CDA 是 Clean Dry Air 的縮寫,中文叫潔淨乾燥空氣。它不是從鋼瓶買來的特殊氣體,而是把大氣壓縮之後,去掉水、油與微粒的空氣。真正的問題在於「去到多乾淨」—— 同樣叫 CDA,不同工廠的定義可能差上好幾個等級。
CDA 是什麼:成分跟空氣一樣,差在少了什麼
CDA 的成分就是空氣:約 78% 氮氣、21% 氧氣、0.93% 氬氣,其餘是微量的二氧化碳與稀有氣體。它和一般壓縮空氣的差別不在「多了什麼」,而在「少了什麼」—— 水氣、油與微粒被處理到指定的等級以下。
所以 CDA 不是一個固定規格,而是一個相對的說法。業界習慣把壓縮空氣依用途分成三個層次,CDA 大致落在後兩者:
| 類別 | 典型用途 | 常見的 ISO 8573-1 要求 |
|---|---|---|
| 工廠空氣(Plant Air) | 氣動工具、一般吹氣 | 重點只管水分,約水分 Class 4~5 |
| 儀表空氣(Instrument Air) | 氣動控制閥、感測器、儀表 | 常見解讀為 [2:≤4:3] |
| 製程空氣(Process Air) | 空氣會直接接觸產品或製程 | 壓力露點常要求 −40°C 到 −70°C,即水分 Class 1~2 |
半導體、面板與電子廠口中的 CDA,通常是製程空氣等級:乾燥段用吸附式乾燥機,油分做到 Class 1,再加上終端微粒過濾。實際數值每家廠的規範不同,採購與驗收時一定要以書面規格為準,不要只寫「CDA」三個字。
CDA 用在哪:四個具體場景
- ▸氣動閥與氣缸:機台上的開關閥、晶圓傳送機構大多靠 CDA 驅動。空氣裡的水氣一旦在閥體內凝結,電磁閥會卡住或動作變慢,停機原因卻很難一眼看出來。
- ▸吹淨與乾燥:清洗後的零件、治具與載具用 CDA 吹乾。如果空氣帶油,吹得越久、表面反而越髒。
- ▸儀表與控制:氣動控制閥、壓力傳訊器靠穩定的氣壓工作,水與油會讓讀值漂移、膜片老化。
- ▸設備內部的吹掃:電控箱或光學模組用 CDA 保持微正壓,擋住外部的粉塵與濕氣。這種用途對乾淨程度的要求,常常比驅動氣缸還高。
讀懂 ISO 8573-1:三個數字代表什麼
壓縮空氣的品質通常用 ISO 8573-1 描述。它把污染物分成三類,各自分級,寫成三個數字:[微粒:水:油]。例如 ISO 8573-1:2010 [1:2:1],意思是微粒 Class 1、水分 Class 2、油分 Class 1。數字越小越乾淨,三項彼此獨立。
| 等級 | 微粒 0.1–0.5 μm(每 m³ 顆數) | 微粒 0.5–1 μm | 微粒 1–5 μm | 水分(壓力露點) | 油分(總油份) |
|---|---|---|---|---|---|
| Class 0 | 由使用者或供應商指定,須嚴於 Class 1 | 同左 | 同左 | 同左 | 同左 |
| Class 1 | ≤20,000 | ≤400 | ≤10 | ≤ −70°C | ≤0.01 mg/m³ |
| Class 2 | ≤400,000 | ≤6,000 | ≤100 | ≤ −40°C | ≤0.1 mg/m³ |
| Class 3 | 不規定 | ≤90,000 | ≤1,000 | ≤ −20°C | ≤1 mg/m³ |
| Class 4 | 不規定 | 不規定 | ≤10,000 | ≤ +3°C | ≤5 mg/m³ |
讀這張表有三個常見誤會:
- 1Class 0 不是「零」。它的意思是「由雙方另外指定、而且比 Class 1 更嚴」。規格書只寫 Class 0 卻沒有數字,等於沒寫。
