HEPA濾網與ULPA濾網的差異:捕集效率定義、規格等級、MPPS、使用的無塵室比較

HEPA濾網與ULPA濾網都是把細玻璃纖維等濾材摺成褶狀的高性能空氣濾網,裝在無塵室天花板或 FFU 上,去除空氣中的微粒。差別在於捕集效率。日本 JIS 的用語定義(JIS Z 8122)規定,在額定風量下,HEPA 對粒徑 0.3 µm 的微粒捕集 99.97% 以上,ULPA 對 0.15 µm 的微粒捕集 99.9995% 以上。歐洲的 EN 1822-1 則以最易穿透粒徑(MPPS)下的效率分級,H13、H14 屬於 HEPA,U15~U17 屬於 ULPA。ULPA 能捕集更多微粒,但在相同風量下壓損較大、價格也較高,因此依所需的潔淨度選用。

項目HEPA濾網ULPA濾網
名稱的意義High Efficiency Particulate Air(高效率微粒空氣濾網)Ultra Low Penetration Air(極低穿透率空氣濾網)
JIS 的定義(JIS Z 8122)額定風量下,對粒徑 0.3 µm 的微粒捕集 99.97% 以上額定風量下,對粒徑 0.15 µm 的微粒捕集 99.9995% 以上
EN 1822-1 的等級(MPPS 下的整體效率)H13:99.95% 以上,H14:99.995% 以上U15:99.9995% 以上,U16:99.99995% 以上,U17:99.999995% 以上
穿透的微粒比例H13 為 0.05% 以下,H14 為 0.005% 以下(每 1 萬個 5 個、每 10 萬個 5 個)U15 為 0.0005% 以下(每 100 萬個 5 個)。等級每升一級降為 1/10
最易穿透粒徑(MPPS)依濾材而異,一般約 0.1~0.3 µm。較大的微粒容易因慣性與攔截被捕集,較小的微粒容易因擴散被捕集原理相同,一般約 0.1~0.3 µm。濾材較緻密,即使在此粒徑穿透也較少
壓損與成本相同風量下壓損較小,較容易壓低風扇耗電與價格相同風量下壓損容易較大,風扇耗電與價格增加
使用之無塵室的參考ISO 等級 5~8 左右的區域、手術室、製藥廠等。半導體廠中也用於潔淨度較寬鬆的區域ISO 等級 4 以下(更潔淨)的區域,以及半導體廠設備的微環境等特別要求潔淨度的地方
無法去除的物質氨、有機物等氣態分子汙染(AMC)。需另外搭配化學濾網同樣無法去除氣態分子汙染。若玻璃纖維濾材釋出的硼造成問題,會使用低硼濾材或 PTFE 濾材

數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。

適用於什麼情況

HEPA濾網
適合潔淨度約 ISO 等級 5 或更寬鬆即足夠的區域。壓損小,即使大面積大量排列也能壓低風扇耗電。
ULPA濾網
用於處理微細圖案的半導體製程等,連極小微粒也要減少、潔淨度特別高的地方。效率較高的代價是壓損與成本增加。
潔淨度不只由濾網決定
房間的潔淨度除了濾網等級,還取決於天花板被濾網覆蓋的比例、下降氣流、人員與設備的發塵,以及濾網框的洩漏。即使裝上高等級濾網,氣流紊亂時潔淨度也不會提高。

常見問題

HEPA 的「0.3 µm 下 99.97%」是什麼意思?

意思是以額定風量通過含有粒徑 0.3 µm 微粒的空氣時,能捕集 99.97% 以上,穿透的微粒在每 1 萬個中不超過 3 個。0.3 µm 接近纖維最難捕集的粒徑(MPPS),因此長期被用來表示性能。比它大或小的微粒,一般會以更高的效率被捕集。

H13、U15 是什麼?

是歐洲規格 EN 1822-1 的等級。以最易穿透粒徑(MPPS)的微粒量測濾網的整體效率,H13 為 99.95% 以上、H14 為 99.995% 以上、U15 為 99.9995% 以上,等級每升一級,穿透比例降為 1/10。國際規格 ISO 29463 也以幾乎相同的方式分級。由於試驗粒徑與 JIS 的定義不同,數值不宜直接比較。

裝上 ULPA濾網,任何房間都能達到高潔淨度嗎?

