了解無塵室ISO等級：無塵室原理與無塵室耗材挑選重點
在食品科技、生物醫療，以至半導體等精密電子與高科技製造行業中，無塵室都是控制產品品質的關鍵設備。創建科技為各行業介紹無塵室原理及 ISO 等級標準，並說明無塵室耗材的重要性，讓您的企業及早了解與部署無塵環境。
什麼是無塵室？
無塵室（Cleanroom）是一種高度控制污染水平的環境，確保空間內的灰塵微粒有效控制在特定標準範圍內，專門設計予需要無污染環境的行業（例如半導體製造）。在排除各種污染源，無塵室亦需要精確控制溫度、濕度、氣流速度、室內壓力、噪音、振動與照明等多項環境參數。
無塵室等級怎麼區分？詳解國際標準 ISO 14644-1
無塵室等級是根據國際標準 ISO 14644-1 所定義，用來衡量無塵室內空氣潔淨度的標準。這個等級是依據每立方米（1m³）空氣中，大於或等於某特定粒徑的懸浮微粒（Airborne Particles）的最大允許數量來分類。簡單來說，無塵室 ISO 等級的數字越小，允許的微粒數量越少，代表無塵室越潔淨。
無塵室 ISO 等級分類表
無塵室 ISO 等級分為 ISO 1 到 ISO 9，共 9 個等級，以 ISO 9 最低，ISO 1 為最高。從下表可見，無塵室 ISO 每提升一個等級，對微粒數量的控制嚴格約 10 倍。ISO 的數字越小，代表對潔淨度的要求越高，允許的微粒數量越少。不同產業會根據產品需求，選擇適合的無塵室等級。例如，半導體製造普遍用 ISO 3 至 5 等級無塵室，食品、藥品等則多採用 ISO 7 至 8 級作標準。
| ISO 分級 | 每1立方米單位（1m³）空氣量的微塵例子數上限濃度 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 粒徑 | ≥0.1μm | ≥0.2μm | ≥0.3μm | ≥0.5μm | ≥1μm | ≥5.0μm |
| ISO 1 | 10 | 2 | - | - | - | - |
| ISO 2 | 100 | 24 | 10 | 4 | - | - |
| ISO 3 | 1,000 | 237 | 102 | 35 | 8 | - |
| ISO 4 | 10,000 | 2,370 | 1,020 | 352 | 83 | - |
| ISO 5 | 100,000 | 23,700 | 10,200 | 3,520 | 832 | 29 |
| ISO 6 | 1,000,000 | 237,000 | 102,000 | 35,200 | 8,320 | 293 |
| ISO 7 | - | - | - | 352,000 | 832,000 | 29,300 |
| ISO 8 | - | - | - | 35,200,000 | 8,320,000 | 293,000 |
不同產業對應的無塵室 ISO 等級參考
| 產業應用 | 對應 ISO 等級 | 應用實例 |
|---|---|---|
| 極端奈米級製造 | ISO 2 | 高階 EUV 光刻機、量子計算元件製造 |
| 次奈米級精密製造 | ISO 3 | 極紫外光光學鏡片製造、原子層沉積(ALD) |
| 先進半導體製程 | ISO 4 | 邏輯製程 FinFET、DRAM/3D NAND 製程前段 |
| 半導體晶圓廠 | ISO 5-6 | 晶圓曝光、蝕刻製程 |
| 半導體封裝 | ISO 6-7 | 測試代工、封裝組裝 |
| 光電面板 | ISO 6-7 | OLED/LCD 封裝生產線 |
| 生物醫療 | ISO 7-8 | 醫療器械組裝、藥品生產 |
| 食品生物科技 | ISO 7-8 | 無菌食品生產線 |
無塵室 ISO 與其他地區標準的對照
除了國際通用的無塵室 ISO 14644-1 外，部分產業可能使用其他標準：
