工業半導體廠房凈化空調系統設計與應用研究

劉輝

摘要：工業半導體廠房對溫度、濕度、空氣潔凈度提出了較高的要求，需要通過凈化空調系統控制核心生產區域的環境參數。探討了凈化空調系統的設計方案，構建了節能評價指標體系，并分析了各個子系統的節能應用效果。結果顯示：工業半導體廠房凈化空調系統由水系統、風系統、熱源系統組成；凈化空調系統的整體節能效果較好。在實際應用管理中，可通過建立節能評價指標監控系統，確定高能耗節點，從而制定節能優化措施。

關鍵詞：工業半導體廠房；凈化空調系統設計；節能應用

中圖分類號：TU831.3 1 文獻標識碼：A

0 引言

半導體廠房的凈化空調系統是保證生產、封裝和測試正常運行的重要設備設施。由于該系統較為復雜，不同的設備組合方案可產生差異化的控制效果。另外，凈化空調系統風量大、風壓高，長期運行的能耗較高。因此本文探究該系統的設計方案、節能評價指標體系，并分析節能優化措施，能夠為半導體生產、制造創造良好的環境條件。

1 工業半導體廠房凈化空調系統設計方案

1.1 工業半導體廠房凈化設計要求

1.1.1 半導體生產工藝

以芯片制造廠房為例，其生產工藝包括晶圓制造、晶圓加工、芯片封裝，相應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 廠房的設計要求

半導體生產對空氣潔凈度、環境溫度、相對濕度以及相對正壓力提出了較為嚴格的要求，凈化空調系統設計方案應保證廠房生產環境滿足這些要求。工業半導體生產環境要求如表1 所示。

1.2 凈化空調系統設計方案

1.2.1 凈化空調系統的布置形式

以某企業的芯片潔凈廠房為例，其平面布置分為5 個區域，分別為中央核心潔凈區、2 個空調機房和機械設備間（對向分布）。中央核心潔凈區的另外兩側設置會議室、辦公室或者更衣間。從垂直空間來看，共分為3 層，最上層為上技術夾層/ 送風靜壓箱，用于放置風機過濾機組（fan filter unit，FFU）等通風設備[2]；中間部分為中央核心潔凈區；最下層為下技術夾層，用于放置配套的工藝設備。若廠房的作用為封裝測試，只需設置上技術夾層。

1.2.2 凈化空調系統構成

凈化空調系統由水系統、風系統和熱源系統3個部分組成。其中，風系統用于控制室內污染顆粒物的濃度，通過頻繁的換氣將顆粒物濃度限制在合理水平。水系統用于控制室內的溫度和濕度，其熱源可采用空氣源熱水機組或者業主提供的鍋爐系統，利用水冷式冷水制冷機組提供冷源。干式盤管和FFU 布置在潔凈廠房的末端。熱源系統是工業生產中的關鍵部件之一，用于提供熱能供應，包括供暖、熱水和工業加熱等功能，其設計和運行狀態直接影響生產效率和產品質量[3]。

1.2.3 水系統設計要點

半導體廠房的水系統由冷卻塔、低溫冷水機組、中溫冷水機組及其他配套終端設備構成。低溫冷水機組的2 路進水溫度分別為37℃、32℃，出水溫度分別為5℃、12℃。中溫冷水機組的2 路進水溫度分別為37℃、32℃，出水溫度分別為12℃、17℃。兩種冷水機組獨立運行，為不同的廠房、區域和設備供冷。冷水機組的末端與新風機組（make-upair unit，MAU）、循環空調箱（recycled airhandlingunit，RCU）、干式冷卻盤管（dry cooling coil，DCC）相連。MAU 是一種空氣調節設備，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，夏季經過降溫、除濕、除塵送入室內；冬季經加熱、加濕、除塵送入室內，因此該設備會消耗冷熱源。RCU+ 高效送風口作為一種設計精良的送風口，旨在提供更加均勻、高效的空氣分布。它通常具有特殊的構造，能夠有效地將空氣輸送到房間各個角落，確保整個房間內的溫度與濕度均勻分布，提高凈化空調系統運作效率，DCC 裝置的作用是消除室內的濕熱。

1.2.4 風系統設計要點

風系統的送風方式通常有兩種：一種為集中送風；另一種為風機過濾機組送風。在多套凈化空調系統同時運行，或大型電子工業潔凈廠房的凈化空調系統的新風方面，主要采取集中送風的方式。但風機過濾機組送風有低能耗、節約空間、方便靈活等特點。風系統常用的設計形式為全新風機組+ 風機過濾單元+ 干式冷卻盤管、全新風機組+ 循環空調箱+ 高效送風口、全新風機組+ 風機過濾單元+風機盤管[4]。

2 工業半導體廠房凈化空調系統節能應用

半導體廠房對溫度、相對濕度、空氣潔凈度提出了較高的要求，因而凈化空調系統需要長期穩定運行，但這造成了較高的能耗。節能運行成為提高經濟效益、降低生產成本的必然措施。