- 2油分指的是液態油、油霧與油氣的總和。無油式壓縮機只代表壓縮過程不加油,吸入的大氣本身就含有碳氫化合物,出口仍然需要過濾。
- 3水分等級看的是壓力露點,不是常壓露點,兩者的差別在下一節。
露點:壓力露點和常壓露點不是同一件事
露點是空氣冷到開始結露的溫度,數字越低代表越乾。但同一團空氣,在管路壓力下量和洩壓到大氣後再量,露點會差很多:壓力越高,水氣越容易凝結,所以壓力露點永遠比常壓露點高。
| 壓力露點(0.7 MPa(g) 下) | 洩壓到常壓後的露點 | 水氣體積濃度 |
|---|---|---|
| +3°C(冷凍式乾燥機常見) | 約 −21°C | 約 950 ppm |
| −40°C(吸附式乾燥機常見) | 約 −57°C | 約 16 ppm |
| −70°C(水分 Class 1) | 約 −83°C | 約 0.33 ppm |
實務上最常出錯的情況,是規格寫「露點 −40°C」卻沒註明是哪一種。供應商用常壓露點報價、使用端用壓力露點驗收,兩邊都說自己沒錯,數字卻差了十幾度。規格書上要寫清楚「壓力露點,於 X MPa(g) 下」。
露點計適合監控乾燥機的狀態,但它只看得到水。當規格要求進到 ppb、ppt 等級,或開始管二氧化碳、有機物、酸鹼時,就不是露點能描述的範圍了,這部分可延伸閱讀XCDA 技術解析。
CDA 系統由哪些設備組成
CDA 系統:每台設備只負責一種污染物
上排由左到右、下排由右到左;標籤是該設備典型能做到的 ISO 8573-1 等級
順序不能換:油霧沒有先被聚結過濾器擋下,吸附式乾燥機的乾燥劑會被油污染;吸附式乾燥機之後不裝微粒過濾器,乾燥劑粉塵會跟著氣流進入主幹。
一套 CDA 系統的每一台設備,只負責一種污染物。順序排錯,下游設備就會被上游漏過來的東西拖垮。
| 設備 | 負責去除 | 能做到的等級(典型) | 注意事項 |
|---|---|---|---|
| 後冷卻器+水分離器 | 液態水的主體 | 還談不上等級 | 只能去掉液態水,水氣還在,露點不會下降 |
| 聚結過濾器(前置) | 油霧、水霧與微粒 | 油分 Class 2~4 | 吸附式乾燥機前一定要裝,油霧會讓乾燥劑失效 |
| 冷凍式乾燥機 | 水氣 | 水分 Class 4~6 | 管路若經過比露點更冷的地方,仍會結露 |
| 吸附式乾燥機 | 水氣 | 水分 Class 1~3 | 再生時會消耗一部分壓縮空氣 |
| 微粒過濾器(後置) | 微粒,包括乾燥劑磨耗粉塵 | 微粒 Class 1~2 | 吸附式乾燥機之後一定要裝 |
| 活性碳除油塔或觸媒 | 油氣 | 油分 Class 1 | 前面必須先把液態油、水與微粒處理掉 |
其中最容易被忽略的是最後一項。聚結過濾器擋得住油霧,擋不住已經氣化的油氣;要做到油分 Class 1(≤0.01 mg/m³),後面通常還要串一段活性碳或觸媒除油。
乾燥機怎麼選:冷凍式還是吸附式
| 類型 | 典型壓力露點 | 再生耗用的壓縮空氣 | 適合 |
|---|---|---|---|
| 冷凍式 | +3°C~+10°C | 不需要,耗電為主 | 一般氣動工具、室內且溫度穩定的主幹 |
| 無熱再生吸附式 | −40°C,可做到 −70°C | 約為額定流量的 15%~20% | 中小流量、需要低露點 |
| 加熱再生吸附式 | −40°C~−70°C | 約為無熱式的一半,另耗加熱電力 | 中大流量 |
