設備振動要求

這裡的設備振動是指設備對設置環境的外界振動要求。

設備對外界環境的振動要求來自設備對精度有不同的要求，
例如高精度的原子力顯微鏡、電子顯微鏡、高倍率顯微鏡、半導體的曝光機等等，
這些設備精度要求很高，外界的振動有很大的機會影響到設備機能的表現。

其他像光學元件模具的鏡面加工，如果建物的振動沒抑制好，
若影響到對模具表面的微細加工狀態，表面這些數十奈米級的微小起伏可能就會影響到光學元件的表現。

光譜儀或奈米級的厚度量測，如果樣品跟讀取感測器之間的距離會因為建物傳進來的振動作用造成微小的距離變化，那量測到的值怎麼可能會準?!

以前唸碩班時，有振動實驗室同學作精密振動量測都要等晚上夜深人靜，
原因是沒有人會在走廊走動，甚至還會關掉所有日光燈，
目的就是要盡可能排除掉所有的振動源跟干擾源。

因此有些設備或量測儀器對對安裝環境的微振動會有相對很高的要求，
常常是超過人一般直覺上所能夠想像的。

為了避免影響精密設備，
針對建築物結構制定有振動規範標準，
這種規範標準跟建物的耐震考量完全不同，
建物的耐震要求承受地震作用時安全，不能傾斜、倒塌，
但是高精密設備對建物的振動要求是不能有會影響設備運作的微振，
跟一般認知的建物耐震考量與要求不同。

國際標準組織有制定一系列跟機械震動有關的ISO-10816標準，

國外學者依據不同設備的需求提出振動規範，
Vibration Criteria，簡稱VC，定義可參考如下圖示：

圖片來源 : Newport

在有關 VC 對振動敏感度或適用設備類型，也有很多資料整理。


若根據公式可以推導出到更高等級如VC-M的值，
但是實務上要高於VC-E已經是在建物結構上幾乎是很難達到的狀態，
通常會僅止於估算出數值作為評估之用，
可以參考minus k Technology網站說明。

在半導體工業進入奈米級線路以後，對建物的要求再加上了NIST-A跟NIST-A1的規範 :

這兩個規範可以說主要目的是在補充 VC 規範在低頻範圍的不足。


建築物(工廠)的振動來源可以分為內部跟外部：

內部振動源：包括工廠內的設備 、人或搬運車輛的移動。
以前在面板廠曾經有一個經驗是基板顯微鏡設備受到無人搬運車的影響，
原因是基板顯微鏡的放大倍率高達50倍以上，鏡頭的景深僅有10微米不到，
設備雖然已經使用花崗岩作基座吸隔震，
但是偶而就會發生取像模糊失敗的情形，
偏偏人在現場時都不會發生，
後來才發現是因為無人搬運車經過無塵室高架地板時造成振動，
該振動超出腳座跟花崗岩基座的隔振能力，
使得顯微鏡頭跟玻璃基板之間的距離變化會超過景深範圍，導致取像模糊，
解決方式是補強附近的高架地板與增加隔振阻尼設計，或無人搬運車通過該設備附近時降低速度，或者是將設備移到其他遠離振動源的位置。

外部的影響如經過的重載車輛、建築工地打地樁 、風力 、地震等等，
只要會對建築產生作用力的都會影響到建物發生微振動 ;
外部的影響例如南科附近興建高鐵路線跟對半導體廠的影響，
在高鐵興建當時也被討論了好一陣子。
另外就是每次地震發時，這些半導體廠的在製品，有可能就因為機構晃動而產生不良，整批報廢。

建物各種震動源，圖片來源：Laser Focus World

對建築物施加力量作用的機制是：
1. 建物結構受到力量作用以後產生變形，
2. 當力量消失後，結構會回復未受負載的未變形狀態

但是就像彈簧快速受壓然後放開的回彈現象，結構在受力釋放後也會產生回彈的效應，
這個回彈的效應會使結構產生來回往復晃動直到能量消耗殆盡後才會停止晃動，
這個能量的消耗必須依靠阻尼，包括系統結構的阻尼跟結構材料本身的阻尼。
所以建築物的結構設計會牽涉到能不能把這些內部 、外部振動源的傳播行為抑制下來。

除了建物結構設計必須克服以外，

在工程業界，高科技產業廠房對振動的需求，衍生出有些公司開始提供建物震動的量測服務，
幫高科技公司找出建物在不同位置的振動狀態，
評估設備預計置放位置的適用性與改善對策，
這一類服務在台灣這種地狹人稠、地震多的環境中其實很重要。
作得最好的應該是台積電，
之前曾經受邀討論過管道在地震作用下的晃動模擬，
隨口問有建物的振動量測資料可以參考作為邊界條件輸入嗎？
工程師想都沒想就回答說有，
但是對小一點的公司，要花錢作這一段有時就有點困難了...

參考資料 :
Newport website, Tutorial : Environment Vibration Criteria
Laser Focus World, Vibration Control : How to determine your equipment needs ?