看不见的威胁：微粒子
固德科技报｜看不见的威胁：微粒子#半导体
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Posted On : 21 Oct. 2025
在实验室与高科技设备的世界里，稳定的环境往往决定了成果的成败。无论是半导体晶圆製程、生物医药研发，或是精密机械测试，只要环境中存在肉眼看不见的微粒，就可能造成一连串问题。微粒子（Particle）是空气或机台内最常被忽略的汙染源之一。它们细微到几乎无法被察觉，却足以影响产品品质、设备寿命与实验结果的准确性。监测微粒子的重要性，正是建立在「预防无形风险、维持稳定环境」的核心概念上。
微粒的真面目：看不见的汙染源？
为什麽微粒子监测是实验室与设备稳定运作的关键
微粒子指的是悬浮于空气或液体中的固体或液滴，其大小可能从几奈米到几百微米不等。在实验室中，它们可能来自人员活动、衣物纤维、纸屑或外部空气渗入；在机台内部，则常由金属磨损、润滑油蒸气、冷却液蒸散或机械震动所产生。虽然这些粒子无法用肉眼直接观察，但当浓度累积到一定程度时，就会对设备或製程造成显着影响。
在洁淨室等环境中，微粒子浓度的控制被列为最关键的环境因子。因为一颗仅 0.5 微米大小的粒子，就能在半导体晶圆上造成短路；一点细微尘埃，就足以让显微镜镜片偏移焦距，或让分析仪器的光学路径受阻。微粒子汙染看似微不足道，但在高精密产业中，它往往是品质问题的起点。
为什麽微粒子监测这麽重要？
在任何需要稳定条件的实验或生产环境中，「监测」是维持秩序的第一道防线。
对微粒子而言，监测的重要性主要体现在三个层面。
首先，它能即时反映环境状况。粒子浓度会随着人员进出、设备开关、空调运转而变化。若仅靠定期检测，就容易错过短时间内的汙染峰值。持续监测可提供连续的环境数据，让管理者在异常发生时立即察觉。其次，微粒子监测能保护製程与设备。当浓度上升，系统可以即刻提醒操作人员採取措施，如更换滤网、暂停作业、检查密封等。这比等到产品报废或设备损坏后再处理要有效得多。
监测也是品质与合规的依据。在製药、电子与医疗产业中，ISO 14644、GMP 等标准明确规定须定期记录粒子数据。若无持续监控，实验结果或出货产品将无法追溯环境条件，失去公信力。
实验室里的微粒风暴
需要长期维持特定洁淨条件
在实验室中，微粒子汙染的影响往往是间接却致命的。
举例来说，在化学或药物实验中，空气中的粒子可能落入样品，导致反应比例改变、生成物混杂，结果重现性降低。
在生物研究中，微粒甚至可能成为细菌或蛋白质的载体，造成交叉汙染。一次不被察觉的微粒汙染，足以让整批样本失效。即使在物理或材料分析实验中，粒子附着也可能让仪器量测失准。
例如，扫描电子显微镜若镜面被微尘复盖，影像清晰度会明显下降；光谱仪镜头若积灰，光强度的微幅衰减便会使数据偏差。
除了影响试验结果外，微粒子过多还会破坏实验室的洁淨度分级。当粒子数量超出标准范围，整个环境可能降级为不合格状态，进而影响后续所有实验的有效性。对于需要长期维持特定洁淨条件的实验室，这样的汙染甚至意味着整场停机清洁与重新认证。
机台内部的灰尘效应？
以半导体设备为例，微粒子可能落在晶圆表面造成缺陷，导致良率下降；在雷射切割或光学量测设备中，粒子会干扰光线传输，使焦点偏移。
如果说实验室的问题是「外部汙染」，那麽机台的问题则是「内部汙染」。在设备长时间运转的情况下，任何摩擦、气流或热源都可能产生微粒。这些粒子若未被即时排出，就会在密闭的腔体内循环累积，最终沉积在敏感元件上。
以半导体设备为例，微粒子可能落在晶圆表面造成缺陷，导致良率下降；在雷射切割或光学量测设备中，粒子会干扰光线传输，使焦点偏移；在自动化机构中，粒子若进入滑轨或轴承，会增加摩擦、加速磨损，甚至导致机构卡死。
更严重的是静电问题。许多微粒带有电荷，当它们积聚在电路附近时，可能引发静电放电，导致感测元件短路或损坏。这类问题通常发生迅速，却难以追踪来源。若没有连续的监测与记录，往往只能在设备故障后才发现原因是「灰尘」。
微粒子浓度过高的连锁反应？
微粒子过浓不仅代表「髒」，更意味着潜在的可靠性、安全与成本风险。
微粒子物过浓并不只是一个洁淨度问题，它会产生一连串的副作用。
一、热传导效率下降。
当粒子附着在散热片、风扇叶片或冷却通道内壁时，会形成一层隔热层，使热量无法顺利排出。长期下来，设备温度上升、运转不稳，甚至出现过热警报。
二、机械磨损加剧。
粒子进入轴承与滑轨等高精度运动部位后，会破坏润滑层，使摩擦係数上升，造成磨耗与噪音增加。对需要长时间连续运转的生产机台而言，这不仅影响效率，也缩短寿命。
三、光学与感测误差。
当粒子附着于镜面、镜头或光学滤片上，会改变反射或透光特性，使得感测结果偏移。这在医疗检测或品质检测设备中尤其严重。
四、汙染扩散。
