高架地板品質檢測與驗證

前言

高架地板為構成無塵室重要系統之一，提供晶圓廠生產的必要環境。高架地板系統主要由高架地板面板(Raised Floor Panel)、基座支柱(Pedestal)及衍樑(Stringer)所組成，如 圖一所示，並分別由固定錨栓(Anchor Bolt)、埋頭螺絲(Corner Lock)及斜撐完成固定與支撐功能。無塵室高架地板有三種類型，如 圖二所示，分別是盲板(Blind Panel)、蜂槽板(Perforated Panel) 及隔柵板(Grating Panel)；盲板及蜂槽板（開孔面積17%以上）使用於無塵室一般區域，而隔柵板則使用於無塵室的回風區。

圖一、高架地板系統

圖二、高架地板面板型式

為確認提供晶圓廠生產的標準無塵室環境，高架地板必須通過品質檢測與驗證程序以確認其品質與效能，高架地板的品質驗證程序包含三項試驗：高架地板面板強度試驗、磨耗及導電性試驗、高架地板系統地震模擬試驗。新廠商或新型式的高架地板需通過上述三大項品質認證試驗後方可使用。

高架地板面板強度試驗

高架地板面板強度試驗主要是確認各型式面板的強度符合要求，在施加規定載重或應力下不產生變形及破壞。高架地板面板的強度試驗包含兩項測試，分別為撓度試驗(Deflation Test)以及極限強度試驗(Ultimate Load Test)。

撓度試驗又稱集中載重試驗(Concentrated Load Test)，為面板於指定位置經由25.4×25.4mm之傳壓塊施加規定之集中載重後，量測面板之撓度變化，試驗設備如 圖三所示。撓度試驗代表面板於特定載重下的變形量，撓度值越大表示變形量越大，面板的集中載重強度越小。

圖三、強度試驗機台

極限強度試驗為量測面板於指定位置之最大破壞強度，試驗設備同撓度試驗如 圖三所示。當撓度試驗完成後，即進行極限強度試驗，量測面板可承受的最大破壞強度，試驗數值越大，代表面板的破壞強度越大。

強度試驗量測的位置必須具有代表性，目前國際標準規範選定的測試位置如 表一所示，包含美國CISCA標準、英國BS EN標準、德國RAL標準及中華民國CNS標準，由 表一可知，面板中心點及邊緣中心點為各規範皆要求測試之測試點，而不同處在於對角線測試點（任意點或角落）之選定。

綜合各國際標準規範後，採用美國CISCA標準為基礎，並加入英國標準中的對角線角落點，此處明確定義測試點位置，高架地板強度試驗之指定位置如 圖四所示，量測位置共三點：A點為面板中心點(Centre)，B點為面板邊線之中心點(Mid of Edge)，C點為面板對角線上次高骨肋之交接點或地板之最弱點(Weak Point)；盲板及蜂槽板的測試數量至少10片且包含A點（中心點）、B點（邊中心）及C點（對角線）三個位置，而隔柵板測試數量至少3片為A點（中心點）位置，試驗數量要求如 表二。

圖四、強度試驗試驗點位置圖

撓度測試中載重施加700kgf後量測其變形量，A點（中心點）、B點（邊中心）及C點（對角線）三點的撓度值必須小於或等於1.5mm方屬合格，試驗結果如 圖五所示，橫軸為量測位置點，縱軸為撓度，其單位為mm，A及B廠牌高架地板集中載重撓度值皆小於1.5mm，通過撓度試驗，由 圖五可知，高架地板中心點的撓度值最小，表示於700kgf的載重下，面版中心點的變形量最小，亦即集中載重強度最大。極限強度試驗其破壞強度A點（中心點）須大於或等於3000kgf，B點（邊中心）須大於或等於1750kgf，且C點（對角線）須大於或等於1400kgf，試驗結果 圖六中，橫軸為量測位置點，縱軸為破壞強度，A及B廠牌高架地板三個位置共十片的破壞強度試驗符合要求，通過極限強度試驗。撓度試驗與極限強度試驗全數通過測試代表高架地板的強度符合標準要求。

圖五、撓度試驗結果

圖六、極限強度試驗結果

磨耗及導電性試驗

磨耗及導電性試驗為性能試驗，磨耗試驗目的為確認高架地板經長時間滾動磨耗後面板不會被損耗或變形，磨耗試驗方法為滾動測試(Rolling Test)，模擬滾動負載，即裝輪子的設備在地板上運動對面板的磨耗，試驗標準為500kg加壓重量下滾輪滾動1000次後，量測面板1/4位置處(邊距150mm)五點及面板1/2位置處(邊距300mm)五點，如 圖七中之B、C、D、E、F各點，其撓度值皆須小於1mm。

圖七、滾動試驗

導電性試驗目的為確認高架地板面磚之導靜電性能，其表面阻抗值須介於2.5×104~106ohms。試驗方法依照ASTM F150標準進行，量測電壓100VDC且電極間距離3英呎的條件下進行高架地板面磚電阻測試。

高架地板系統地震模擬試驗

高架地板系統地震模擬試驗為整體功能試驗，經由地震模擬確認整體高架地板系統包含高架地板面板、基座支柱、衍樑及固定錨栓之組成其整體功能符合結構耐震要求，地震模擬試驗共裝設49片之高架地板於地震模擬振動台系統上，並完整記錄所使用之材料數量與規格，包括高架地板、支柱、斜撐、衍樑、固定螺絲等，試驗之材料規格與組裝方式須與之後無塵室現場安裝之規格與方式相同。由 圖八振動試驗台分解圖可知，振動台上安裝水泥塊後，接者進行高架地板的組立及支撐之架設，並於面板上方安裝8mm分壓板後，固定6噸鋼架及配重塊模擬機台重量，而依據高架地板組裝高度及配重比例，共需組裝三種架構，包含：高度70cm之高架地板其配重方式為5:5、高度70cm之高架地板其配重方式為7:3以及高度95cm之高架地板其配重方式為5:5。高架地板系統地震模擬振動台安裝完成如 圖九所示。