- FED-STD-209E（美國標準）：美國聯邦政府於 1992 年發布的空氣微粒潔淨度標準，已於 2001 年被 ISO 標準正式取代，但在某些美國公司仍會使用，特別是半導體產業，仍會使用 Class 1、Class 10、Class 100 等。
- JIS B9920（日本標準）：日本基於 ISO 14644 標準制定的日本國家標準，內容與 ISO 標準完全一致，但在應用的細節上較符合日本工業的慣例。
- VDI 2083（德國標準）：歐洲製造業常見的無塵室技術標準，由德國工程師協會（Verein Deutscher Ingenieure）制定，在空氣潔淨度分級外，亦涵蓋無塵室的整體設計和運作管理。
| ISO 14644-1 等級 | FED-STD-209E 等級 (Class) | JIS B9920 等級 (Class) | VDI 2083 等級 (Class) |
|---|---|---|---|
| ISO 1 | - | 1 | 1 |
| ISO 2 | - | 2 | 2 |
| ISO 3 | 1 | 3 | 3 |
| ISO 4 | 10 | 4 | 4 |
| ISO 5 | 100 | 5 | 5 |
| ISO 6 | 1000 | 6 | 6 |
| ISO 7 | 10000 | 7 | 7 |
| ISO 8 | 100000 | 8 | 8 |
| ISO 9 | - | 9 | 9 |
無塵室原理核心：氣流與濾網控制
無塵室原理是透過控制和過濾空氣中的微粒，維持室內空氣潔淨度，避免污染物影響產品或實驗品質。
1. 空氣過濾系統
空氣過濾系統是無塵室原理中最重要的部分，系統採用多層過濾法，以攔截、慣性和擴散三種機制來捕捉不同大小的微粒：
- 攔截機制針對體積較大的微粒，利用濾網纖維或網格結構，直接攔截灰塵和花粉等大型顆粒。
- 慣性機制適用於質量較大的微粒，當這些微粒在氣流中高速移動時，會因慣性作用與濾網纖維碰撞而被捕捉。
- 擴散機制則專門處理極小微粒如煙霧和油煙，這些微粒會因布朗運動（微粒於流體中的不規則運動）而產生不規則的路徑，增加與濾網纖維碰撞的機會。
外部空氣首先經過初效過濾器捕捉大型顆粒，接著通過中效過濾器進一步淨化，最後由高效過濾器（HEPA 或 ULPA）去除微小顆粒、細菌和病毒，確保供應到作業區的空氣達到規定潔淨度。
2. 氣流控制與分佈系統
無塵室內的氣流控制亦是維持潔淨度的關鍵，依據不同潔淨度需求，無塵室可設計成不同原理的氣流控制模式：
- 層流式氣流（Unidirectional Air Flow）提供單向氣流，潔淨空氣自天花板垂直向下吹送並由地板回風，適用於高潔淨度需求的環境。
- 亂流式氣流（Turbulent Flow）讓空氣在室內隨機流動，適用於潔淨度要求較低的環境，成本相對較低。
氣流系統亦可分為三個類型：
- 加壓靜壓箱系統：將空氣泵入靜壓箱後，推送通過過濾器進入無塵室。
- 管道送風與管道回風系統：透過管道輸送空氣進出無塵室。
- 管道送風與開放回風系統：空氣通過管道輸送後，自然流入開放式回風系統，屬最高成本效益的選擇。
3. 壓力控制與密封技術
憑精確的壓力控制原理，無塵室有效防止污染物的交叉傳染，需維持適當的正壓或負壓環境。正壓無塵室持續泵入潔淨過濾空氣，當門窗開啟時空氣會向外流出，防止外部污染空氣滲入，適用於保護敏感產品如微晶片製造。負壓無塵室則用於防止內部污染物外洩，用於處理有害物質的環境。
壓力控制系統包含專用的空氣處理系統，配備 HEPA 過濾器供應過濾調節空氣，並透過控制供應與排出的空氣量來維持所需壓差。系統必須嚴格控制氣密性，包括門窗及管道的密封，並配備壓力監測系統持續監控壓差變化。
4. 環境參數監控系統
無塵室亦配備先進的即時監控系統，持續追蹤並控制多項關鍵環境參數。監控系統整合粒子計數器、感測器和軟體網路，提供連續監測、警報和回饋功能。監控的參數包括微粒數量、溫濕度、壓差、氣流速度、二氧化碳濃度、活性微粒和氧氣濃度等。系統能即時提供警報，當數據超出正常範圍時立即通知管理人員，確保無塵室環境始終維持在規定標準內。
