度,使百级区风速均匀性从±12%优化至±6%

回风系统匹配

回风口采用多孔板+尼龙网结构,过滤大颗粒物的同时降低阻力,避免影响送风效率。

回风管道设置消声器,减少气流噪声(需65dB(A)),满足液晶车间静音要求。

三、行业实践:从设计到运维的全生命周期管理

1. 设计阶段:SEMI标准与仿真验证

遵循SEMI S2/S8标准,结合液晶工艺需求确定洁净度等级与压差梯度。

通过CFD模拟优化围护结构构造与送风参数,减少物理调试成本。例如,某企业通过仿真将调试周期从3周缩短至1周。

2. 施工阶段:气密性测试与预调试

气密性测试:使用压差衰减法(500Pa压力下,30分钟衰减≤5%)验证围护结构密封性。

预调试:模拟人员流动、设备启停场景,测试送风系统对压差波动的响应速度(需3秒)。

3. 运维阶段:数字化监控与预防性维护

SCADA系统集成:实时显示压差、风速、颗粒物浓度等参数,并生成趋势分析报告。

过滤器寿命预测:基于压差-风量曲线模型,提前1个月预警HEPA过滤器更换需求。

定期校准:每季度校准压差传感器,每年检测围护结构气密性,确保系统长期稳定运行。

四、未来趋势:智能化与可持续性融合

1.AI驱动的动态调控:结合机器学习算法,根据历史数据预测压差波动模式,实现前馈控制。

2.低碳化运行:采用EC风机(永磁同步电机)与热回收装置,降低送风系统能耗20%以上。

3.模块化设计:围护结构与送风系统采用标准化模块,支持快速扩建或工艺变更。

福建永科结语

液晶电子无尘车间的局部百级洁净区设计,需通过围护结构与送风系统的材料-构造-控制三重协同,构建零污染风险的生产环境。从高气密性彩钢板到智能压差调控系统,每一项技术细节均关乎产品良率与生产稳定性。未来,随着AI与低碳技术的融合,局部百级洁净区将迈向更高效、可持续的新阶段。




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