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个/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
①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:某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%。
②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10⁶~10⁹Ω),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(R≥50mm),避免积尘死角。
2. 送风系统:从过滤器到气流的精准调控
①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:某OLED面板厂通过FFU分区控制,将风速均匀性从±15%提升至±8%。
②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。
③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
①静压箱设计
在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:某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%。
②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。