工业半导体厂房净化空调系统设计与应用研究

刘辉

摘要：工业半导体厂房对温度、湿度、空气洁净度提出了较高的要求，需要通过净化空调系统控制核心生产区域的环境参数。探讨了净化空调系统的设计方案，构建了节能评价指标体系，并分析了各个子系统的节能应用效果。结果显示：工业半导体厂房净化空调系统由水系统、风系统、热源系统组成；净化空调系统的整体节能效果较好。在实际应用管理中，可通过建立节能评价指标监控系统，确定高能耗节点，从而制定节能优化措施。

关键词：工业半导体厂房；净化空调系统设计；节能应用

中图分类号：TU831.3 1 文献标识码：A

0 引言

半导体厂房的净化空调系统是保证生产、封装和测试正常运行的重要设备设施。由于该系统较为复杂，不同的设备组合方案可产生差异化的控制效果。另外，净化空调系统风量大、风压高，长期运行的能耗较高。因此本文探究该系统的设计方案、节能评价指标体系，并分析节能优化措施，能够为半导体生产、制造创造良好的环境条件。

1 工业半导体厂房净化空调系统设计方案

1.1 工业半导体厂房净化设计要求

1.1.1 半导体生产工艺

以芯片制造厂房为例，其生产工艺包括晶圆制造、晶圆加工、芯片封装，相应的加工操作则包括裁切、研磨、切片、抛光、烤炉表面氧化、形成氧化膜、涂布光刻胶、形成光刻胶保护层、光刻显影、蚀刻、离子注入、热处理、切割磨削、上板、键合、树脂密封、加装散热片、检测、出厂[1]。

1.1.2 厂房的设计要求

半导体生产对空气洁净度、环境温度、相对湿度以及相对正压力提出了较为严格的要求，净化空调系统设计方案应保证厂房生产环境满足这些要求。工业半导体生产环境要求如表1 所示。

1.2 净化空调系统设计方案

1.2.1 净化空调系统的布置形式

以某企业的芯片洁净厂房为例，其平面布置分为5 个区域，分别为中央核心洁净区、2 个空调机房和机械设备间（对向分布）。中央核心洁净区的另外两侧设置会议室、办公室或者更衣间。从垂直空间来看，共分为3 层，最上层为上技术夹层/ 送风静压箱，用于放置风机过滤机组（fan filter unit，FFU）等通風设备[2]；中间部分为中央核心洁净区；最下层为下技术夹层，用于放置配套的工艺设备。若厂房的作用为封装测试，只需设置上技术夹层。

1.2.2 净化空调系统构成

净化空调系统由水系统、风系统和热源系统3个部分组成。其中，风系统用于控制室内污染颗粒物的浓度，通过频繁的换气将颗粒物浓度限制在合理水平。水系统用于控制室内的温度和湿度，其热源可采用空气源热水机组或者业主提供的锅炉系统，利用水冷式冷水制冷机组提供冷源。干式盘管和FFU 布置在洁净厂房的末端。热源系统是工业生产中的关键部件之一，用于提供热能供应，包括供暖、热水和工业加热等功能，其设计和运行状态直接影响生产效率和产品质量[3]。

1.2.3 水系统设计要点

半导体厂房的水系统由冷却塔、低温冷水机组、中温冷水机组及其他配套终端设备构成。低温冷水机组的2 路进水温度分别为37℃、32℃，出水温度分别为5℃、12℃。中温冷水机组的2 路进水温度分别为37℃、32℃，出水温度分别为12℃、17℃。两种冷水机组独立运行，为不同的厂房、区域和设备供冷。冷水机组的末端与新风机组（make-upair unit，MAU）、循环空调箱（recycled airhandlingunit，RCU）、干式冷却盘管（dry cooling coil，DCC）相连。MAU 是一种空气调节设备，用于给厂房提供新鲜空气，其工作原理是抽取室外新鲜空气，夏季经过降温、除湿、除尘送入室内；冬季经加热、加湿、除尘送入室内，因此该设备会消耗冷热源。RCU+ 高效送风口作为一种设计精良的送风口，旨在提供更加均匀、高效的空气分布。它通常具有特殊的构造，能够有效地将空气输送到房间各个角落，确保整个房间内的温度与湿度均匀分布，提高净化空调系统运作效率，DCC 装置的作用是消除室内的湿热。

1.2.4 风系统设计要点

风系统的送风方式通常有两种：一种为集中送风；另一种为风机过滤机组送风。在多套净化空调系统同时运行，或大型电子工业洁净厂房的净化空调系统的新风方面，主要采取集中送风的方式。但风机过滤机组送风有低能耗、节约空间、方便灵活等特点。风系统常用的设计形式为全新风机组+ 风机过滤单元+ 干式冷却盘管、全新风机组+ 循环空调箱+ 高效送风口、全新风机组+ 风机过滤单元+风机盘管[4]。

2 工业半导体厂房净化空调系统节能应用

半导体厂房对温度、相对湿度、空气洁净度提出了较高的要求，因而净化空调系统需要长期稳定运行，但这造成了较高的能耗。节能运行成为提高经济效益、降低生产成本的必然措施。