机台若无良好的气流设计，粒子会随循环气流扩散到其他区域，使整个环境汙染难以控制。
五、安全与健康风险。
在含化学气体或生物材料的环境中，悬浮粒子可能吸附有害物质，被人员吸入后影响健康，或形成爆炸性混合气体。
因此，微粒子过浓不仅代表「髒」，更意味着潜在的可靠性、安全与成本风险。
如何正确监测微粒子浓度？
微粒子监测的第一步，是选择适合的侦测方法。固德採用的微粒子感测器是採用半导体雷射光源，测量精度高。可即时侦测特定粒径的微粒子数量。
监测点的选择也很关键。实验室常在进气口、排风口与操作区上方设置感测器，以确保空气洁淨。而在机台设备中，感测器则应配置于风道、滤网前后、腔体内部等位置，便于比较前后浓度差，判断汙染来源。
建立警示阈值是第二步。根据 ISO 14644 或设备厂商规范，可设定「警戒值」与「危险值」。当浓度超出警戒值时，系统提醒操作人员检查；若达危险值，则可自动触发停机或排气程序，以防设备受损。
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ISO 14644-1:1999
CLASSIFICATION
NUMBER (N) |
MAXIMUM CONCENTRATION LIMITS (PARTICLES/m³) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.1 μm | 0.2 μm | 0.3 μm | 0.5 μm | 1.0 μm | 5.0 μm | ||
| ISO Class 1 | 10 | 24 | 10 | ||||
| ISO Class 2 | 100 | 24 | 10 | 35 | |||
| ISO Class 3 | 1 000 | 237 | 102 | 35 | |||
| ISO Class 4 | 10 000 | 2 370 | 1 020 | 352 | 83 | ||
| ISO Class 5 | 100 000 | 23 700 | 10 200 | 3 520 | 832 | 29 | |
| ISO Class 6 | 1 000 000 | 237 000 | 102 000 | 35 200 | 8 320 | 298 | |
| ISO Class 7 | 352 000 | 83 200 | 2 930 | ||||
| ISO Class 8 | 3 520 000 | 832 000 | 29 300 | ||||
| ISO Class 9 | 35 200 000 | 8 320 000 | 293 000 | ||||
微粒子监测的实际效益？
当一个实验室或工厂导入微粒子监测系统后，最明显的成果是稳定性提升。环境的变化不再只能靠经验判断，而能以数据说话。当粒子浓度略有上升时，管理人员能在问题初期即採取行动，而不是等到产品报废或设备故障才发现。
粒子造成的磨损与堵塞往往属于「慢性损害」，但一旦形成，修復费用远高于预防成本。透过监测与定期维护，可以避免这种代价高昂的恶性循环。
此外，品质与合规性也能因监测而提升。持续纪录的粒子数据可作为稽核与验证依据，证明环境长期维持在规范范围内，让产品或实验结果更具公信力。 最后，微粒子监测也带来管理效率的提升。以往的清洁与保养多凭经验排程，如今则能依据实际浓度变化决定时机。
从经验到制度：微粒子监测的落实
建立微粒子监测机制，不只是购买感测器，更是建立一套制度。它需要从设计、操作到维护的全流程配合。
在设计阶段，必须考虑气流方向、压差控制与过滤效率，避免粒子积聚；在操作阶段，应规范人员穿着、防尘流程与进出动线；在维护阶段，则要确保滤网、风道与设备内部定期清洁，感测器也需校正与验证。
当这些程序被系统化后，微粒子监测不再是临时应对，而是日常管理的一部分。这样的制度化管理，能让环境稳定维持在最佳状态，长期降低潜在风险。
微粒子监测物联网
当微粒子浓度过高，例如在动力电池製程中，如果颗粒进入电池的活性材料层，可能会引发微短路，降低电池容量，甚至在极端情况下引发热失控（如起火或爆炸）。
Particles-Iot 微粒子监测物联网主要用于管理环境、设备机台中的微粒子数量浓度，避免因为微粒子过高导致製程产品不良或设备异常。
微粒子监测物联网
监测环境、机台内微粒子
控制微粒，就是掌握稳定
微粒子汙染是一种无形却强大的力量。它不会发出声音，也不会立刻造成故障，但随着时间累积，它能削弱设备性能、扭曲实验结果、甚至威胁安全。监测微粒子的目的，不只是为了达成标准，更是为了理解环境、预防问题、维护信任。
无论是高阶实验室还是生产线，微粒子监测都不该被视为附属作业，而是整体营运品质的一部分。只有当每一个微粒都被看见、被纪录、被控制，我们才能真正说：这个环境是稳定的、可靠的、安全的。