半导体厂房净化空调系统设计及实践研究

摘要：半导体厂房净化空调系统是保障半导体生产工艺环境稳定性以及产品质量的关键基础设施，本文依据半导体厂房的环境特点，对净化空调系统的设计方法、关键技术以及实践应用展开系统探讨，最后借助实践案例分析，验证设计方法的可行性与有效性，并且总结系统运行中的问题与改进措施，本文的研究为半导体厂房净化空调系统的设计与优化提供理论依据和实践参考。

关键词：半导体厂房；净化空调系统；洁净度；节能技术；气流组织；实践案例

一、半导体厂房净化空调系统的设计方法

（一）系统设计的基本原则

半导体厂房净化空调系统开展设计时，首先要契合生产工艺提出的严格要求，包括洁净度、温湿度、压差、噪声以及气流组织等控制，而节能环保同样是设计工作的一项关键原则，可借助优化系统配置、运用高效设备及智能控制技术等方式，来降低能耗及运行成本。另外，系统的可靠性与可维护性也是设计的关键，要保证系统可长期稳定运行，并且方便进行日常维护及故障排除。

（二）主要设计参数的确定

确定洁净度等级乃是系统设计的首要任务，要依据生产工艺的具体要求来确定洁净度标准。风量及换气次数的计算会直接对洁净度的达成产生影响，这就需要全面综合考量厂房的面积、高度以及污染源的特性等多方面因素。温湿度控制范围的设定应结合生产工艺以及人员舒适性的要求，以此来保证环境参数处于稳定状态。

（三）系统组成与设备选型

半导体厂房净化空调系统，千级以上洁净室优先采用MAU+FFU+DCC系统；千级洁净室可采用MAU+FFU+DCC系统或MAU+RAU+HEPA BOX系统；千级以下洁净室可考虑采用AHU+HEPA BOX系统。空调机组作为整个系统的核心设备之一，它的性能对于洁净室的效果有着直接影响。FFU及HEPA BOX配备的高效过滤器，需依据洁净度的具体要求来确定其过滤等级。回风夹道设计时，要着重考虑温度分布均匀性及气流组织，优化布置位置，防止出现洁净死角的情况。净化空调系统的运行需配备合理可靠的自动控制系统，以达成系统的自动化运行及实时监控。

二、半导体厂房净化空调系统的关键技术

（一）空气过滤技术

空气过滤技术在半导体厂房净化空调系统里占据核心地位，末端高效过滤器的性能及选型会直接对洁净度产生影响。半导体工艺需求对洁净度有着非常高的要求，一般要选用HEPA高效过滤器或ULPA超高效过滤器，过滤器的过滤效率要依据污染源的特性以及洁净度的要求来确定，比如说，如果厂房周边的空气质量比较差，那就需要增加空调机组内的初中效过滤器的过滤等级，以此来延长末端高效过滤器的使用期限。过滤器的安装以及维护相当关键，要保证密封性良好，并定期检查过滤器的压差变化，及时更换失效的过滤器，是保障系统稳定运行的关键。

（二）气流组织与压差控制

气流组织及压差控制属于保证半导体厂房洁净度的又一关键技术，要依据厂房布局及生产工艺要求来确定气流型式。单向流适用于ISO 5及以上等级的区域，其气流会以均匀的速度朝着单一方向流动，可有效地将污染物排除。而非单向流适用于ISO 6及以下等级的区域，借助合理的气流组织达成净化的效果。压差控制是防止交叉污染的关键，依靠合理的压差梯度设计，保证洁净区域的气流从高洁净度区域朝着低洁净度区域的方向流动。压差控制还需要和气流流向优化相结合，保证洁净区域不受外界污染。

（三）节能技术

节能技术对于半导体厂房净化空调系统而言有着关键价值，可降低系统运行成本。热回收技术借助回收排风中的余热来预热新风，可减少加热方面的能耗。变频控制技术凭借调节风机转速和风量，达成系统的节能运行，比如在低负荷时段降低风机转速，可降低能耗。此外，智能控制系统凭借实时监测洁净度、温湿度及压差等参数，自动调节系统运行状态，优化能耗性能，防止出现不必要的能源浪费。这些节能技术的应用既降低了运行成本，又提高了系统的可持续性。

