引言

一台场发射扫描电镜从旧实验室搬到同一栋楼的新房间，同一台设备、同一组操作参数，10 万倍下的图像稳定性却不如原来。翻设备厂家的场地要求文件，其中一行写着「环境振动应满足 VC-D」。

VC-D 对应多大的振动、这个数值怎么来的、现场怎么测、自家这类设备到底该按哪一级准备场地，这几件事在采购、基建和实验室管理三个环节里常常各说各话。设备厂家默认对方看得懂，设计院默认厂家会给出具体数值，等到设备进场调试不达标，才发现三方用的不是同一套语言。

VC 曲线是这套语言里通用程度较高的一套，由 IEST（环境科学与技术学会）收录在推荐规程中，用一组速度限值把振动环境分成若干等级，并给出每个等级对应的设备类型。本文说明它的来源与判读方式，给出完整限值表，并逐类说明 SEM、TEM、电子束光刻与扫描探针显微镜通常对应哪一级。

一、VC 曲线的来源与判读方式

1.1 起源与发布过程

VC 是 Vibration Criterion 的缩写。这套准则在 1980 年代初由 Eric Ungar 与 Colin Gordon 针对微电子制造设备和电子显微镜用户提出，因两人当时就职于 Bolt, Beranek and Newman 公司，早期被称为 BBN 准则。

发布形式经历过一次变化。1983 年首次提出时用的是 RMS 加速度，1985 年改为 RMS 速度表达，也就是现在通行的形式。此后经过多次修订，陆续增补了 VC-E，2005 年由 Amick、Gendreau 与 Gordon 扩展到 VC-A 至 VC-G 并给出设备对应表。目前 IEST-RP-CC012.2《洁净室设计中的考虑》的噪声与振动章节收录了 VC-A 至 VC-G 全套曲线，其中 VC-F 与 VC-G 为该版新增，面向纳米技术应用，较新的 IEST-RP-CC201.1 也已纳入这套曲线。

1.2 为什么用速度，而不是位移或加速度

位移、速度、加速度三种表达在物理上是等价的，区别在于用哪个量做判据更方便。

选择速度的原因在于，各类振动敏感设备的最大敏感频点各不相同，但这些敏感点大致落在同一条等速度线上。用速度表达，一组数值就能覆盖不同类别的设备，不必为每一台设备单独定义一条随频率变化的限值曲线。这也是 VC 表能做成「一个字母对应一个数」的原因。

1.3 为什么按 1/3 倍频程逐频带比对

实际场地的振动以宽带随机成分为主，不是单一频率的周期振动。因此判据不写成某一个频率上的限值，而是把频谱按 1/3 倍频程划分，每个频带的带宽约为中心频率的 23%，逐带计算 RMS 速度，再与目标曲线逐带比较。

判读原则： 实测的 1/3 倍频程速度谱必须在所有频率上都低于目标曲线。只要有一个频带高于曲线，该场地就不算满足这一等级。

单一的总振动值反映不出问题频段落在哪里，也就无法指导后续治理，这是逐频带比对的实用价值所在。

二、各等级的速度限值

2.1 完整等级表

下表按 IEST-RP-CC012.2 整理。前四行是 ISO 针对人的振动判据，在 VC 曲线图上与设备判据并列给出，作为参照。

细节尺寸一列的含义是：微电子制造中指线宽，医药与生命科学研究中指颗粒或细胞尺寸，与探针类成像技术、原子力显微镜和纳米技术相关。这一列是帮助判断适用性的辅助信息，不是振动指标本身。

2.2 测量频段与两处容易混淆的地方

各等级的测量频段并不一致，这一点在引用时容易漏掉。

第一处：每级相差约 6dB。 从 VC-A 开始每提高一级，允许的振动速度约减半。VC-D 是 VC-C 的一半，VC-E 又是 VC-D 的一半。看曲线图时容易觉得相邻两级差别不大，换算成比例才有直观感受。