| 鼓風再生吸附式 | −40°C~−70°C | 很少,主要耗用鼓風機與加熱電力 | 大流量、在意壓縮空氣損耗 |
無熱再生式有個很少人注意的細節:固定週期運轉時,再生氣量是依乾燥機的額定流量設定,不會隨實際用氣量減少。乾燥機只跑半載時,再生氣佔實際用氣量的比例可能拉高到 30%~40%。加裝露點需求控制,讓乾燥劑還沒吸飽就不切換,是回收這部分耗氣最直接的做法。
CDA 的管路要注意什麼
- ▸材質:碳鋼與鍍鋅鋼管用久了會鏽蝕,鏽屑會變成下游的微粒來源。潔淨度要求高的廠多用不鏽鋼管或鋁合金管,主幹不要用 PVC 管,受壓破裂時會碎片飛散。
- ▸排水:使用冷凍式乾燥機的系統,主幹要有坡度並在低點設排水器,否則季節轉冷時凝結水會沿著管路流進機台。
- ▸支管接法:從主幹上方接出支管,可以避免管底積水直接灌進支管。
- ▸終端過濾:機台入口保留一個微粒過濾器,攔截管路本身產生的顆粒。
如果某些機台要升級到 XCDA,純化器下游的管路就是完全不同的等級,材質與施工方式都要重做,細節見CDA 升級 XCDA 實務。
什麼時候 CDA 不夠用
當空氣會直接吹到晶圓、光罩或光學元件上,而機台規範開始出現 H₂O、有機物、酸、鹼的 ppt 級指標時,就已經超出 ISO 8573-1 的描述範圍。這時需要的是 XCDA:在 CDA 之後再串一套氣體純化器,把分子級污染物壓到 ppt 等級。
反過來說,大多數氣動、吹淨與儀表用途,CDA 完全足夠。務實的做法是分級供氣:CDA 供應大部分用途,XCDA 只送到真正需要的機台。
常見問題
Q:CDA 氣體的成分是什麼?跟一般空氣一樣嗎?
一樣。CDA 就是空氣,約 78% 氮氣、21% 氧氣、0.93% 氬氣。差別在於水氣、油與微粒被處理到規定的等級以下,所以它不是鋼瓶氣體,而是工廠用空壓機與乾燥、過濾設備自己產生的公用氣體。
Q:CDA 和氮氣可以互相取代嗎?
看用途。需要排除氧氣時,例如防氧化、防燃或保存對氧氣敏感的材料,就必須用氮氣;只需要乾淨、乾燥的氣體時,CDA 成本低很多,也沒有人員缺氧的疑慮。氮氣本身也會因為供氣路徑重新帶入雜質,相關內容可參考氣體純化器是什麼。
Q:ISO 8573-1 Class 0 是完全無油嗎?
不是。Class 0 的定義是「由使用者或供應商另行指定、而且比 Class 1 更嚴」,本身沒有固定數字。看到 Class 0 時,要追問實際的數值與量測方法;只寫 Class 0 沒有數字的規格,驗收時無法判定。
Q:冷凍式乾燥機做出來的空氣算 CDA 嗎?
要看你的定義。冷凍式乾燥機的壓力露點大約在 +3°C~+10°C,對應水分 Class 4~6,一般氣動工具夠用。但半導體與電子廠說的 CDA,多數要求吸附式乾燥機等級的露點;而且只要管路經過比露點更冷的地方,例如冬天的戶外管架,冷凍式乾燥機的空氣仍會在管內結露。
Q:露點 −40°C 夠用嗎?
一般氣動、儀表與多數吹淨用途足夠。管路會經過低溫區域、或製程對水分敏感時,常要求壓力露點 −70°C。要注意的是,露點再低也只描述水這一個物種;如果規範開始要求二氧化碳、有機物或酸鹼,就要改用濃度指標與對應的量測方法,而不是繼續把露點往下壓。
Q:怎麼確認現有的 CDA 真的符合規格?
不能只看乾燥機銘牌。至少要在用氣點實測壓力露點、油分與微粒,並記錄量測時的管路壓力與流量;露點最好看一整季的趨勢,因為夏天滿載通常是最差的時候。如果要驗的是 ppt 級的 XCDA,量測方法完全不同,可參考XCDA 量測與驗收實務。
