高精度半导体厂房暖通空调系统浅析

高精度半导体厂房暖通空调系统浅析

王加品

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摘要：以建立一个半导体厂房 ISO Class 1级洁净室的经历和对有关标准的认识为基础，重点对高精度半导体厂房空调系统的构成进行了论述，并从送回风系统、排风系统、干盘管布置、空调自控、调试验证、气流组织等几个方面对其进行了详细的论述，以期为今后高精度半导体厂房的建造工作奠定一定的基础。

关键字：高精密半导体设备；一级无尘室；空气调节

前言

最近几年，伴随着半导体产业的迅速发展，制造工艺对房间的温度、湿度及洁净度的要求越来越高。在某些半导体生产车间中，有温度精度要求士0.2 C、湿度精度要求士5%及洁净等级为Class1级的洁净房间，见表1。按照ISO14644-1标准的标准，在第一类的控制下，颗粒从0.5微米降低到0.1微米。为了保障生产区域内原材料、敏感设备和工艺等的温湿度需求，需要在降低能源消耗的前提下，进行高效可靠的温湿度调控。

1半导体芯片生产工艺流程概述

从硅芯片到半导体元件的生产过程中，按照主要过程可以划分为前道过程和后道过程。第一道工艺以在硅圆上制造 IC线路为终极目标。文中所述的暖通风技术措施正是为了保证光刻过程的顺利实施而提出的。

要想达到高精密的半导体无尘室，就必须从通风系统中的干盘管布置、气流组织、房间压力梯度和空气调节自动控制等多个方面着手。此外，还必须与其它学科密切合作，以达到对洁净度，温度，湿度等重要参数的有效控制。

2暖通设备规范

2.1进风口和回风口

其中， MAU+ DCC+ FFU三个单元构成了三个单元，它们各自承担着三个单元的工作： MAU，其工作原理是对空气中水分的有效控制；DCC为主导， FFU为主导，清洁度为主导。

温度，湿度，洁净度单独控制，能达到高精度的温度，湿度，温度，湿度的控制。

在充分了解清洁度需求的基础上，结合各项目实际运行工况，选择新型空气空气调/空气盘管/混合回路结构，独立控制温度和湿度，采用一次端恒速水泵+阀控制水流，实现对冷水循环温度和湿度的有效控制[1]。二次端的流量通过频率转换来实现的恒定压力控制；干盘管和阀组管线是三次侧，使用的是固定的转速泵加上旁通阀和平衡阀，构成了一个混合水阀组，以达到对干盘管的温度控制需要的一种方法来保证控制的需要，从而能够符合该项目的需要。

2.1.1 MAU

1)新风量：新空气流量：新空气流量 L—最大（10个空气流量，10个空气流量，1个人的空气流量）。

2)吹入的露点含湿量等于房间的状况点含湿量等于房间的湿度散出的量（新鲜风量量X空气密度）×1000。

3)吹风条件点：吹风条件下，由所算得的露点水含量，在刚好湿曲线上决定吹风露点，经风扇升温后，吹风露点会被判定为吹风条件。

4)所述的温度检测器具有为士0.03 C的准确度，并且从所述的温度和湿度来推算所述的露点温度。

2.1.2 DCC

1)空气流量：空气流量=空气流量单元的空气流量一空气流量。

2)冷量：总的冷量按一个房间的冷负载和一个房间的新空气的一种方式来计算。在进行室内空调负载的计算时，要避免 FFU风扇负载的遗漏。

3)选择干式线圈时，要根据两个方面来选择：一是根据 FFU压力大小来选择，干式线圈的压力损失不能超过40 Pa，表面速度不能超过2米/秒，根据循环空气流量来选择干式线圈的通气区域；为了保证干式螺旋管道的冷却能力，必须达到负载的标准，设计了出风温为21.4℃。

2.1.3 FFU

1)过滤效果：H14为一千级和一百级推荐使用，U15为十级推荐使用，U16为一级推荐使用。此外，在新风机组中，有粗效、中效、高效过滤器，室内循环的 FFU是U16超高效过滤器，按照设备机台布置，核心区满布率为88%。

