半导体厂房空调、净化系统设计探讨

GXF360 2017-06-20

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半导体厂房空调、净化系统设计探讨

吕纯

（上海先进半导制造股份有限公司，上海 200233）

摘要：伴随当今科学技术的日益发展及工业化的逐步推进，许多先进技术被广泛的应用在工业领域当中，有效推动了工业化的发展与完善。文章以半导体厂房为例，首先分析了半导体厂房的自动控制系统及空调、净化系统的相关设计方案，且结合笔者自身多年从事厂房洁净空调系统工作的经验，归纳总结了洁净空调系统设计当中些许关键性的设计要点，以期为相关应用设计及研究提供理论参考。

关键词：半导体厂房；空调净化系统；设计

电子工业乃是我国经济现代化当中不可获取的重要支撑力，而以集成电路为其代表的半导体芯片制造业而言，其是电子工业发展的基础与核心。芯片性能好坏与工艺技术及设计的严格性、合理性及先进性息息相关，而芯片可靠性及成品率，则与加工制造环境的洁净度及制作材料的纯度相关，尤其是伴随当今纳米加工技术的不断发展与广泛应用，超净环境及超纯材料已然成为半导体工业进步与创新的关键。通过对半导体厂房的空调、净化系统设计进行分析，找寻出一条更为系统化、合理有效的设计方案。

1 半导体厂房空调、净化系统分析

空调、净化空调系统的设计工作，乃与生产的流程及工艺布局之间存在紧密关联。对于用途不同及类型不同的厂房空调及净化系统而言，其自身特点也存有差异性。现对某半导体工厂处于生产工序的净化及空调系统方案作以分析。

1.1 前工序空调净化系统分析

对于前工序而言，其对于室内空气的品质，具有较高的要求，不仅对房间的湿、温度具有较高要求，而且对于整个方面的洁净度更高的要求。针对此种要求的房间，可将其要求划分为两种，分别为对房间洁净度等级的要求及对空调送风品质的要求。

（1）针对后段工艺、生产区及无尘区而言，在工艺上，要求空调送风达到一定品质，即为ⅠSO7级，粒径需大于0.5μm，在空调应用方式的相应选用方面，可选择新风集中处理并与循环空调机组相结合的使用方式。对于新风机组功能段。其流程为：新风入口、中效过滤器、一级表冷盘管、二级表冷盘管及新风出口。而对于循环机组而言，其功能段工作流程则为：回风混合、表冷盘管、风机及送风出口等。其中，对于存在有加热管的空调机组而言，其被用在与外围护结构相近且具有不大设备发热量房间。对于此厂房相关生产区域而言，引起在吊顶高度方面比较高，为了在气流组织能够比较合理，并为此给予保障，需要对工艺流程相配合，在可行性区域内，完成回风夹道的相应设置工作，另外，在下部位置处，需设置回风固定百叶风口，对于另外一些区域而言，则可依据实际需要，选择顶部单层百叶风口回风。另外，在具体的吊顶高度方面，针对高度小于5m区域，在选择送风形式方面，可采用顶部直片散流器风口，以此进行送风操作，对于小于8.5m的，在气流形式上，可依据实际情况及技术相关要求，设置成顶部旋流风口送风，此外，针对百叶风口下侧部，需固定其回风。

（2）对于生产前区及无尘区而言，空气品质的要求为ⅠSO7级，从工艺要求层级来分析，此种类型的房间，需采取ⅠSO7级的标准，设置成净化洁净室。在净化空调系统的选用方面，需为末端高效过滤器风口、循环空调机组及新风集中处理相结合的空调方式。新风机组功能段：新风入口、中效过滤器、一级、二级表冷盘管及新风出口等。而循环机组的气流形式，以及其功能段操作步骤则为：回风混合、送风管、风机、洁净区、房间侧下百叶同风口、回风管及新回风混合。因在工艺设备的维护及安装等方面的要求，其中的生产前区及后区见在布置回风夹道，存有相应困难，可在两区域相应中间位置处，也就是地面与隔墙中间，预留些许缝隙，然后则依据压力要求，计算缝隙高度，针对生产前区相应送风而言，则经过此缝隙，将其送入至相应后区，然后，所送入的风则通过回风口，输送至回风管，再将其向循环空凋机组送回。

