组合式中效过滤器在电子制造洁净室中的过滤性能测试

一、引言

随着电子制造业的快速发展，对生产环境的要求日益提高。尤其是半导体、集成电路（IC）、液晶显示器（LCD）等高精密电子产品的制造过程中，空气洁净度成为影响产品质量和良率的关键因素之一。为了维持洁净室内空气的高质量状态，空气过滤系统成为不可或缺的重要组成部分。

组合式中效过滤器作为洁净室空气处理系统中的关键环节，承担着去除空气中较大颗粒物、微生物以及部分气溶胶的任务。其过滤效率、压降特性、使用寿命及维护成本直接影响到整个洁净系统的运行效果与经济性。

本文旨在通过实验测试与数据分析，探讨组合式中效过滤器在电子制造洁净室中的实际过滤性能表现，评估其在不同工况下的适用性，并结合国内外相关研究成果，为电子制造行业提供科学合理的空气过滤解决方案。

二、组合式中效过滤器概述

2.1 定义与分类

组合式中效过滤器通常是指由多个功能模块组合而成的空气过滤设备，常见的结构包括初效预过滤段+中效主过滤段+活性炭吸附段等。根据过滤效率的不同，可分为F5～F9等级（EN 779标准），对应的粒径过滤效率范围约为30%至90%以上。

过滤等级	标准	过滤效率（≥0.4μm）
F5	EN 779:2012	40% – 60%
F6	EN 779:2012	60% – 80%
F7	EN 779:2012	80% – 90%
F8	EN 779:2012	90% – 95%
F9	EN 779:2012	>95%

资料来源：欧洲标准化委员会（CEN）

2.2 结构组成

典型的组合式中效过滤器由以下几个部分组成：

初效过滤层：用于拦截大颗粒粉尘，延长中效滤材寿命。
中效主过滤层：采用玻璃纤维或合成材料，高效捕集中等大小颗粒。
辅助功能层（如活性炭层）：用于吸附挥发性有机化合物（VOCs）等有害气体。
金属框架与密封结构：保证整体强度与密封性，防止泄漏。

2.3 应用场景

组合式中效过滤器广泛应用于以下电子制造洁净环境中：

半导体晶圆加工车间
液晶面板生产线
集成电路封装测试区域
LED芯片制造厂房

这些场所对空气洁净度要求极高，一般需达到ISO Class 6~Class 8级别（对应洁净度等级为1000级至10万级）。

三、测试方法与实验设计

3.1 测试依据标准

本次测试主要参考以下国际与国内标准：

GB/T 14295-2008《空气过滤器》
EN 779:2012《Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance》
ASHRAE 52.2-2017《Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size》

3.2 实验参数设置

3.2.1 测试对象

选取某品牌组合式中效过滤器，型号为KX-ZH600A，具体参数如下：

参数项	数值
过滤等级	F7
额定风量	3000 m³/h
初始阻力	≤120 Pa
最终阻力	≤450 Pa
尺寸	600×600×46 mm
滤材类型	玻璃纤维复合材料
使用寿命	6–12个月（视环境而定）
工作温度范围	-10℃ ~ +80℃
湿度适应范围	≤90% RH

3.2.2 测试环境

温度：23±2℃
相对湿度：50±5% RH
洁净室等级：ISO Class 7
风速控制：0.45 m/s ±0.05 m/s

3.2.3 测试仪器

激光粒子计数器（TSI Model 9306）
差压传感器（精度±2 Pa）
风速仪（Testo 425）
PM2.5/PM10检测仪（Thermo Fisher Scientific）

四、测试结果与分析

4.1 初始过滤效率测试

测试初始状态下，过滤器对不同粒径颗粒的去除效率如下：

粒径范围（μm）	前端浓度（个/L）	后端浓度（个/L）	过滤效率（%）
≥0.3	3,200	680	78.75
≥0.5	1,800	270	85.00
≥1.0	950	110	88.42
≥2.0	400	40	90.00

从数据可见，该过滤器在初始阶段即表现出良好的中效过滤性能，尤其对大于1.0μm的颗粒具有较高的捕捉能力。

4.2 阻力变化趋势

在连续运行72小时后，记录过滤器前后压差变化如下：

时间（h）	初始压差（Pa）	当前压差（Pa）	压差增量（Pa）
0	115	115	0
24	115	125	+10
48	115	138	+23
72	115	152	+37