2)说明： FFU剩余压力的选取推荐为95 Pa (40 Pa的 DCC和40 Pa的回风卡槽，40 Pa的保留）。

2.2抽气装置

本工程的通风系统分为普通热风、酸性风、碱性风和有机风四个部分。在楼顶安装了一台风扇，并安装了一台洗涤器，用它对洗涤器进行冲洗和吸附，将排气经过净化，使其符合排放要求，再由排气烟气在较高的高度上排入空气。多个横向交错流动的洗涤器并联运行，以保持一定的废气压力。每套洗涤塔，由洗涤器，鼓风机，循环水泵，洗涤塔入口关闭风阀，风机出口止回风阀烟肉，监测仪器及其它必需的控制仪表等组成。洗涤塔都是使用水平洗涤塔。每个洗涤器都要配有两个循环式的喷淋器，并配有一个备用。

在有腐蚀作用的空气中，用特氟龙管道作电弧试验，用超声试验，检查特氟龙涂层有无气孔，涂层的厚度有无为0.2毫米。酸性排风、碱性排风和有机排风管，按照顺气流方向3%斜率进行安装，并在风管的最低位置及水平管每隔20个位置，布置1个放液管。在放液管上带 UPVC球阀或不锈钢球阀。

3自动控制装置

3.1单机温度和湿度自动调节的简要介绍

使用两个相互分离的系统，对房间里的湿度和温度进行单独的调控，这样就可以避开传统的热湿度综合处理所造成的能量消耗以及空气质量的下降；通过新风对湿度进行调控， DCC作为显热型干法线圈的终端，其作用是对温度进行调控，从而可以实现对室内热湿比的实时调控，避免了室内温度和湿度相互制约的问题。

3.2空气系统局部使用的空间温度和水分调控的工程实现

3.2.1风温在该控制体系中的应用程序

在恒温过程中，利用显示加热设备的制冷能力，实现了恒温过程中恒温过程的自动调节。PLC根据安装在空调室内或回风管道内的温度和湿度传感装置所回馈的资料，计算出每个空调室所需冷量与目前所提供的冷量之间的对应关系。

3.2.2对受控体系进行风湿操作的工艺

在湿度的控制过程中，在风扇除湿段，可以接受来自上级控制系统的调整指令，从而调整送风的含湿量和风量。鉴于自动控制系统的复杂程度和可靠性， MAU的送风含湿量都被设置在了一个设计的条件之下，调整房间的送风量来达到对湿度的控制[2]。尽管送风温度会对房间的负载产生一定的影响，但是因为 MAU的送风温度比室内的温度要低，而且温湿度独立的空调系统有不同的温度控制模式，所以一般不会对送风温度进行单独的调整。

在每个空调房间中，在设定了一个温度和湿度的情况下， PLC能够根据这个房间的目前温湿度状况，来获得这个房间所需要的新风量，并将对应终端风扇的风量控制到需要的值，从而达到湿度控制的要求。在 MAU系统中安装有一个气压换能器，可以对气压进行调节，从而使 MAU系统中的气压始终处于一个恒定状态，当某一室的空气流量发生改变时，其它室的空气流量都是恒定的。

请注意：

1)在设计中， MAU的空气流量应适当选取，最坏情况下所需空气流量不应大于 MAU的标称空气流量；

2)进风道和回风道的合理布置，尤其是送风道必须能确保在最坏情况下（最少风流流量或最大负载）室内的送风量能达到规定的标准

4结束语

VLSI制造技术的不断发展，使得其对可控的制造环境提出了更高的要求。温度，湿度，清洁度等微小的改变都会使成品合格率降低。结果表明，采用 MAU+ FFU+ DCC的空调工艺模式，采用现代仿真技术，采用高精度的测控仪器，完全可以达到工艺的要求。下面是一些在工厂管理工作中需要慎重考虑的要点。

参考文献

[1]许钟麟，空气洁净技术原理[M]北京，科学出版社，2014;1.

[2]陈霖新,等.洁净厂房的设计与施工[M]北京:化学工业出版社;2012:12.