半導體芯片生產環(huán)境的要求由于電子產品在制造、生產過程中對室內空氣環(huán)境和品質的要求極為嚴格，主要以控制微粒和浮塵為主要對象，同時還對其環(huán)境的溫濕度、新鮮空氣量、噪聲等作出了嚴格的規(guī)定?？照{系統(tǒng)在半導體芯片廠房潔凈室中起到重要作用。本文以半導體電子工業(yè)生產廠房為例，淺談半導體芯片廠房潔凈室裝修建設要求及環(huán)境技術空調系統(tǒng)設計。

　　一、半導體芯片廠房潔凈室要求

　　1、室內的噪聲級(空態(tài))：不應大于65dB(A)

　　2、垂直流潔凈室滿布比不應小于60%，水平單向流潔凈室不應小于40%，否則就是局部單向流了。

　　3、與室外的靜壓差不應小于10Pa，不同空氣潔凈度的潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的靜壓差不應小于5Pa。

　　4、潔凈室內的新鮮空氣量應取下列二項中的最大值：

　　5、補償室內排風量和保持室內正壓值所需的新鮮空氣量之和。

　　6、保證供給潔凈室內每人每小時的新鮮空氣量不小于40m3。

　　7、凈化空調系統(tǒng)加熱器，應設置新風，超溫斷電保護，若采用點加濕時應設置無水保護，寒冷地區(qū)，新風系統(tǒng)應設置防凍保護措施。無塵室的送風量。

　　8、半導體芯片溫濕度控制

半導體(FAB)潔凈室中相對濕度的目標值大約控制在30至50%的范圍內，允許誤差在±1%的狹窄的范圍內，例如光刻區(qū)──或者在遠紫外線處理(DUV)區(qū)甚至更小──而在其他地方則可以放松到±5%的范圍內。

　　因為相對濕度有一系列可能使?jié)崈羰铱傮w表現下降的因素，其中包括：

　　8.1.細菌生長;

　　8.2.工作人員感到室溫舒適的范圍;

　　8.3.出現靜電荷;

　　8.4.金屬腐蝕;

　　8.5.水汽冷凝;

　　8.6.光刻的退化;

　　8.7.吸水性。

　　細菌和其他生物污染(霉菌，病毒，真菌，螨蟲)在相對濕度超過60%的環(huán)境中可以活躍地繁殖。一些菌群在相對濕度超過30%時就可以增長。合景凈化工程公司認為，應將濕度控制在處于40%至60%的范圍之間時，可以使細菌的影響以及呼吸道感染降至最低。

　　相對濕度在40%至60%的范圍同樣也是人類感覺舒適的適度范圍。濕度過高會使人覺得氣悶，而濕度低于30%則會讓人感覺干燥，皮膚皸裂，呼吸道不適以及情感上的不快。

　　高濕度實際上減小了潔凈室表面的靜電荷積累──這是人們希望的結果。較低的濕度比較適合電荷的積累并成為潛在的具有破壞性的靜電釋放源。當相對濕度超過50%時，靜電荷開始迅速消散，但是當相對濕度小于30%時，它們可以在絕緣體或者未接地的表面上持續(xù)存在很長一段時間。

　　相對濕度在35%到40%之間可以作為一個令人滿意的折中，半導體潔凈室一般都使用額外的控制裝置以限制靜電荷的積累。

　　很多化學反應的速度，包括腐蝕過程，將隨著相對濕度的增高而加快。所有暴露在潔凈室周圍空氣中的表面都很快地被覆蓋上至少一層單分子層的水。當這些表面是由可以與水反應的薄金屬涂層組成時，高濕度可以使反應加速。幸運的是，一些金屬，例如鋁，可以與水形成一層保護型的氧化物，并阻止進一步的氧化反應;但另一種情況是，例如氧化銅，是不具有保護能力的，因此，在高濕度的環(huán)境中，銅制表面更容易受到腐蝕。

　　此外，在高的相對濕度環(huán)境下，由于水分的吸收，使烘烤循環(huán)后光刻膠膨脹加重。光刻膠附著力同樣也可以受到較高的相對濕度的負面影響;較低的相對濕度(約30%)使光刻膠附著更加容易，甚至不需要聚合改性劑。

