半导体芯片生产环境的要求由于电子产品在制造、生产过程中对室内空气环境和品质的要求极为严格，主要以控制微粒和浮尘为主要对象，同时还对其环境的温湿度、新鲜空气量、噪声等作出了严格的规定。空调系统在半导体芯片厂房洁净室中起到重要作用。本文以半导体电子工业生产厂房为例，浅谈半导体芯片厂房洁净室装修建设要求及环境技术空调系统设计。

　　一、半导体芯片厂房洁净室要求

　　1、室内的噪声级(空态)：不应大于65dB(A)

　　2、垂直流洁净室满布比不应小于60%，水平单向流洁净室不应小于40%，否则就是局部单向流了。

　　3、与室外的静压差不应小于10Pa，不同空气洁净度的洁净区与非洁净区之间的静压差不应小于5Pa。

　　4、洁净室内的新鲜空气量应取下列二项中的最大值：

　　5、补偿室内排风量和保持室内正压值所需的新鲜空气量之和。

　　6、保证供给洁净室内每人每小时的新鲜空气量不小于40m3。

　　7、净化空调系统加热器，应设置新风，超温断电保护，若采用点加湿时应设置无水保护，寒冷地区，新风系统应设置防冻保护措施。无尘室的送风量。

　　8、半导体芯片温湿度控制

半导体(FAB)洁净室中相对湿度的目标值大约控制在30至50%的范围内，允许误差在±1%的狭窄的范围内，例如光刻区──或者在远紫外线处理(DUV)区甚至更小──而在其他地方则可以放松到±5%的范围内。

　　因为相对湿度有一系列可能使洁净室总体表现下降的因素，其中包括：

　　8.1.细菌生长;

　　8.2.工作人员感到室温舒适的范围;

　　8.3.出现静电荷;

　　8.4.金属腐蚀;

　　8.5.水汽冷凝;

　　8.6.光刻的退化;

　　8.7.吸水性。

　　细菌和其他生物污染(霉菌，病毒，真菌，螨虫)在相对湿度超过60%的环境中可以活跃地繁殖。一些菌群在相对湿度超过30%时就可以增长。合景净化工程公司认为，应将湿度控制在处于40%至60%的范围之间时，可以使细菌的影响以及呼吸道感染降至最低。

　　相对湿度在40%至60%的范围同样也是人类感觉舒适的适度范围。湿度过高会使人觉得气闷，而湿度低于30%则会让人感觉干燥，皮肤皲裂，呼吸道不适以及情感上的不快。

　　高湿度实际上减小了洁净室表面的静电荷积累──这是人们希望的结果。较低的湿度比较适合电荷的积累并成为潜在的具有破坏性的静电释放源。当相对湿度超过50%时，静电荷开始迅速消散，但是当相对湿度小于30%时，它们可以在绝缘体或者未接地的表面上持续存在很长一段时间。

　　相对湿度在35%到40%之间可以作为一个令人满意的折中，半导体洁净室一般都使用额外的控制装置以限制静电荷的积累。

　　很多化学反应的速度，包括腐蚀过程，将随着相对湿度的增高而加快。所有暴露在洁净室周围空气中的表面都很快地被覆盖上至少一层单分子层的水。当这些表面是由可以与水反应的薄金属涂层组成时，高湿度可以使反应加速。幸运的是，一些金属，例如铝，可以与水形成一层保护型的氧化物，并阻止进一步的氧化反应;但另一种情况是，例如氧化铜，是不具有保护能力的，因此，在高湿度的环境中，铜制表面更容易受到腐蚀。

　　此外，在高的相对湿度环境下，由于水分的吸收，使烘烤循环后光刻胶膨胀加重。光刻胶附着力同样也可以受到较高的相对湿度的负面影响;较低的相对湿度(约30%)使光刻胶附着更加容易，甚至不需要聚合改性剂。

　　在半导体洁净室中控制相对湿度不是随意的。但是，随着时间的变化，最好回顾一下常见的被普遍接受的实践的原因和基础。

　　二、半导体洁净室装修建造造价

　　复杂设计施工与高建造费用电子芯片洁净车间有着严格的洁净度要求，可想而知，其设计施工也是相当复杂的。此外，洁净度越高，建造费用也越高。例如100级(FS 209)单向流洁净室，仅室内装修与空调洁净系统的建造费用为10000元/㎡。再加上消防、三废、供配电和自控系统，建造费用更是高达25000元-30000元/㎡。

　　当完成电子芯片洁净车间的建造后，还要经过三方面的验收，即：空态验收、静态验收、动态验收，只有完成验收才能投入日常使用。因此，面临巨大的技术风险，以及后续运行、维护和调试、检测的压力。

　　三、半导体芯片厂房洁净室环境技术空调系统设计

　　以位于上海半导体生产厂房为例，谈谈半导体芯片厂房洁净室环境技术空调系统设计。3层丙类多层厂房，建筑高度18.80米，功能布局为丙类生产车间及生产辅房。

　　1、洁净室空调系统设计

　　本工程空调设计主要包括区域一般空调通风、净化空调系统、防排烟系统、工艺排气系统等。洁净室主要位于生产厂房的二层部分区域及三层实验室区域。洁净室空调系统的室外设计参数如下表所示：

　　本工程洁净室的空调系统形式采用FFU(FanFilter Unit 风机过滤单元)+DCC(DryCooling Coil 干冷却盘管)+MAU(MakeupAir Unit集中新风机组)的系统形式;气流组织形式为顶送下回，干盘管位于吊顶上方。洁净空调原理图如图1所示。

