HEPA-ULPA过滤器效率测试及检漏方法

筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 1 HEPA/ULPA 过滤器效率测试及检漏方法有关问题讨论 HEPA/ULPA 过滤器效率测试及检漏方法有关问题讨论 1 、 HEPA ULPA 过滤器效率测试方法 1 、 HEPA ULPA 过滤器效率测试方法 11 测试方法及其特点 当前对 HEPA 过滤器测试方法主要有： (1)DOP 法： 此法是以光度计作检测，测试用气溶胶必须是单分散 (031m) 的 DOP 或其替代的 DOS 等液态物质所发生的。 此法灵敏度不如粒子计数法，只能用于效率 9999 (03m) 及 99999 (03 m) 的 HEPA 过滤器的测试。 (2) 粒子计数法 此法是以离散粒子计数器 (DPC) 作为检测仪器， 测试用气溶胶可以是单分散或多分散液 体或固体物质，选择范围较宽，常用多分散气溶胶，如 DOP 或其替代的 DOS 等液态物质所 发生的，亦常用 SPL( 聚苯乙烯乳胶球 ) 固体物质所发生的 01-02p,m 粒径的气溶胶。 此法灵敏度较高，目前主要用于 ULPA 过滤器其 99999 (01-02m) 的测 试，当然亦可用于 HEPA 过滤器的测试。替代 DOP 法当已是趋势。 (3)MPPS 法 此法是欧盟 ENl822 标准所规定的，亦是以 DPC 作为检测仪器，测试用气溶胶要求同 (2) 。 其与粒子计数法的区别主要在于： 以过滤器最易穿透的粒径作为测试用粒径， HEPA ULPA 纤维过滤器在某一粒径下其过滤效率会出现最低， 这是因为在此粒径下扩散机理与惯性 机理对过滤器所起的过滤作用，两者都达到最低，此粒径与过滤器的滤料、给结构及滤速有 关，一般在 01-03m 间，对 ULPA 过滤器常为 01-02m ；过滤器测试时，需先 测定滤料的 MPPS ：另外，其对过滤器效率的测试不是采用整体测试，而是扫描测试每一处 的局部穿透率然后统计处理 ( 按 95 置信度 ) 得出 整体 ) 穿透率及 ( 整体 ) 效 率。最大允许局部穿透率比整体的高 5 倍或更多，见表 1 。 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 2 表 1. HEPA/ULPA 过滤器性能要求（ EN1822 ） 表 1. HEPA/ULPA 过滤器性能要求（ EN1822 ） 此法用于 HEPA ULPA 过滤器的测试，其灵敏度比一般粒子计数法还高，更接近实际， 在测效率的同时亦解决了扫描检漏。 (4) 钠焰法 此法采用火焰光度计，它对 NaCl 燃烧的火焰色度 ( 相当于 NaCl 的质量 ) 作响应， NaCl 质量粒径分布在 002-2m 间或更狭一些。其质量平均粒径 (MMD) 在 05-06m 间。此法灵敏度低，且 NaCl 对微电子工厂的产品质量有害，因此国外早已不用。 12 测试方法的灵敏度及其误差 121 灵敏度 测试方法的灵敏度主要决定于仪器本身。光度计的灵敏度分辨率一般可至 0001g L 空气，误差可至 -+5 。高档的粒子计数器灵敏度分辨率可在 10 以内，本底 噪音计数可控制达零。 增大上风侧测试用气溶胶浓度会增加灵敏度。光度计在测试过滤器效率时常用于 80mg m3 空气 -100mg m3 空气的气溶胶浓度，而 DPC 所采用浓度 ( 质量 ) 远低于此。 122 误差及控制 过滤器效率测试误差有系统本身误差及随机误差。为满足很高效率的 ULPA 过滤器的测 试要求，必须用高灵敏度的测试系统以适应之，随机误差已是不可忽略的因素。 1221 系统本身误差及控制 (1) 流速，除粒径外是影响过滤器效率的较重要的因素。因此必须使流速均匀并稳定。 常需通过测定并调整进行控制。 (2) 气溶胶浓度变化会影响测试结果，因此其浓度均匀及稳定亦是必须保证的，常需通 过混匀器及多点测试并调整进行控制。 (3) 气溶胶粒子在测试系统内会沉积，会影响测试结果，需采用尽量短的管路并合理布 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 3 置。 (4) 管路内壁由于气流流动时会积聚静电，影响气溶胶粒子沉积，因此需采用金属管道 并接地。 (5) 在用冷发的气溶胶时，气溶胶在喷嘴内进行机械破碎时会带静电 ( 热发时不存 在 ) ，因此需要设中和器加以中和，以免粒子沉积。 (6) 粘度、压降、温湿度、振动以及非等动力采样都会在一定条件下对测试产生影响， 一般有的关系不大，有的易控制或在计算时加以修正。 (7) 采用粒子计数器作检测时，需注意避免重叠误差需采用稀释器及本底噪音值的控制 并及时校正。 