工業(yè)半導(dǎo)體廠房凈化空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

劉輝

摘要：工業(yè)半導(dǎo)體廠房對溫度、濕度、空氣潔凈度提出了較高的要求，需要通過凈化空調(diào)系統(tǒng)控制核心生產(chǎn)區(qū)域的環(huán)境參數(shù)。探討了凈化空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建了節(jié)能評價(jià)指標(biāo)體系，并分析了各個(gè)子系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)用效果。結(jié)果顯示：工業(yè)半導(dǎo)體廠房凈化空調(diào)系統(tǒng)由水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)、熱源系統(tǒng)組成；凈化空調(diào)系統(tǒng)的整體節(jié)能效果較好。在實(shí)際應(yīng)用管理中，可通過建立節(jié)能評價(jià)指標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)，確定高能耗節(jié)點(diǎn)，從而制定節(jié)能優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：工業(yè)半導(dǎo)體廠房；凈化空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；節(jié)能應(yīng)用

中圖分類號：TU831.3 1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

半導(dǎo)體廠房的凈化空調(diào)系統(tǒng)是保證生產(chǎn)、封裝和測試正常運(yùn)行的重要設(shè)備設(shè)施。由于該系統(tǒng)較為復(fù)雜，不同的設(shè)備組合方案可產(chǎn)生差異化的控制效果。另外，凈化空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量大、風(fēng)壓高，長期運(yùn)行的能耗較高。因此本文探究該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、節(jié)能評價(jià)指標(biāo)體系，并分析節(jié)能優(yōu)化措施，能夠?yàn)榘雽?dǎo)體生產(chǎn)、制造創(chuàng)造良好的環(huán)境條件。

1 工業(yè)半導(dǎo)體廠房凈化空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 工業(yè)半導(dǎo)體廠房凈化設(shè)計(jì)要求

1.1.1 半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝

以芯片制造廠房為例，其生產(chǎn)工藝包括晶圓制造、晶圓加工、芯片封裝，相應(yīng)的加工操作則包括裁切、研磨、切片、拋光、烤爐表面氧化、形成氧化膜、涂布光刻膠、形成光刻膠保護(hù)層、光刻顯影、蝕刻、離子注入、熱處理、切割磨削、上板、鍵合、樹脂密封、加裝散熱片、檢測、出廠[1]。

1.1.2 廠房的設(shè)計(jì)要求

半導(dǎo)體生產(chǎn)對空氣潔凈度、環(huán)境溫度、相對濕度以及相對正壓力提出了較為嚴(yán)格的要求，凈化空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案應(yīng)保證廠房生產(chǎn)環(huán)境滿足這些要求。工業(yè)半導(dǎo)體生產(chǎn)環(huán)境要求如表1 所示。

1.2 凈化空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.2.1 凈化空調(diào)系統(tǒng)的布置形式

以某企業(yè)的芯片潔凈廠房為例，其平面布置分為5 個(gè)區(qū)域，分別為中央核心潔凈區(qū)、2 個(gè)空調(diào)機(jī)房和機(jī)械設(shè)備間（對向分布）。中央核心潔凈區(qū)的另外兩側(cè)設(shè)置會議室、辦公室或者更衣間。從垂直空間來看，共分為3 層，最上層為上技術(shù)夾層/ 送風(fēng)靜壓箱，用于放置風(fēng)機(jī)過濾機(jī)組（fan filter unit，F(xiàn)FU）等通風(fēng)設(shè)備[2]；中間部分為中央核心潔凈區(qū)；最下層為下技術(shù)夾層，用于放置配套的工藝設(shè)備。若廠房的作用為封裝測試，只需設(shè)置上技術(shù)夾層。

1.2.2 凈化空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成

凈化空調(diào)系統(tǒng)由水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)和熱源系統(tǒng)3個(gè)部分組成。其中，風(fēng)系統(tǒng)用于控制室內(nèi)污染顆粒物的濃度，通過頻繁的換氣將顆粒物濃度限制在合理水平。水系統(tǒng)用于控制室內(nèi)的溫度和濕度，其熱源可采用空氣源熱水機(jī)組或者業(yè)主提供的鍋爐系統(tǒng)，利用水冷式冷水制冷機(jī)組提供冷源。干式盤管和FFU 布置在潔凈廠房的末端。熱源系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵部件之一，用于提供熱能供應(yīng)，包括供暖、熱水和工業(yè)加熱等功能，其設(shè)計(jì)和運(yùn)行狀態(tài)直接影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[3]。

1.2.3 水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

半導(dǎo)體廠房的水系統(tǒng)由冷卻塔、低溫冷水機(jī)組、中溫冷水機(jī)組及其他配套終端設(shè)備構(gòu)成。低溫冷水機(jī)組的2 路進(jìn)水溫度分別為37℃、32℃，出水溫度分別為5℃、12℃。中溫冷水機(jī)組的2 路進(jìn)水溫度分別為37℃、32℃，出水溫度分別為12℃、17℃。兩種冷水機(jī)組獨(dú)立運(yùn)行，為不同的廠房、區(qū)域和設(shè)備供冷。冷水機(jī)組的末端與新風(fēng)機(jī)組（make-upair unit，MAU）、循環(huán)空調(diào)箱（recycled airhandlingunit，RCU）、干式冷卻盤管（dry cooling coil，DCC）相連。MAU 是一種空氣調(diào)節(jié)設(shè)備，用于給廠房提供新鮮空氣，其工作原理是抽取室外新鮮空氣，夏季經(jīng)過降溫、除濕、除塵送入室內(nèi)；冬季經(jīng)加熱、加濕、除塵送入室內(nèi)，因此該設(shè)備會消耗冷熱源。RCU+ 高效送風(fēng)口作為一種設(shè)計(jì)精良的送風(fēng)口，旨在提供更加均勻、高效的空氣分布。它通常具有特殊的構(gòu)造，能夠有效地將空氣輸送到房間各個(gè)角落，確保整個(gè)房間內(nèi)的溫度與濕度均勻分布，提高凈化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)作效率，DCC 裝置的作用是消除室內(nèi)的濕熱。

1.2.4 風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)方式通常有兩種：一種為集中送風(fēng)；另一種為風(fēng)機(jī)過濾機(jī)組送風(fēng)。在多套凈化空調(diào)系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，或大型電子工業(yè)潔凈廠房的凈化空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)方面，主要采取集中送風(fēng)的方式。但風(fēng)機(jī)過濾機(jī)組送風(fēng)有低能耗、節(jié)約空間、方便靈活等特點(diǎn)。風(fēng)系統(tǒng)常用的設(shè)計(jì)形式為全新風(fēng)機(jī)組+ 風(fēng)機(jī)過濾單元+ 干式冷卻盤管、全新風(fēng)機(jī)組+ 循環(huán)空調(diào)箱+ 高效送風(fēng)口、全新風(fēng)機(jī)組+ 風(fēng)機(jī)過濾單元+風(fēng)機(jī)盤管[4]。

2 工業(yè)半導(dǎo)體廠房凈化空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能應(yīng)用

半導(dǎo)體廠房對溫度、相對濕度、空氣潔凈度提出了較高的要求，因而凈化空調(diào)系統(tǒng)需要長期穩(wěn)定運(yùn)行，但這造成了較高的能耗。節(jié)能運(yùn)行成為提高經(jīng)濟(jì)效益、降低生產(chǎn)成本的必然措施。