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表面微粒子計數器(SPC, Surface Particle Counter) VS. 微粒子計數器(APC, Air Particle Counter)

2022-05-26 17:33:14 發表,點閱 140 次

無塵室表面微粒子計數器(SPC, Surface Particle Counter)與常用微粒子計數器(APC, Air Particle Counter)特性比較

針對物體表面的潔淨度, 必須使用表面微粒子計數器(SPC, Surface Particle Counter),,才能對其表面的顆粒數量,大小,總類及濃度進行量測及分類.

其依據為 ISO 14644-9 ISO 14644-13 ISO 14644-17 VDA19.2

 

主要原因一般歸納為下列幾個因素 :

  1. 大顆粒容易沉積,常用微粒子計數器(APC, Air Particle Counter)取樣體積及流速都很低,也有取樣口的面積限制,當大顆粒掉落,非常有可能不會被取樣口的氣流吸取,所以並無法被偵測到。
  2. 物體表面的潔淨度,會隨著產塵來源不同,沉積在不同位置,例如 : 機器運作的震動或是PUMP的摩擦,或是人體的毛髮皮屑,擦拭布(Wiper)清潔後的殘留,或手套的污染等等原因,造成顆粒的移轉,這些都是一般微粒子計數器(APC, Air Particle Counter)無法測到。這個污染過程,稱為堆積(deposition)汙染。
    大型粒子,只能透過「移除汙染源」來排除,不是換氣
  3. 無塵室不斷的增加HEPA的更換,無塵室等級提升,換氣率提高,卻還是無法改變表面微粒子的數量,因為表面微粒子通常顆粒較大,根本無法用上述方法去除,大型粒子,只能透過「移除汙染源」來排除
  4. 零件清洗Parts Clean : 零件清洗機洗淨效果或是被清洗物件的潔淨度驗證,因為物件本身的材質多樣,形狀大小不一,累積的汙染物質形狀大小及總類都不相同,最好採用直接接觸並檢測及分類定義顆粒的大小及數量,表面微粒子計數器SPC (Surface Particle Counter)是最佳的工具。

 

一般無塵室常用於潔淨度等級分類的微粒子計數器 (APC, Air Particle Counter), 僅能針對於懸浮於無塵室空氣中的微小粒子, 通常介於0.1 um- 5 um, 可參考ISO 14644-1 : 2015等級分類,在其法規分類表的說明,也明白指出一般來說,空間中“懸浮顆粒”的濃度是由設計無塵室時提供的通風系統來“控制”的,通過空氣微粒子計數器“監測”來確認“空氣潔淨度等級”控制目標值的實現,在許多情況下,大於 5 μm 的顆粒在“懸浮顆粒”濃度的“監測”中顯示為非常低或為零,這通常導致人們認為它們不存在於潔淨室中。

然而,根據 2021 年ISO 14644-17已經提出這是由 >5 μm 或更大顆粒的特性造成的“錯覺”,大顆粒不同於更小的”懸浮細顆粒”,

這表明僅控制“空氣清潔度等級”是不夠的,並且為了更直接地評估產品污染的風險,5μm或更大的“大顆粒”在有風險的產品的質量控制中,使用了指標顆粒沉積率(PDR, Particle Deposition Rate)這項指標,已經提出並通過了。

 

*顆粒沉積率PDR = 粒子數(µm) /面積(m2) /時間(1hour)

 

現行無塵室等級,是怎麼定義?

根據ISO 14644-1根據ISO 14644 -1 無塵室標準,無塵室應監控空氣中0.1um~5um大小的粒子。

ISO直接陳述,空氣中>1um粒子濃度低,難於捕捉。

 

但大型粒子 :

  • 空氣中量不到,但是卻大量堆積在檯面上、地面上。
  • 它不僅存在,也在某些產業,危害關鍵良率

 

常見微粒子計數器(APC, Air Particle Counter)在監控什麼?

一般空氣中懸浮的粒子的量測時,只有 0.1um~5um的小型粒子被分類及取樣,其他大顆粒並無法被分類取樣。

微粒子計數器的構造和原理 : 包含取樣頭、抽氣馬達、光學路徑、透過光學遮蔽,進行物體大小辨識。

 

測定範圍都設定在10um以下,因為

粒子計數器專用於監測”空氣中的懸浮小型粒子”(<5um),

微粒子計數器(APC, Air Particle Counter)不是大型粒子的吸塵器。

APC使用上也有限制 :

  • 無法監測動態落塵 : 大型粒子落下的比例很高,且發生過程,需要長時間監控
  • 無法實測表面汙染 : 粒子計數器,無法拿來直接吸取物體表面的粒子,取做粒子分析

 

一般無塵室苦惱的問題 :

Q: 是不是我們的無塵室等級不夠,請問需要提升到Class多少?
A: 如說明,無塵室只監控小型粒子,大型粒子不在監控範圍內。
 

Q: 前述所有案例,提高無塵室等級,並非正解。增加換氣頻率可以嗎?
A: 大型粒子無法透過換氣來排除

Q: 我們的廠務組,都有使用Air Particle Counter定時監控,如果有汙染,為什麼都量不到?

A: Air Particle Counter只能量空中飄浮的微小粒子,不適合量測大型粒子堆積過程,也不能直接量測物體表面潔淨度。

 

然而外接取樣真空探頭的表面微粒子計數器,可想像吸塵器構造,其使用上和驗證上有幾個很大的限制 :

取樣真空探頭無法吸取大於5 um的微粒子,並且其機器的讀值也是只能分類0.1um~5um的小型粒子,這也呼應為何ISO 14644-1說明大顆粒不易被取樣及分類。

大顆粒的物理特性,會在管路造成靜電吸附,以及重力沉降,將倒置管路的交叉污染,容易產生數據判讀錯誤

真空Pump可能產生氣流,造成顆粒的擾動,加上內部HEPA過濾效果若是不佳,可能造成二次汙染。

一般表面微粒子計數器的氣體通道及光學路徑非常狹小,若不甚吸取大顆粒(雖然不容易吸到),但容易造成氣體路徑阻塞,Pump受損。

一般表面微粒子計數器只有顆粒數量的潔淨度單位,但在最新法規的表面潔淨度等級定義,已經明訂顆粒沉積率(PDR, Particle Deposition Rate),這項指標,然而量測結果無法表明單位面積的汙染濃度,所以也無法管制動態的汙染控制指標(PDRL, Particle Deposition Rate Limits),不利於潔淨度改善及監控措施。

*顆粒沉積率PDR = 粒子數(µm) /面積(m2) /時間(1hour)

 

理想的表面微粒子計數器(SPC, Surface Particle Counter)作法 :

  1. 直接量測任一地點之表面微粒子潔淨度以及長期連續監測同步進行 :

PartSens – 鑑定任意表面的汙染情形

想量哪裡? 就量哪裡。 精確鑑定每一個表面的汙染情形。

取樣後解析,只要等待幾秒鐘。

可以區分三種粒子性質(金屬/非金屬/纖維)

分別統計 : 各種粒子大小 vs 數量

 

APMON – 記錄落塵發生的”時間點”

紀錄無塵室內,異常落塵的時間點。 找出造成汙染的人員、機台行為 !

最短每五分鐘,監控一次落下的粒子數量。

分別統計 : 各種粒子大小 vs 數量

  1. 找出大型粒子汙染源頭
  2. 驗證清潔流程,建立人員活動程序,長期穩定自動監控