三、半导体厂房净化空调系统的实践案例分析

以某半导体厂房的封装测试线为例，其净化空调系统的设计及实施过程，很好地呈现出了先进技术与实际需求的相互结合。这个厂房主要进行高端集成电路芯片的封装测试，对于生产环境的洁净度、温湿度及气流组织有着较高要求，洁净度等级需达到ISO 6级，温湿度要求是23±1℃、45±5%RH。

（一）系统设计与设备选型

在系统设计的起始阶段，项目团队依据生产工艺的具体要求确定了洁净度等级，同时结合厂房的面积及高度对风量与换气次数展开计算，最终得出换气次数为每小时75次。为了达成高洁净度的要求，选用了MAU+FFU+DCC的系统形式，MAU配置了初、中、高效过滤器，其初效过滤器用来拦截大颗粒污染物，中高效过滤器使室外空气得到净化，末端FFU高效过滤器也就是ULPA能保证洁净度达到ISO Class 6标准。净化空调系统结合高架地板，采用顶送侧回的气流组织形式，以此保证气流均匀分布且能有效排除污染物。

（二）节能技术的应用

为了降低系统的能源消耗，项目团队运用了热回收技术及变频控制技术，热回收装置被安装在排风系统中，其作用是回收排风中的余热，以此来预热新风，降低了加热过程所需的能耗。而变频控制技术会依据实际负荷的情况，动态地对风机的转速和风量进行调节，有效避免了传统定频风机存在的高能耗问题。另外智能控制系统可实时监测洁净度、温湿度及压差等参数，并可凭借自动化调节保证系统高效运行。

（三）运行效果与问题分析

系统投入运行之后，洁净度以及温湿度的控制成效颇为不错，可充分契合生产工艺的各项要求，就能耗这一方面而言，同传统的净化空调系统相比较，节能显著，给企业节约了运行成本。然而在系统运行的进程当中，也显现出了一些问题，举例来说，MAU空调箱高效过滤器的更换频次相对较高，主要缘由在于厂房周边的空气污染较为严重，使得过滤器承受的负担过大，压差控制存在一定程度的波动，在生产设备启动和停止的时候，压差梯度容易出现偏差，这有可能对洁净区的稳定性造成影响。

（四）改进措施与优化建议

上述问题出现后，项目团队想出了一系列改进办法，先是在厂房周围增添绿化带，同时在新风入口处增加卷绕式初效过滤器，以此减少外部污染物进入，降低空调机组内过滤器负担。接着优化压差控制策略，运用动态压差调节技术，保证生产设备启停时压差梯度稳定，最后定期进行系统维护及性能评估，及时找出并解决潜在问题，保障系统长期稳定运行。

（五）案例总结

此案例成功施行充分说明先进技术和实际需求相融合于半导体厂房净化空调系统里有着重要意义，借助科学设计、高效设备选型以及节能技术运用，达成了生产环境的精确控制，也降低了系统能耗，不过系统运行时显现的问题也提示我们，净化空调系统的设计与优化是持续改进过程，要结合实际情形不断调整完善。

结论：本文对半导体厂房净化空调系统的设计方法、关键技术以及实践应用展开了系统的探讨，可为相关领域的研究工作、实践活动提供理论方面的依据以及可供参考的内容。研究显示，净化空调系统在进行设计时需要全面考量生产工艺的要求、节能环保以及可靠性与可维护性等多个方面，借助对系统配置进行优化以及采用先进技术的方式，可达成系统的高效运行。在未来，随着半导体技术持续不断地发展，净化空调系统将会面临更为严苛的要求，有必要对新型过滤材料、智能化控制技术以及绿色节能技术展开研究，以此来推动行业实现可持续发展。

参考文献：

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