　　在半導體潔凈室中控制相對濕度不是隨意的。但是，隨著時間的變化，最好回顧一下常見的被普遍接受的實踐的原因和基礎。

　　二、半導體潔凈室裝修建造造價

　　復雜設計施工與高建造費用電子芯片潔凈車間有著嚴格的潔凈度要求，可想而知，其設計施工也是相當復雜的。此外，潔凈度越高，建造費用也越高。例如100級(FS 209)單向流潔凈室，僅室內裝修與空調潔凈系統(tǒng)的建造費用為10000元/㎡。再加上消防、三廢、供配電和自控系統(tǒng)，建造費用更是高達25000元-30000元/㎡。

　　當完成電子芯片潔凈車間的建造后，還要經過三方面的驗收，即：空態(tài)驗收、靜態(tài)驗收、動態(tài)驗收，只有完成驗收才能投入日常使用。因此，面臨巨大的技術風險，以及后續(xù)運行、維護和調試、檢測的壓力。

　　三、半導體芯片廠房潔凈室環(huán)境技術空調系統(tǒng)設計

　　以位于上海半導體生產廠房為例，談談半導體芯片廠房潔凈室環(huán)境技術空調系統(tǒng)設計。3層丙類多層廠房，建筑高度18.80米，功能布局為丙類生產車間及生產輔房。

　　1、潔凈室空調系統(tǒng)設計

　　本工程空調設計主要包括區(qū)域一般空調通風、凈化空調系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、工藝排氣系統(tǒng)等。潔凈室主要位于生產廠房的二層部分區(qū)域及三層實驗室區(qū)域。潔凈室空調系統(tǒng)的室外設計參數如下表所示：

　　本工程潔凈室的空調系統(tǒng)形式采用FFU(FanFilter Unit 風機過濾單元)+DCC(DryCooling Coil 干冷卻盤管)+MAU(MakeupAir Unit集中新風機組)的系統(tǒng)形式;氣流組織形式為頂送下回，干盤管位于吊頂上方。潔凈空調原理圖如圖1所示。

　　MAU機組設置在三層空調機房。MAU規(guī)格為95000CMH，4臺(三用一備)。新風空調機組由進風段、G4板式初效過濾段、F8袋式中效過濾段、預熱盤管段(38/32℃)、預冷段(6/13℃)、RO水噴淋水洗加濕段、低溫冷凍水表冷段(6/13℃)、再熱盤管段(38/32℃)、風機段、化學過濾器段、化學過濾段、F9中效過濾段、H14高效過濾段、出風段以及相關的檢修功能段組成。空調機組段位圖如圖1所示：

　　FFU滿布率：ISO3級區(qū)域為100%;其余區(qū)域根據凈化級別為25～75%。潔凈區(qū)所用的新風(MAU)系統(tǒng)，通過初、中效過濾、冷卻除濕、過濾或加熱、水洗加濕過濾以潔凈之新風補充潔凈室內工藝排風和維持正壓為目的，以恒定的溫度和濕度參數送風，從而保證室內個參數在設定值。

　　2、空調自控系統(tǒng)設計

　　在各系統(tǒng)運轉數據的收集與分析上，自動控制系統(tǒng)可以取代大量人力，還可以提供系統(tǒng)偏離設計值的早期預警，并將分析整理過的信息傳送到工程師與主管作為系統(tǒng)管理的依據。FFU(FanFilter Unit 風機過濾單元)+DCC(DryCooling Coil 干冷卻盤管)+MAU(MakeupAir Unit集中新風機組)空調組成形式主要通過MAU(MakeupAir Unit集中新風機組)來控制潔凈室的濕度，通過DCC(DryCooling Coil 干冷卻盤管)來控制潔凈室的溫度。P&ID-新風機組控制原理圖如圖2所示，P&ID-潔凈室控制原理圖如圖3所示，潔凈室空調自動控制原理如下：