（3）新风空调系统原理。新风空调系统原理图如图1所示。针对其他而言，则对于送风品质具有比较高的要求，另外，在工艺方面，选用图1所示的空调原理。针对与洁净区相应空调原理较为相似的，可参照图1当中生产前区的空调原理。

图1 空调系统原理图

1.2 后段工艺空调净化系统分析

针对后段工艺房间而言，其往往在湿度及温度上具有较高的空调要求，工艺对于有些特殊方面的要求为达到ⅠSO06级。在工艺的后段，即净化要求ⅠSO7级，湿度区间40%～60%，温度区间19～25℃，设计了干盘管、FFU及新风空调的综合系统，新风空调箱对空气进行处理至设计露点，然后送至夹层，最后由干盘管与FFU一起组间成厂房内的循环，且对温度施加控制。处理流程依次为：新风段、粗效过滤器、一级表冷盘管、送风机、加热盘管、送风管、高效过滤器送风口、洁净区夹层内、与夹层空气混合、FFU过滤循环及干盘管降温。针对恒温恒湿房间，要想在空调方面的相关要求给予满足，则需实施计算，即对房内湿予以计算，因此，所存在的湿负荷多，则其周边相对湿度也就会较高，针对此种房间，需将房间的门窗数量及房间吊顶等，给予充分考虑；此外，由于工艺生产线经过墙壁后，要想做到全部封堵是难以实现的，因此，针对所存有的空隙面积，需对房间湿度渗透量，实施详细化计算。依据计算结果，最终便可得到房间的湿负荷数值，然后对空调机组需要处理的风量及需要承担的除湿能力予以确定。此房间的新风风量，需对低湿房问所需要的房间正压及洁净室需要的正压综合考虑的情况下，取最大值。

2 半导体厂房空调系统的自动控制

2.1 半导体厂房的新风空调机组自动控制

（1）针对整个新风空调机组来讲，可依据实际需要，选择变频风机，在总送风管上，安装静压探头，利用此种方式，达到对风机变频器实施有效控制的目的。在各个台循环机组上，当将新风风管接入完成后，用此对房间的正压值及相对湿度进行控制。将电动调节阀设置在每台循环机组相应新风风管上，通过各个房间所存有的相应正压值，调节调节阀开度，促使厂房内的正压值，不随设备排风量等的变化，而出现随之改变的情况。对于电动调节阀而言，如若其在开度方面发生相应改变，则会造成位于总送风管上的静压，出现较大程度的变化，至此，可在总管上，设置静压探头，且设定具体的数值，然后，还需要调节新风空调机组的风机频率，通过综合作用，实现有效控制。

（2）针对具有湿度要求的半导体厂房而言，则利用新风机组，调节厂房内的相对湿度，运用新风空调机出口温度，对表冷器进行调控，另外，还可对加热器水管上的电动两通阀实施控制，通过对二通阀开度调节，达到调节冷热水水量的目的，促使温度达到符合厂房设计要求的送风露点温度。利用位于空调房内的湿度传感器，重新调整及设定新风机组出口处的Tdp值，达到维持相对湿度的效果。

（3）新风机组防冻。当关闭风机时，如若加热器后温度超过5℃，则将加热器管道设置的电动两通阀自动启动。便可达到防冻效果。

2.2 生产房间的温及湿度的控制

（1）新风机组负责保证生产厂房的相对湿度及正压值。

（2）循环机组负责保证生产厂房的温度，室内温度传感器对加热器管道上所设置的电动二通阀开度进行控制，并对表冷器施加控制，对热水量及冷冻水量进行调节，获取室内温度参数。

2.3 半导体厂房后段工艺的温湿度控制

（1）运用温度传感器，对位于冷水管道上所安装的电动二通阀的开度，实施有效控制，利用对冷水量所实施的相应调节，来设定具体的参数。因本段所采用的表冷器，未能全部清除新风中湿度，至此，为了能够减少转轮除湿机的湿负荷，需要做的就是，在此盘管上，尽可能处理新风湿度，使其降至到最低，针对本项目而言，所采用的一级表冷后的新风处理温度，在处理要求方面，与冷水回水温度相同。

（2）可采用室内温度传感器，对干盘管道上的电动阀进行控制，以此达到室内事先设定的温度参数。

（3）运用室内湿度传感器，对除湿机组内再生电加热器施加控制，以此达到除湿机组内再生电加热器既定的相对湿度参数。