Nederlands
Menu

HEPA-filter versus ULPA-filter: definities van het rendement, normklassen, MPPS en gebruik in de cleanroom

HEPA- en ULPA-filters zijn allebei hoogwaardige luchtfilters van fijn glasvezelmateriaal (of iets vergelijkbaars) dat in plooien is gevouwen. Ze worden in plafonds van cleanrooms of in fan filter units gemonteerd om deeltjes uit de lucht te verwijderen. Het verschil is het rendement. De Japanse terminologienorm JIS Z 8122 definieert een HEPA-filter als een filter dat bij nominaal debiet minstens 99,97% van de deeltjes van 0,3 µm vangt, en een ULPA-filter als een filter dat minstens 99,9995% van de deeltjes van 0,15 µm vangt. De Europese norm EN 1822-1 deelt filters daarentegen in naar hun rendement bij de meest doordringende deeltjesgrootte (MPPS): de klassen H13 en H14 zijn HEPA, U15 tot U17 zijn ULPA. ULPA-filters houden meer deeltjes tegen, maar hebben bij hetzelfde debiet een hogere drukval en kosten meer, dus de keuze volgt de vereiste reinheid.

KenmerkHEPA-filterULPA-filter
Wat de naam betekentHigh Efficiency Particulate AirUltra Low Penetration Air
JIS-definitie (JIS Z 8122)Minstens 99,97% van de deeltjes van 0,3 µm gevangen bij nominaal debietMinstens 99,9995% van de deeltjes van 0,15 µm gevangen bij nominaal debiet
Klassen volgens EN 1822-1 (totaal rendement bij MPPS)H13: minstens 99,95%; H14: minstens 99,995%U15: minstens 99,9995%; U16: minstens 99,99995%; U17: minstens 99,999995%
Aandeel deeltjes dat erdoor komtHoogstens 0,05% voor H13 en 0,005% voor H14 (5 op 10.000 en 5 op 100.000)Hoogstens 0,0005% voor U15 (5 op 1.000.000); elke klasse hoger verlaagt het met een factor 10
Meest doordringende deeltjesgrootte (MPPS)Hangt af van het filtermateriaal, doorgaans ongeveer 0,1 tot 0,3 µm; grotere deeltjes worden door traagheid en interceptie gevangen, kleinere door diffusieDezelfde mechanismen, doorgaans ongeveer 0,1 tot 0,3 µm; het dichtere filtermateriaal laat ook bij deze grootte minder deeltjes door
Drukval en kostenLagere drukval bij hetzelfde debiet, dus ventilatorvermogen en prijs zijn makkelijker laag te houdenHeeft bij hetzelfde debiet doorgaans een hogere drukval, dus ventilatorvermogen en prijs stijgen
Typisch gebruik in cleanroomsRuimtes rond ISO-klasse 5 tot 8, operatiekamers, farmaceutische fabrieken; in chipfabrieken zones met minder strenge reinheidISO-klasse 4 en schoner, en plaatsen die bijzonder schone lucht nodig hebben, zoals de minienvironments van fab-apparatuur
Wat ze niet kunnen verwijderenGasvormige moleculaire verontreiniging in de lucht (AMC) zoals ammoniak en organische stoffen; een apart chemisch filter is nodigKunnen evenmin gassen verwijderen; waar boor dat vrijkomt uit glasvezelmateriaal een probleem is, worden boorarme of PTFE-filtermaterialen gebruikt

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

HEPA-filter
Voor zones waar een reinheid rond ISO-klasse 5 of minder streng volstaat. De lagere drukval houdt het ventilatorvermogen laag, ook wanneer veel filters een groot oppervlak bedekken.
ULPA-filter
Voor bijzonder schone plaatsen die zelfs zeer kleine deeltjes moeten verminderen, zoals halfgeleiderstappen met fijne patronen. Het hogere rendement gaat gepaard met een hogere drukval en hogere kosten.
Het filter alleen bepaalt de reinheid niet
De reinheid van een ruimte hangt niet alleen af van de filterklasse, maar ook van hoeveel van het plafond met filters is bedekt, het debiet van de neerwaartse luchtstroom, deeltjes die mensen en apparatuur afgeven en lekken rond filterframes. Een filter van een hogere klasse helpt niet als de luchtstroom turbulent is.

Veelgestelde vragen

Wat betekent "99,97% bij 0,3 µm" voor een HEPA-filter?

Wanneer lucht met deeltjes van 0,3 µm bij nominaal debiet door het filter gaat, vangt het minstens 99,97% ervan, dus er komen er hoogstens 3 op 10.000 door. 0,3 µm ligt dicht bij de grootte die vezels het slechtst vangen (de MPPS), en daarom wordt die grootte gebruikt om de prestaties op te geven. Deeltjes die groter of kleiner zijn, worden doorgaans met een nog hoger rendement gevangen.

Wat zijn H13 en U15?

Het zijn klassen in de Europese norm EN 1822-1. Het totale rendement van het filter wordt gemeten met deeltjes van de meest doordringende deeltjesgrootte (MPPS): H13 is minstens 99,95%, H14 minstens 99,995% en U15 minstens 99,9995%, dus elke stap hoger verlaagt het aandeel dat erdoor komt met een factor 10. De internationale norm ISO 29463 deelt filters op vrijwel dezelfde manier in. De grootte van de testdeeltjes verschilt van die in de JIS-definitie, dus de getallen moeten niet direct met elkaar worden vergeleken.

Maakt een ULPA-filter elke ruimte zeer schoon?

Nee. De reinheid hangt sterk af van hoeveel van het plafond met filters is bedekt, of de neerwaartse luchtstroom uniform is, hoeveel deeltjes mensen en apparatuur afgeven en of filterframes lekken. Na de installatie worden de filtervlakken en -frames met een deeltjesteller op lekken gescand, en worden de deeltjesaantallen in de ruimte gemeten volgens ISO 14644-1.