無塵室耗材的分類及重要性
在以上各系統的硬件以外，無塵室耗材對於維持無塵室等級標準的無塵環境亦屬必要，包括：
空氣過濾系統耗材
空氣過濾系統是無塵室的核心，過濾系統風機需要配合使用空氣濾網，它是無塵室最重要的耗材，必須定期更換以確保符合無塵室 ISO 14644-1 標準的空氣潔淨度要求。
預過濾器：屬於初效過濾器，可保護更昂貴的 HEPA 過濾器免受堵塞，建議每年更換 6 次或每 2 個月更換一次。
袋式過濾器：屬中效過濾器，普遍每年更換一次。
HEPA 過濾器（高效粒子空氣過濾器）：作為高效過濾器，標準的 HEPA 過濾器必須去除 99.97% 的 0.3 μm 或更大粒子。更換頻率根據使用的環境而異，行業標準是每 3 年換一次，在預過濾器妥善保護之下，可每 4 至 6 年更換一次。經過定期完整性測試，最長使用壽命可達 8 年，但在高污染環境（例如 ISO 8 級無塵室）中，可能需要每年更換。
ULPA 過濾器（超低滲透空氣過濾器）：性能超越 HEPA，可捕獲超過 99.999% 的粒子。在免受損壞和過度使用的保護下，ULPA過濾器應每 4 至 6 年更換一次。
清潔耗材
清潔耗材對於維持無塵室的日常潔淨度亦屬必要，能夠去除表面污染物並防止交叉污染。這些耗材必須經過特殊設計，以避免產生纖維或粒子，同時有效清除各種類型的污染物。
無塵室認可消毒劑：用於日常表面擦拭，應每週使用，以防止殘留物積聚。
無塵室抹布和清潔布：用於日常清潔表面、設備和工作台的低纖維無菌抹布。抹布種類包括聚酯纖維抹布（無絨毛、高吸收性）、微纖維抹布（去除細小粒子）和預浸濕抹布（預先浸潤清潔劑），均屬重要無塵室耗材。
黏性地墊：放置在無塵室入口處，用於捕獲鞋履上的粒子，應根據污染程度每月或按需要更換。
個人防護設備
個人防護設備是防止人體成為污染源的第一道防線，同時保護操作人員免受有害物質影響，是必要定時更換的無塵室耗材之一。
- 無塵室服裝：包括連身衣、頭罩、鞋套和手套，更換頻率取決於無塵室分級和使用強度。
- 髮網、鬍鬚網：單次使用物品，阻隔人員的毛髮或身體微細顆粒污染空氣，每次進入無塵室時都應更換。
- 口罩：阻隔室內人員呼出的微粒進入無塵室的空氣。
創建科技——業界領先無塵室專業產品及服務公司
以上介紹了無塵室原理、ISO等級標準及用途，創建科技（Newtech）提供高 ISO 等級無塵室諮詢、設計及施工服務，以頂尖的無塵室產品與系統，為企業提供全方位解決方案。從高品質無塵室面板牆、天花板系統，到先進的 HEPA 過濾器等無塵室耗材，我們都致力確保每個細節都達到嚴格的無塵室標準。
創建科技擁有專業的工程團隊，為企業量身訂製最佳無塵室方案，提升產品品質與生產效率。我們同時提供專業技術支援，讓您的無塵室環境始終保持最佳狀態，歡迎聯絡我們進一步了解各種無塵室方案。
參考資料：
International Organization for Standardization – ISO 14644-1:2015 Cleanrooms and associated controlled environments Part 1: Classification of air cleanliness by particle concentration
ASHRAE Standard 170: Ventilation of Health Care Facilities
ashrae.org/technical-resources/standards-and-guidelines/standards-addenda/ansi-ashrae-ashe-standard-170-2017-ventilation-of-health-care-facilities
IEST – Federal Standard 209E Cancellation
Liberty Industries – HEPA vs. ULPA Filters