不能。潔淨度會因天花板被濾網覆蓋的比例、下降氣流是否均勻、人員與設備的發塵量、濾網框是否洩漏而大幅改變。安裝後會以微粒計數器掃描濾網面與框確認洩漏,並依 ISO 14644-1 量測房間的微粒數。

HEPA 或 ULPA 能去除氣體嗎?

不能。兩者都是捕集微粒的濾網,氨或有機物等分子會穿過濾材。半導體廠會搭配使用活性碳等的化學濾網,以減少氣態分子汙染(AMC)。

理解度檢測

用來去除潔淨室空氣中微粒的高效率濾網是下列何者?

  1. A低通濾波器
  2. B彩色濾光片
  3. CULPA濾網(HEPA濾網)
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正確答案:C. ULPA濾網(HEPA濾網)

HEPA濾網以及性能更高的ULPA濾網,是以折疊的細玻璃纖維等濾材捕捉空氣中微粒的空氣濾網,安裝在潔淨室的天花板等處。即使是比纖維間隙更小的粒子,也會因慣性與擴散而撞上纖維被捕捉。低通濾波器是在電路中去除高頻的電路,彩色濾光片則是影像感測器等用來分離顏色的零件。

下列關於HEPA濾網性能的一般定義,何者正確?

  1. A捕集粒徑0.3 µm的粒子達99.97%以上
  2. B捕集粒徑10 µm的粒子達50%以上
  3. C去除氣態分子達99.99%以上
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正確答案:A. 捕集粒徑0.3 µm的粒子達99.97%以上

HEPA濾網的定義為:對接近最難過濾粒徑的0.3 µm左右的粒子,具有99.97%以上捕集效率的濾網(JIS等)。比這更大的粒子因慣性,更小的粒子則因布朗運動造成的擴散,容易被纖維捕捉,所以中間大小的粒子最容易穿透。性能更高的ULPA濾網,在0.15 µm時為99.9995%以上。兩者都無法去除氣體。

在天花板上將濾網與風扇整合並排列,送出潔淨空氣的裝置是下列何者?

  1. AFFU(風扇濾網機組)
  2. BEFEM
  3. COHT
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正確答案:A. FFU(風扇濾網機組)

FFU是將送風風扇與HEPA/ULPA濾網整合的機組,在潔淨室的天花板上排列大量機組,向下吹出潔淨空氣。每個機組都可調整風量,也容易因應佈局變更或局部潔淨度的變更,因此取代以大型風管送風的方式而被廣泛使用。EFEM是設備前面的模組,OHT則是天花板上的搬運車。

  1. 從玻璃纖維濾網等釋出,可能造成晶圓非預期摻雜(污染)的元素是下列何者?
  2. 用來從潔淨室空氣中去除氨或有機物等分子態污染(AMC)的濾網是下列何者?
  3. 下列關於ISO 14644-1潔淨度等級的說明,何者正確?

前往無塵室與製造設備的練習題

相關名詞的解說

HEPA濾網
可捕集99.97%以上粒徑0.3 µm微粒的高性能空氣濾網。能捕集更微細粒子的則是ULPA濾網。
ULPA濾網
可捕集比HEPA濾網更微細粒子的高性能空氣濾網。用於高潔淨度無塵室的天花板。
ISO 14644-1
依空氣中的微粒數量訂定無塵室潔淨度等級的國際標準。數字越小,潔淨度越高。
FFU(風扇過濾機組)
將風扇與高性能濾網整合在一起的裝置。排列在無塵室天花板,向下送出潔淨空氣。
下降氣流
從整面天花板朝地板單向送出潔淨空氣的無塵室氣流方式,可將產生的微粒迅速排至地板下方。
無塵室
把空氣中的微粒(粒子)數量維持在規定水準以下,並控制溫度、濕度與氣壓的房間。半導體製造在無塵室中進行,以免汙染晶圓。
氣態分子汙染(AMC)
空氣中的酸、鹼、有機物等氣態汙染物。微粒用濾網無法去除,須以化學濾網去除。
微環境
只將晶圓周圍的狹小空間維持在高潔淨度的想法。結合FOUP等密閉容器與設備前端的EFEM,降低對整個房間的潔淨度要求以節省成本。

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