圖八、振動平台分解圖

圖九、高架地板系統地震模擬振動台

地震模擬試驗依據「AC156非結構振動台測試規範」(Acceptance Criteria for Seismic Certification by Shake-Table Testing of Nonstru-ctural Components, ICC-ES AC 156)進行「設計地震波」及「最大考量地震波」測試，設計地震及最大考量地震依據「建築物耐震設計規範及解說」定義設計地震為回歸475年之地震，最大考量地震為回歸2500年之地震。地震模擬的水平加速度設計因頻率(Frequency)的不同，分為A_FLX (Horizontal spectral acceleration calculated for flexible components)及A_RIG (Horizontal spectral acceleration calculated for rigid components)兩種，A_FLX為柔性測試件之地震水平加速度，頻率為1.3Hz至8.3Hz，計算公式如公式一。

公式一：

S_DS：短週期設計水平譜加速度係數

H：建築物基面至屋頂面高度

Z：測試樓層距基面之高度

其中S_DS工址短週期設計水平譜加速度係數可依據公式二，計算出台南、台中及新竹科學園區位置S_DS數值如 表三所示，其中台中科學園區之S_DS短週期設計水平譜加速度係數為0.88，為三區域最大者，因此地震模擬之S_DS參數選擇台中科學園區廠址為模擬之標準。

公式二：S_DS=F_a×S^D_S×N_A

S_DS： 工址短週期設計水平譜加速度係數

F_a： 反應譜等加速度段之工址放大係數

S^D_S： 震區短週期設計水平譜加速度係數

N_A： 反應譜等加速度段之近斷層調整因子

A_RIG為剛性測試件之地震水平加速度，頻率為33.3Hz，計算如公式三。

公式三：

對於垂直向的反應譜加速度計算如公式四。

公式四：A_FLX-V=0.67 S_DS

A_RIG-V=0.27 S_DS

因此透過公式一到公式四可求得高架地板系統地震模擬試驗需進行設計地震（475年週期）的模擬強度，如 表四所示，水平反應譜加速度(A_RIG)為0.821g，垂直反應譜加速度(A_RIG-V)為0.235g。

高架地板系統地震模擬試驗最大考量地震(2500年週期)的模擬強度，如 表五所示，計算公式與上述設計地震相同，但參數採用SMS工址短週期最大水平譜加速度係數進行計算，可知最大考量地震水平反應譜加速度(A_RIG)為0.980g，垂直反應譜加速度(A_RIG-V)為0.280g。高架地板系統地震模擬試驗的設計地震與最大考量地震其地震強度(Intensity)皆屬七級之劇震。

地震模擬台依據上述要求計算出的標準地震加速度震波實際進行地震模擬試驗，依據「AC156非結構振動台測試規範」之要求，實際模擬地震波的加速度必須在標準震波的90%至130%的容許要求區間內，因為過大或過小的地震加速度將會影響試驗的代表性。以 圖十為例，淺藍色線條為需求反應譜RRS (Required Response Spectrum)，深藍色線條為測試反應譜TRS (Test Response Spectrum)，振動台實際測試之地震波測試反應譜TRS符合AC156規範，於上下限要求區間內。

圖十、AC156 設計地震測試反應譜

高架地板系統經過地震模擬測試後，將分別針對高架地板系統傾斜(Tilt)、面板間隙(Panel Gap)、面板固定(Crown Bolt)及角座螺栓扭力(Anchor Bolt)項目進行結果判定，判斷標準及取樣數量如 表六所示，其中允許不合格數係參考ANSI/ASQ Z1.4決定。

各檢驗項目的合格標準如下：系統傾斜度必須小於1/200，面板間的間隙變化量不可大於3mm，固定面板的皿頭螺絲(Crown Bolt)不可鬆脫，角座的固定螺栓扭力值需大於原設計扭力值的90%。 圖十一為角座螺栓逐顆利用扭力扳手檢查是否達到原設計值的90%。

圖十一、測試後螺栓定磅檢查

圖十二為高架地板系統經過模擬AC 156地震波後，系統破壞之狀況，地震力造成高架地板的斜撐破壞以及角座螺栓的鬆脫，當角座螺栓的扭力超過3顆未達原強度的90%，整個系統即判定為不合格。

圖十二、地震測試後不合格

高架地板系統耐震測試於設計地震波(475年週期)模擬測試後量測系統傾斜度、面板間隙、面板固定及角座螺栓扭力等皆符合要求後，並於最大強度地震波(2500年週期)模擬測試後量測系統傾斜度亦符合標準，此高架地板系統即通過耐震認證。

結論

高架地板品質檢測及驗證程序明確定義試驗項目與方法、檢驗數量及合格標準，包含驗證高架地板面板的撓度及極限強度的強度試驗、面板耐磨耗及導電性的性能試驗以及高架地板系統於設計地震及最大考量地震的整體地震模擬試驗，依此程序進行新廠商及新形式之高架地板的品質確認與驗證，可達到品質變更管理的目的與功效。現場無塵室高架地板系統的施作，將會進行材料查驗及施工品質查驗，其材料規格與合格標準亦是依據品質檢測及驗證程序中使用及要求的規格進行品質抽驗，施工品質查驗亦會針對高架地板錨栓進行拉拔抽驗及高架地板導電性進行查驗，以完成整體性高架地板施工的品質管理。