第二处：VC-F 与 VC-G 不作为设计判据。 标准表注写明这两级不推荐作为设计要求，仅用于评估。给一个新建场地定目标时通常不选这两级，因为它们在实际工程中较难达到。

部分资料把测量频段写作 1 至 100Hz，这来自早期版本的坐标范围，与现行版本表述不同。引用频段范围时，一并写明依据的版本。

三、电镜对应哪一级

3.1 标准给出的对应关系

把上表里与电镜相关的三行单独提出来看：

结论可以概括为两句： 常规 SEM 与 TEM 的准入门槛是 VC-D，因为标准把「多数电镜」放在这一档，SEM 与 TEM 都包含在内；电子束光刻与高分辨场景要按 VC-E 准备，标准把纳米级电子束光刻明确列在 VC-E。

这里有一处常见的误读需要点出来：VC-C 的作者里包含「中等敏感度电镜」这一表述，容易被理解成电镜的通用要求就是 VC-C。这个理解偏低。按 VC-C 准备场地，常规 SEM 在多数情况下够用，但高倍成像和长时间扫描会先出问题。

3.2 为什么实际选型要留余量

标准表给的是类别覆盖范围，不是某一台设备的确定要求。按表查到的等级只能作为初步判断，原因有四点。

设备的实际要求随配置与用途变化。 同一型号在选配不同附件、使用不同加速电压或放大倍率时，对振动的要求并不相同。厂家给出的场地要求通常按具体机型与配置给出，这一份文件才是最终依据。

VC 描述的是环境，不是设备。 标注 VC-D 表示设备安装位置的背景振动要压到 VC-D 曲线之下，至于用什么手段实现，是选址、土建还是加装隔振平台，属于后面的工程决策。把 VC 等级当成隔振设备的等级，是另一处常见误解。

标准的取值假定设备处于非运行状态。 测量通常要求在设备关机或待机状态下进行，这样测到的是场地背景振动。设备运行中真空泵、样品台运动产生的振动不计入背景，但会叠加在最终成像结果上，这部分需要单独考虑。

地面达标不等于安装点达标。 楼板与支撑结构对振动存在放大作用，设备安装点与地面同一点的高度差、支架刚度、是否跨越结构缝都会影响结果。这两个位置需要分别测量。

3.3 按设备类型的对照参考

综合标准表与常见工程实践，给出下面这份对照。表中「标准或惯例」一列只作设计初值使用，涉及具体项目时以设备厂家的场地要求文件为准。

四、怎么测、怎么判

4.1 测量方法

现场测量按下面的方式做，结果才能与 VC 曲线直接比对。

• 用三轴传感器，常用压电式加速度计，同时记录垂直与两个水平方向

• 传感器耦合方式可选磁吸、胶粘或探针接触，低频段对耦合方式较敏感，需在报告中注明

• 同时测三个位置：地面、设备安装点、设备外壳，用于判断传递路径上的放大比例

• 设备置于关机或待机状态，避免把设备自身振动算进背景

• 单次测量只反映当时状态。建议覆盖不同时段，必要时连续采集 24 小时

• 数据处理为 1/3 倍频程速度谱，单位 μm/s RMS

4.2 判读方法

把实测谱与目标曲线叠在同一张 1/3 倍频程图上，逐点比较。

两个取值口径要事先明确。 一是取能量平均值还是取超过概率值。早期 BBN 准则的做法是取 30 分钟数据中超过时间占 10% 的水平，也就是 L10，用于表征白天环境振动的较高水平；也有做法取能量平均。两种口径给出的结论可能差一档，测量报告里应写明。二是判定看的是最接近上限的那个频带，不是所有频带的平均值。