　　MAU机组设置在三层空调机房。MAU规格为95000CMH，4台(三用一备)。新风空调机组由进风段、G4板式初效过滤段、F8袋式中效过滤段、预热盘管段(38/32℃)、预冷段(6/13℃)、RO水喷淋水洗加湿段、低温冷冻水表冷段(6/13℃)、再热盘管段(38/32℃)、风机段、化学过滤器段、化学过滤段、F9中效过滤段、H14高效过滤段、出风段以及相关的检修功能段组成。空调机组段位图如图1所示：

　　FFU满布率：ISO3级区域为100%;其余区域根据净化级别为25～75%。洁净区所用的新风(MAU)系统，通过初、中效过滤、冷却除湿、过滤或加热、水洗加湿过滤以洁净之新风补充洁净室内工艺排风和维持正压为目的，以恒定的温度和湿度参数送风，从而保证室内个参数在设定值。

　　2、空调自控系统设计

　　在各系统运转数据的收集与分析上，自动控制系统可以取代大量人力，还可以提供系统偏离设计值的早期预警，并将分析整理过的信息传送到工程师与主管作为系统管理的依据。FFU(FanFilter Unit 风机过滤单元)+DCC(DryCooling Coil 干冷却盘管)+MAU(MakeupAir Unit集中新风机组)空调组成形式主要通过MAU(MakeupAir Unit集中新风机组)来控制洁净室的湿度，通过DCC(DryCooling Coil 干冷却盘管)来控制洁净室的温度。P&ID-新风机组控制原理图如图2所示，P&ID-洁净室控制原理图如图3所示，洁净室空调自动控制原理如下：

　　(1)MAU机组进出口处均安装电动密闭阀，电动密闭阀与MAU送风机联动，开启时先开阀门再开风机，关闭时顺序相反。本项目业主要求在MAU机组入口和出口处均安装电动密闭阀，笔者认为入口电动密闭阀的主要目的是关机后防止新风侵入损坏冷盘，出口处安装电动密闭阀的主要目的是防止某台机组不运行而其他机组运行时新风通过集管倒灌，故在设计中可只在MAU机组入口处安装电动密闭阀，出口处可用逆止阀取代电动密闭阀。

　　(2)MAU机组各级过滤器设压差开关，报警值初中效：350Pa，中效：250Pa，高效：500Pa，化学过滤器段：200Pa，当压力超过设定值时报警，提示清洗或更换。笔者设计时，在MAU风机段也曾设置压差开关，主要目的是实现风机无风断电保护，业主要求取消该压差开关，原因是：在工程一期的使用过程中，类似功能的压差开关在风机关闭时曾出现过误报警，且误报警在不同区域均有发生。在常规的设计中，无风断电保护均会配置，且有部分业主会指定配置无风断电保护，笔者认为该工程一期经常出现误报警是因为程序设计不合理，专业自控厂家在程序设计过程中，不能孤立的判断压差开关的报警信号，应结合送风机的运行状态，判定有效报警信号，当风机运行过程中出现报警信号时，报警视为有效，当风机关闭时报警信号视为无效信号。

　　(3)温湿度控制：冬季：根据预热盘管后安装温湿度变送器控制预热盘管电动调节阀开度，保证预热后焓值在设定值;再经过水洗喷淋段(水洗喷淋段自带控制)进行水洗加湿，保证送风含湿量在设定值，再根据送风温度调节再热盘管电动调节阀开度，保证送风温度在设定值。夏季：根据预冷盘管后安装温湿度变送器控制预冷盘管电动调节阀开度，保证预冷后焓值在设定值;再经过水洗喷淋段(水洗喷淋段自带控制)进行水洗;据送风湿度控制再冷盘管电动调节阀开度，保证送风含湿量在设定值;再根据送风温度调节再热盘管电动调节阀开度，保证送风温度在设定值。过渡季节：根据预冷盘管后安装温湿度变送器控制预冷盘管电动调节阀开度，保证预冷后焓值在设定值;再经过水洗喷淋段(水洗喷淋段自带控制)进行水洗加湿，保证送风含湿量在设定值;再根据送风温度调节再热盘管电动调节阀开度，保证送风温度在设定值。洁净室设置温湿度变送器，监测室内温湿度，在各个季节根据洁净室度调节DCC盘管阀门开度，保证房间温度在设定值。

　　(4)水洗喷淋控制(喷淋室自带就地控制盘)：喷淋用水箱设置电导率探头，当电导率超标时，报警，排水。水箱设液位报警，当低于下限时，报警，关闭排水阀。水箱超低液位联锁关闭喷淋循环泵。

　　(5)送风集管设置压力传感器，监测送风压力，根据送风压力调节送风机变频运行。

　　(6)洁净室设置压力变送器，至各洁净区送风支管安装电动调节阀，根据房间压力，调节各个送风支管电动调节阀开度保证房间压力在设定值。

　　(7)FFU设置压差开关设置压差开关，压力高于设定值报警。

　　3、结语

　　本文结合某半导体厂房洁净室空调设计从设计的角度扼要介绍了FFU(FanFilter Unit 风机过滤单元)+DCC(DryCooling Coil 干冷却盘管)+MAU(MakeupAir Unit集中新风机组)的空调组成形式，阐述了该组成形式的主要控制原理，并分析比较了设计过程中出现的部分问题，具体控制功能的實现还需通过专业的自控厂家深化实现。