　　(1)MAU機組進出口處均安裝電動密閉閥，電動密閉閥與MAU送風機聯(lián)動，開啟時先開閥門再開風機，關閉時順序相反。本項目業(yè)主要求在MAU機組入口和出口處均安裝電動密閉閥，筆者認為入口電動密閉閥的主要目的是關機后防止新風侵入損壞冷盤，出口處安裝電動密閉閥的主要目的是防止某臺機組不運行而其他機組運行時新風通過集管倒灌，故在設計中可只在MAU機組入口處安裝電動密閉閥，出口處可用逆止閥取代電動密閉閥。

　　(2)MAU機組各級過濾器設壓差開關，報警值初中效：350Pa，中效：250Pa，高效：500Pa，化學過濾器段：200Pa，當壓力超過設定值時報警，提示清洗或更換。筆者設計時，在MAU風機段也曾設置壓差開關，主要目的是實現風機無風斷電保護，業(yè)主要求取消該壓差開關，原因是：在工程一期的使用過程中，類似功能的壓差開關在風機關閉時曾出現過誤報警，且誤報警在不同區(qū)域均有發(fā)生。在常規(guī)的設計中，無風斷電保護均會配置，且有部分業(yè)主會指定配置無風斷電保護，筆者認為該工程一期經常出現誤報警是因為程序設計不合理，專業(yè)自控廠家在程序設計過程中，不能孤立的判斷壓差開關的報警信號，應結合送風機的運行狀態(tài)，判定有效報警信號，當風機運行過程中出現報警信號時，報警視為有效，當風機關閉時報警信號視為無效信號。

　　(3)溫濕度控制：冬季：根據預熱盤管后安裝溫濕度變送器控制預熱盤管電動調節(jié)閥開度，保證預熱后焓值在設定值;再經過水洗噴淋段(水洗噴淋段自帶控制)進行水洗加濕，保證送風含濕量在設定值，再根據送風溫度調節(jié)再熱盤管電動調節(jié)閥開度，保證送風溫度在設定值。夏季：根據預冷盤管后安裝溫濕度變送器控制預冷盤管電動調節(jié)閥開度，保證預冷后焓值在設定值;再經過水洗噴淋段(水洗噴淋段自帶控制)進行水洗;據送風濕度控制再冷盤管電動調節(jié)閥開度，保證送風含濕量在設定值;再根據送風溫度調節(jié)再熱盤管電動調節(jié)閥開度，保證送風溫度在設定值。過渡季節(jié)：根據預冷盤管后安裝溫濕度變送器控制預冷盤管電動調節(jié)閥開度，保證預冷后焓值在設定值;再經過水洗噴淋段(水洗噴淋段自帶控制)進行水洗加濕，保證送風含濕量在設定值;再根據送風溫度調節(jié)再熱盤管電動調節(jié)閥開度，保證送風溫度在設定值。潔凈室設置溫濕度變送器，監(jiān)測室內溫濕度，在各個季節(jié)根據潔凈室度調節(jié)DCC盤管閥門開度，保證房間溫度在設定值。

　　(4)水洗噴淋控制(噴淋室自帶就地控制盤)：噴淋用水箱設置電導率探頭，當電導率超標時，報警，排水。水箱設液位報警，當低于下限時，報警，關閉排水閥。水箱超低液位聯(lián)鎖關閉噴淋循環(huán)泵。

　　(5)送風集管設置壓力傳感器，監(jiān)測送風壓力，根據送風壓力調節(jié)送風機變頻運行。

　　(6)潔凈室設置壓力變送器，至各潔凈區(qū)送風支管安裝電動調節(jié)閥，根據房間壓力，調節(jié)各個送風支管電動調節(jié)閥開度保證房間壓力在設定值。

　　(7)FFU設置壓差開關設置壓差開關，壓力高于設定值報警。

　　3、結語

　　本文結合某半導體廠房潔凈室空調設計從設計的角度扼要介紹了FFU(FanFilter Unit 風機過濾單元)+DCC(DryCooling Coil 干冷卻盤管)+MAU(MakeupAir Unit集中新風機組)的空調組成形式，闡述了該組成形式的主要控制原理，并分析比較了設計過程中出現的部分問題，具體控制功能的實現還需通過專業(yè)的自控廠家深化實現。