劉輝

摘要：工業(yè)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(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)的設計方案，構建了節(jié)能評價指標體系，并分析了各個子系統(tǒng)的節(jié)能應用效果。結(jié)果顯示：工業(yè)半導體廠房凈化空調(diào)系統(tǒng)由水系統(tǒng)、風系統(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。在實際應用管理中，可通過建立節(jié)能評價指標監(jiān)控系統(tǒng)，確定高能耗節(jié)點，從而制定節(jié)能優(yōu)化措施。

關鍵詞：工業(yè)半導體廠房；凈化空調(diào)系統(tǒng)設計；節(jié)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(diào)系統(tǒng)是保證生產(chǎn)、封裝和測試正常運行的重要設備設施。由于該系統(tǒng)較為復雜，不同的設備組合方案可產(chǎn)生差異化的控制效果。另外，凈化空調(diào)系統(tǒng)風量大、風壓高，長期運行的能耗較高。因此本文探究該系統(tǒng)的設計方案、節(jié)能評價指標體系，并分析節(jié)能優(yōu)化措施，能夠為半導體生產(chǎn)、制造創(chuàng)造良好的環(huán)境條件。

1 工業(yè)半導體廠房凈化空調(diào)系統(tǒng)設計方案

1.1 工業(yè)半導體廠房凈化設計要求

1.1.1 半導體生產(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(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格的要求，凈化空調(diào)系統(tǒng)設計方案應保證廠房生產(chǎn)環(huán)境滿足這些要求。工業(yè)半導體生產(chǎn)環(huán)境要求如表1 所示。

1.2 凈化空調(diào)系統(tǒng)設計方案

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 個區(qū)域，分別為中央核心潔凈區(qū)、2 個空調(diào)機房和機械設備間（對向分布）。中央核心潔凈區(qū)的另外兩側(cè)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，F(xiàn)FU）等通風設備[2]；中間部分為中央核心潔凈區(qū)；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(diào)系統(tǒng)構成

凈化空調(diào)系統(tǒng)由水系統(tǒng)、風系統(tǒng)和熱源系統(tǒng)3個部分組成。其中，風系統(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組或者業(yè)主提供的鍋爐系統(tǒng)，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(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)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(yè)加熱等功能，其設計和運行狀態(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)設計要點

半導體廠房的水系統(tǒng)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(qū)域和設備供冷。冷水機組的末端與新風機組（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(nèi)的溫度與濕度均勻分布，提高凈化空調(diào)系統(tǒng)運作效率，DCC 裝置的作用是消除室內(nèi)的濕熱。

1.2.4 風系統(tǒng)設計要點

風系統(tǒng)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(diào)系統(tǒng)同時運行，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(jié)約空間、方便靈活等特點。風系統(tǒng)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(huán)空調(diào)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(yè)半導體廠房凈化空調(diào)系統(tǒng)節(jié)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(diào)系統(tǒng)需要長期穩(wěn)定運行，但這造成了較高的能耗。節(jié)能運行成為提高經(jīng)濟效益、降低生產(chǎn)成本的必然措施。