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。