以上有关测试系统本身误差的各种因素，合格的测试系统都应视情况具有相关的测量及 控制措施的。 图 1 是 IEST-RP-CC0341 标准中， ULPA 过滤器性能测试的典型系统示意图。 图 1 是 IEST-RP-CC0341 标准中， ULPA 过滤器性能测试的典型系统示意图。 1222 随机误差及其处理 过滤器效率测试需采用高性能的粒子计数器，其本底噪音计数为。时，随机误差已是最 主要的误差。 当充分混匀的测试用气溶胶， 穿透过滤器至下风侧的粒子数是某一平均浓度下的随机值， 并由计数器随机地在某一平均浓度下测得， 此测得的值与实际平均值 ( 进行无数次测得平均 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 4 值 ) 之间存在着差异，测得的粒数越少其差异越大。因此随机误差对穿透率很小的效率很高 的 ULPA 过滤器，更显得不能忽视，它是下风侧计数值的最大的不定因素。此误差现以统计 学方法来处理，即采用 95 置信度。并对上风侧、下风侧在无被测过滤器时，测得存在的 粒子数差异 ( 由管路长短不一，或有稀释器，或采用同时采样时有二台粒子计数器存在的差 异等所引起 ) 一并进行统计方面。 采用计算软件对其进行统计方法处理计算以修正随机误差来提高测试结果的准确性，这 灵敏度较高的粒子计数器法及 MPPS 法进行 HEPA ULPA 过滤器尤其是 ULPA 过滤器应是 重要的个方面。 1.3 采用粒子计数法及 MPPS 法进行 HEPA ULPA 过滤器性能测试应是趋向。 粒子计数器：灵敏度高；对气溶胶选择余地大，可以满足产品生产对分子污染控制的要 求用 SPL 替代 DOP 或 DOS 等 ) 或发生源的经济方便；所用气溶胶的浓度 ( 质量浓度 ) 远低于光度计所需的，可以降低被测过滤器的污染程度。 因此采用 DPC 作为检测的系统必然是趋向。而 MPPS 法与粒子计数法之间各有特点， 但高效率的 ULPA 过滤器，看来 MPPS 法的灵敏度更高的特点可能是重要因素。 2 、 HEPA ULPA 过滤器的现场检漏 2 、 HEPA ULPA 过滤器的现场检漏 21 检漏方法及其特点 过滤器及其系统安装后的现场枪漏方法有整体检漏及扫描检漏。 (1) 整体检漏 整体检漏方法的灵敏度低于扫描检漏，因此限用于 HEPA 过滤器，即效率 =9999 99999 (03m) 的或相当的 =9995 99995 (MPPS) 的，且不便于进 行扫描检漏的场合，如安装在风管内或 AHU 内的；以及非单流洁净室的末端过滤器。 此方法采用的可为光度计或粒子计数器 (DPC) 。 (2) 扫描检漏 扫描检漏方法的灵敏度比整体检漏法高，一般除不便的场合外，都应采用此法检漏。所 用仪器可以是光度计或 DPC 。由于光度计的灵敏度不及 DPC ，因此光度计扫描检漏限用于 HEPA 过滤器及其系统，而 ULPA 过滤器及其系统须采用 DPC 扫描检漏。 另外，光度计检漏所用气溶胶浓度较高，常在 20mg m3 空气 80mg m3 空气间， 因为过低灵敏度不够，过大对被检过滤器受气溶胶污染程度增多，而 DPC 枪漏所用气溶胶浓 度一般为光度计的 1 1001 1000( 质量浓度 ) 因此 DPC 扫描检漏广泛被采用。 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 5 (3) 检漏用气溶胶 检漏，多采用多分散气溶胶如冷发的 DOP 或 DOS 等，因为它比单分散气溶胶来得经济 方便并亦能满足要求。 对需用 DPC 扫描检漏的用于微电子工厂等的 ULPA 过滤器，对分子污染有要求的，常采 用 SPL 固粒气溶胶 (01-02m) 。 22 有关问题讨论或注意 221 规定漏穿透率 PL 规定漏穿透率 PL 是指被检到时最小的漏，亦即是最大允许漏穿透率： PL 常以过滤器 的穿透率 Ps 的倍数来表示， PL=KPs 。 PL 一般是按过滤器效率或穿透率，检漏方法及检漏场合 ( 生产厂或现场 ) 等而定的， 亦可说是按过滤器效率、检漏方法的灵敏度及要求而定，若 h 取得过低 ( 严 ) ，即允许漏 要求甚小，会带来检漏时间的增长、气溶胶沉积在过滤器上的量增加，检漏费用增多，而只 是为了找甚小的漏，其间的时间、经济及必要性的平衡用户往往需作衡量的。 因此，国外有关检漏标准 ( 规定 ) ，对 h 提出的只是建议值，最后留给用户去定夺。 表 2 、表 3 列出有关标准的 PL 值。 