Kunnen HEPA- of ULPA-filters gassen verwijderen?

Nee. Beide vangen deeltjes, en moleculen zoals ammoniak en organische stoffen gaan door het filtermateriaal heen. Chipfabrieken combineren ze met chemische filters, zoals actieve kool, om moleculaire verontreiniging in de lucht (AMC) te verminderen.

Test uw begrip

Welk hoogwaardig filter wordt gebruikt om fijne deeltjes uit de lucht van een cleanroom te verwijderen?

  1. ALaagdoorlaatfilter
  2. BKleurenfilter
  3. CULPA-filter (HEPA-filter)
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. ULPA-filter (HEPA-filter)

HEPA-filters en de nog hoogwaardigere ULPA-filters zijn luchtfilters die fijne deeltjes in de lucht opvangen met een gevouwen filtermedium van bijvoorbeeld fijne glasvezels, en worden onder meer in het plafond van cleanrooms geplaatst. Ook deeltjes die kleiner zijn dan de ruimte tussen de vezels, botsen door traagheid en diffusie tegen vezels en worden opgevangen. Een laagdoorlaatfilter is een elektrische schakeling die hoge frequenties verwijdert en een kleurenfilter is een component die in onder meer beeldsensoren kleuren scheidt.

Welke algemene definitie van de prestaties van een HEPA-filter is juist?

  1. AHet vangt 99,97% of meer van de deeltjes van 0,3 µm op
  2. BHet vangt 50% of meer van de deeltjes van 10 µm op
  3. CHet verwijdert 99,99% of meer van de gasvormige moleculen
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Het vangt 99,97% of meer van de deeltjes van 0,3 µm op

Een HEPA-filter wordt gedefinieerd als een filter met een opvangrendement van 99,97% of meer voor deeltjes van circa 0,3 µm, dicht bij de deeltjesgrootte die het moeilijkst te filteren is (JIS enz.). Grotere deeltjes worden door traagheid en kleinere door diffusie ten gevolge van Brownse beweging gemakkelijk door de vezels opgevangen, zodat de deeltjes van gemiddelde grootte het gemakkelijkst door het filter gaan. Het nog hoogwaardiger ULPA-filter zou 99,9995% of meer bij 0,15 µm halen. Geen van beide verwijdert gassen.

Welk apparaat, waarin filter en ventilator zijn gecombineerd, wordt in rijen in het plafond geplaatst om schone lucht uit te blazen?

  1. AFFU (fan filter unit)
  2. BEFEM
  3. COHT
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. FFU (fan filter unit)

Een FFU is een eenheid waarin een ventilator en een HEPA/ULPA-filter zijn geïntegreerd; veel van deze eenheden worden in het plafond van een cleanroom geplaatst en blazen schone lucht omlaag. Omdat de luchthoeveelheid per eenheid kan worden geregeld en wijzigingen van de indeling of van de reinheid van een deel gemakkelijk kunnen worden opgevangen, worden ze veel gebruikt in plaats van methoden waarbij lucht via grote kanalen wordt aangevoerd. Een EFEM is de module aan de voorzijde van de apparatuur en een OHT is een transportvoertuig aan het plafond.

  1. Welk element, afgegeven door onder meer glasvezelfilters, kan ongewenste doping (verontreiniging) van wafers veroorzaken?
  2. Welk filter wordt gebruikt om moleculaire verontreinigingen (AMC) zoals ammoniak en organische stoffen uit de lucht van een cleanroom te verwijderen?
  3. Welke uitspraak over de reinheidsklassen van ISO 14644-1 is juist?

Oefenvragen over Cleanroom en productieapparatuur

Belangrijke termen uitgelegd

HEPA-filter
Hoogwaardig luchtfilter dat ten minste 99,97% van de deeltjes met een grootte van 0,3 µm opvangt. Een filter dat nog kleinere deeltjes opvangt is het ULPA-filter.
ULPA-filter
Hoogwaardig luchtfilter dat nog kleinere deeltjes opvangt dan een HEPA-filter. Wordt gebruikt in het plafond van cleanrooms met een hoge reinheid.
ISO 14644-1
Internationale norm die de reinheidsklassen van cleanrooms vastlegt aan de hand van het aantal deeltjes in de lucht. Hoe lager het getal, hoe schoner.
FFU (fan filter unit)
Apparaat waarin een ventilator en een hoogwaardig filter zijn samengebracht. Wordt in rijen aan het plafond van een cleanroom geplaatst en blaast schone lucht naar beneden.
Downflow
Luchtstroomprincipe in een cleanroom waarbij schone lucht over het hele plafond in één richting naar de vloer stroomt. Voert gegenereerde deeltjes snel af naar onder de vloer.
Cleanroom
Ruimte waarin het aantal deeltjes in de lucht onder een vastgesteld niveau wordt gehouden en ook temperatuur, luchtvochtigheid en luchtdruk worden beheerst. Halfgeleiders worden in cleanrooms geproduceerd, zodat de wafers niet worden verontreinigd.
Moleculaire verontreiniging (AMC)
Gasvormige verontreinigingen in de lucht, zoals zuren, basen en organische stoffen. Worden niet door deeltjesfilters tegengehouden, maar met chemische filters verwijderd.
Mini-environment
Principe waarbij alleen de kleine ruimte rondom de wafer op hoge reinheid wordt gehouden. Door een gesloten container zoals de FOUP te combineren met de EFEM aan de voorzijde van de apparatuur worden de eisen aan de reinheid van de hele ruimte lager en de kosten beperkt.

Verwante vergelijkingen