判读输出两份结果：当前场地落在哪一级；以及超出目标曲线的频带清单。第二份清单是后续治理的输入。

4.3 常见的测量偏差来源

五、测出来不达标怎么处理

5.1 三个层面的处理顺序

处理顺序按上表自上而下。先做设备端意味着把成本压在最末端，而前两层的可压缩空间往往更大。真空泵加装隔振垫、调整机组位置这类措施的成本，通常低于设备端方案。

5.2 隔振方案的频段分工

设备端方案按待治理频段选择，不同技术路线各有其覆盖范围。

这张表是频段分工，不是方案排序。选哪一类取决于超限频带落在哪个区间。实测谱的高峰集中在 1 至 10Hz，方案就该覆盖这一段；高峰出现在 20Hz 以上，被动方案已经够用。二者组合的情形是低频超限同时需要承载较大负载。

5.3 主动隔振选型时看三个参数

以 HERZ AVI 系列为例，三个型号的起始频率依次为 AVI-200 的 1Hz、AVI-400 的 0.5Hz，AVI-600 标准配置为 1Hz、选配 LFS 前馈系统后为 0.5Hz。0.5Hz 这一段正好落在 VC-D 与 VC-E 目标关注的低频区间。10Hz 以上的中高频与承载，则由 HS 华山系列这类气浮平台承担。

六、常见误区

七、常见问题

问：VC-D 对应的振动限值是多少？

答：VC-D 对应 6.25 μm/s，单位为 1/3 倍频程 RMS 速度，测量频段为 1 至 80Hz。判读时要求该频段内每一个 1/3 倍频带的实测值都低于这条曲线，只要有一个频带超出即不算达标。

问：扫描电镜和透射电镜一般按哪一级准备场地？

答：按 IEST-RP-CC012.2 的对应表，常规扫描电镜与透射电镜都属于 VC-D 一档，标准原文的表述是多数电镜，SEM 与 TEM 均在列，电子束系统同属此档。电子束光刻与高分辨成像场景通常要按 VC-E 准备。具体项目以设备厂家给出的场地振动要求文件为准。

问：地面振动测量达标了，为什么设备安装点还是不达标？

答：楼板与支撑结构对振动存在放大作用。地面与设备安装点不在同一位置，中间经过楼板、支架、台面等环节，振动可能被放大。建议地面、设备安装点、设备外壳三个位置分别测量，用于判断传递路径上的放大比例。

问：VC 曲线是强制标准吗？

答：不是。VC 曲线收录于 IEST 推荐规程，属于推荐性文件，不具有法规效力。它的作用是让设备厂家、设计方与工程方用同一套数值语言描述振动环境，避免各方对同一个等级的理解出现偏差。

问：现场测完后怎么判断落在哪一级？

答：把实测的 1/3 倍频程速度谱与各等级曲线叠在同一张图上逐点比较。判定依据是最接近上限的那个频带，不是所有频带的平均值。同时勾出超出目标曲线的频带清单，这份清单是后续治理方案的输入。

八、结语

把 VC 曲线用起来是三步：先从设备厂家拿到该型号的场地振动要求，再做现场三轴测量取得 1/3 倍频程速度谱，最后逐频带比对确定超限频段和差距档位。频段落定之后，隔振方案的类型基本也就确定了。

这套流程的价值在于把「振动有点大」这类模糊判断，换成一份可复核的数据和一个可验证的目标。设备进场前做完这三步，比调试不达标之后回头补测要省事得多。网站的产品页与案例页里有各类隔振方案的参数与交付记录，可以按频段对照查看。

参考文献

1. IEST-RP-CC012.2, Considerations in Cleanroom Design. Institute of Environmental Sciences and Technology.（噪声与振动章节给出 VC-A 至 VC-G 曲线及适用对象表）

2. IEST-RP-CC201.1. Institute of Environmental Sciences and Technology.（纳入 VC 曲线的新版推荐规程）

3. Amick, H., Gendreau, M., Gordon, C. G. Evolving criteria for research facilities: vibration. 2005.（将振动准则扩展至 VC-A 至 VC-G，并给出设备对应表）

4. Miller, A. Vibration Criterion Curves, Part 1: Evolution and Interpretation. Proceedings of Acoustics 2024, Australian Acoustical Society.（梳理 VC 曲线的演变过程与版本差异）