表 2 HEPA 过滤器的 PL 值 表 2 HEPA 过滤器的 PL 值 从表 2 可以看出，有关标准对光度计检漏时，无论是扫描还是整体检漏， PL 值都采用 HEPA 过滤器 =9999 (03m) 的 Ps 值，这里需要注意的是 Ps 值是以 03gm 单 分散 DOP 测试的，而检漏时采用多分散 DOP ，其质量粒径分布的平均质量粒径 (MMD) 约为 07m ，实际上相当于增加了 Ps(03m) 的倍数，由于光度计灵敏度低，又是 HEPA 过 滤器，要求不是很严，因此对效率 9999 ,-99999 (03m) 及相当于此的 HEPA 过滤器，两个标准都采用同一的 h 值。 222 规定漏粒子数 Npa ： DPC 扫描检漏时，仪表反应的读数是粒子个数，不同于光度计所反应的穿透率，因此需 要建立以观察到的粒子数来判断漏，规定漏粒子数 Ne ，即是 DPC 扫描检漏时，在该条件下 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 6 相应于检漏穿透率 PL 下最小漏的粒子数。 规定漏粒子数 Npa 。是需要视具体情况合理选定的基础上确定的，其确定的方法是，先 选定 Nh 的期望值 NP ，然后得出扫描速度 sr ，按照过滤器扫描检漏方法原理，应符合其 关系式： 注意使 SrCa 时定为有潜在漏，然后停留进行再检测，可以按 Tr 为 6 秒进行， 然后同前一样进行辨识。 当 Npa 的确定需计入假计数的影响时，亦可用再检测三次 (3xTs) ，其中之一出现的 Npa 便定为是规定漏。别外当扫描阶段观察到的粒子数较多， Cr ，时，则即可定为是漏， 无须再重检测。 使用 DPC 扫描检漏方法，规定漏粒子数的确定及随机误差影响的处理是较关键的，是值 得注意及讨论的。看来 ISO-14644-3(DIS) 中的处理较为完善亦便于应用。 注： Fa-DPC 实际取样流率 (cm3 s) 224 在过滤器或其系统以 DPC 扫描检漏或整体检漏时，单一的规定粒子数作为漏是 不可的，因为它必须与气溶胶浓度、探头尺寸、扫描速度或 Tr 以及随机误差处理等有关的。 225 检漏灵敏度与气溶胶浓度 DPC 扫描检漏用气溶胶的浓度变化对小的漏会有影响，浓度增高，灵敏度提高，反之则 差。但对大的漏影响不大。 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 8 226 扫描检漏时， DPC 的选择应注意到： 每次计数后的重设时间应为 0 ，以免扫描阶段漏的粒子在重设时间中未被显示。当采用 自动扫描时， DPC 应是连续记数的。 227 探头扫描时应注意到当扫描速度比规定的慢得较多时，漏点的漏出粒子数有可 能被分割在前后二个取样时间 Ts 内出现，这就有可能被视为无漏。 3 、 HEPA ULPA 过滤器检测用气溶胶 3 、 HEPA ULPA 过滤器检测用气溶胶 3 、 1 常用的人工气溶胶 过滤器检测用气溶胶，首先是应能满足测试要求 ( 包括对仪器 ) ，并应是易于控制浓 度，对人安全、对产品质量无害、使用方便及经济合理。 现常用的人工气溶液是： DOP( 邻苯二甲酸二辛酯 Dioctyl Phthalate) 亦称 DEHP(di-ethylhexyl phthalate) ， 已有近 40 年历史， 一段时间以来， 因被怀疑对入有致癌作用， 现常以 DOS(Dioctylsebacate 癸二酸二辛酯 ) 亦称 DEHS(di-ethylhexylSebacate) 及 PAO( 聚。 烯烃， Polyalphaolefin) 等代替。以上这些物质都是液态物质，亦都被认为对半导体及磁盘驱动器等产生会造成分子 污染，因此，国外对用于微电子等工业的 ULPA 过滤器常采用 SPL( 聚苯乙烯胶胶球 ) 作为 效率测试及检漏用气溶胶，它是固态物质。 就地大气尘由于其浓度随地点及时间等而变化，往往较大，且浓度亦低，难有重现性： 因此不作为过滤器性能测试用，至于现场过滤器或其系统的检漏，国外亦不主张用，对很小 的漏的检测，肯定是不行的，对大的漏是可发现的，目前对要求不严的情况下，国内采用周 围的大气尘作检漏亦不少见。 32 常用的人工气溶胶的发生情况 液态物质发生的气溶胶，按其粒径分布要求可以是单分散的或多分散的。 单分散气溶胶亦称热发气溶胶， 是把空气加热至 185C 左右通过孔板进入液态物质容器 中，使加热蒸发然后加以冷却以温度来控制粒径，对 03gm 的粒径，一般冷却至 22 。 多分散气溶胶亦称冷发气溶胶。 是以压缩空气 (138-175Kpa) 进入上述液态物质容器中， 通过 Laskin 喷管使其雾化成多分散气溶胶，按质量粒径分布，其平均粒径 (MMD) 常在 07pm 附近。浓度以送入风量及气溶胶发生器输出量来调节。 一般压缩空气量 751 min( 标准状态 ) ， 138Kpa