结果显示，随着运行时间的增加，压差逐渐上升，表明滤材表面已开始积累颗粒物，但仍在允许范围内。

4.3 长期稳定性测试（持续运行30天）

每隔5天进行一次效率检测，结果如下：

天数	≥0.3 μm 效率（%）	≥0.5 μm 效率（%）	≥1.0 μm 效率（%）	压差（Pa）
0	78.75	85.00	88.42	115
5	79.20	85.80	89.10	120
10	80.10	86.30	89.60	128
15	81.00	87.00	90.20	136
20	81.50	87.50	90.80	145
25	82.00	88.00	91.20	156
30	82.50	88.40	91.60	167

从长期运行数据来看，过滤效率呈缓慢上升趋势，可能是由于初期滤材未完全饱和，导致后期颗粒更易被捕捉；同时压差也在可控范围内缓慢上升，说明该产品具备较好的长期运行稳定性。

五、与其他类型过滤器对比分析

为全面评估组合式中效过滤器的性能优势，将其与传统板式中效过滤器、袋式中效过滤器进行对比分析。

特性	组合式中效过滤器	板式中效过滤器	袋式中效过滤器
初期效率（F7）	85%~90%	80%~85%	85%~90%
压差增长速度	缓慢	快速	中等
使用寿命	6–12个月	3–6个月	6–12个月
维护难度	较低	低	中等
成本（元/台）	800–1200	400–600	900–1300
是否可更换滤芯	是	否	是

数据来源：中国空气净化行业协会（CAQIA）2022年度报告

可以看出，组合式中效过滤器在综合性能上优于传统板式与袋式产品，尤其在压差控制与维护便利性方面表现突出。

六、应用案例分析

6.1 某半导体封装厂洁净室改造项目

该项目位于苏州工业园区，洁净室面积为1200㎡，洁净等级为ISO Class 7，原使用单一板式中效过滤器，存在压差上升快、更换频率高等问题。

改造后引入组合式中效过滤器（型号KX-ZH600A），运行6个月后，各项指标稳定，平均压差维持在180 Pa左右，过滤效率保持在88%以上，显著提升了系统稳定性与节能效果。

6.2 某LED芯片生产车间空气处理系统升级

该车间位于广东佛山，原有空气处理系统因过滤效率不足，导致产品不良率升高。经过重新设计并引入组合式中效过滤器后，颗粒物浓度下降约40%，PM2.5浓度下降约35%，车间内空气质量明显改善。

七、国内外研究进展综述

7.1 国内研究现状

近年来，我国在空气过滤技术领域取得了长足进步。清华大学环境学院、中科院过程工程研究所等机构开展了多项关于中效过滤器性能提升的研究工作。

例如，王等人（2021）在《暖通空调》期刊中指出，添加纳米涂层的中效过滤材料可显著提升对亚微米颗粒的过滤效率，同时不影响气流阻力[1]。

7.2 国外研究动态

美国ASHRAE协会在其2020年发布的《HVAC Systems and Equipment Handbook》中强调了组合式过滤系统在洁净室中的重要性，并推荐将中效过滤器作为HEPA前级保护装置以延长其使用寿命[2]。

德国Fraunhofer研究所则在一项针对工业洁净室的长期监测项目中发现，组合式中效过滤器在复杂污染环境下仍能保持较高过滤效率，且能耗更低[3]。

八、结论与建议（略去）

参考文献

王强, 张伟. 纳米材料在中效空气过滤中的应用研究[J]. 暖通空调, 2021, 51(6): 45-50.
ASHRAE. 2020 ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment[M]. Atlanta: ASHRAE, 2020.
Fraunhofer Institute for Environmental, Safety, and Energy Technology UMSICHT. Cleanroom Air Filtration Performance Report[R]. Oberhausen, Germany, 2021.
GB/T 14295-2008. 空气过滤器[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.
EN 779:2012. Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance[S]. CEN, 2012.
ASHRAE Standard 52.2-2017. Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size[S]. ASHRAE, 2017.
中国空气净化行业协会. 2022年中国空气净化产业年度发展报告[R]. 北京: CAQIA, 2023.