一、局部高级别净化代替全面高级别净化
设计时应根据生产工艺对生产环境的实际要求,该高则高,该低则低。在允许的情况下尽量将高级别净化的加工空间控制在小区域范围内,尽量减少高净化级别面积,以局部高级别净化代替全面高级别净化,以降低初投资和运行费用。我国“洁净厂房设计规范GB50073-2001”中提供的“混合流”以及在集成电路芯片厂中推荐的“微环境”技术都是基于这一出发点。
(1) 混合流洁净室:所谓混合流洁净室就是将非单向流和单向流两种所流流型组合在一个洁净室内就构成了混合流。其特点就是洁净度要求严格的生产活动空间设计成高洁净级别的单向流.流型,而其他空间则采用洁净级别低的非单向流流型,这样即能满足产品对空气洁净度的要求又能降低造价和运行费。对于混合流洁净室而言就是整体.上是非单向流流型,仅仅在洁净度要求高的部位采用单向流流型。单向流四周可设软围挡或垂帘,也可不设。
(2) 微环境(SMIF) 技术:所谓微环境技术它是工艺设备、建筑装修、洁净技术与自动控制等学科有机结合的产物。它是将集成电路芯片加工封闭在多个高洁净度(0.1μm,1级),高精度温、湿度控制(温度精度+0.1℃,相对湿度精度+2%)的微环境小室之中,而这些微环境小室被包围在洁净度级别低(0.5pμm,1000级) 温、湿度精度低(温度精度+1℃,相对湿度精度+5%)的大环境之内并且与大环境相隔离。操作人员、支持系统和辅助设备全布置在大环境中,这样使芯片加工与作业人员和其他外界相隔离不受其影响。被加工的芯片密封在SMIF盒子中用机械手和自动传输系统按芯片加工顺序由一个微环境小室到另一个微环境小室,直到加工完毕。
微环境技术不仅保证芯片加工精度和质量而且大大地节省了初投资和运行费。国外的论文报导:与传统生产环境相比微环境洁净厂房的投资可节省40%;单单空气输送的费用可节省70%。
二、空气处理和空气输送方式
在高洁净级别的洁净厂房设计中,空气处理和空气输送方式大体可分为三类,即:空气集中处理集中输送方式,空气半集中处理半集中输送方式(海湾式、遂道式....和FFU加干盘管加新风机组方式。目前我国新建的微电子芯片厂,LCD厂等,尤其是日本、韩国和台湾等企业在我国新建的工厂中其大多数都采用FFU加干盘管加新风机组的方式。三种空气处理和输送方式各有其优缺点和实施的场合,具体采用哪一种方式,要根据项目的具体情况来确定。现本文仅就FFU加干盘管加新风机组的方式中新风机组、干盘管和FFU三者的功能和作用做论述。
(1)新风机组:新风机组的功能和作用就是对洁净厂房的新风进行处理和输送。一般情况下要将室外新风处理到室内参数机械露点L以下的L点。新风机组不仅承担新风本身的去湿工作而且还要将室内的产湿量负荷去除掉以确保洁净厂房的相对湿度。为确保洁净厂房内的相对湿度及其精度,用室内的相对湿度敏感元件控制新风机组中的去湿和加湿设备,并始终随室内的湿量负荷变化而变化。
(2)干盘管:干盘管的功能和作用是使FFU的循环空气通过降温以补充新风供冷的不足。为确保洁净厂房的温度和温度精度,用室内温度敏感元件来单控或群控通过干盘管的冷冻水量。循环空气通过干盘管的断面风速一般 为2~2.5m/s, 干盘管空气侧阻力大约为30~50Pa,为保证不产生结露现象干盘管的冷冻水进水水温T≥L2。一般进水温度取12℃或14℃。
(3) FFU (风机过滤器单元):FFU是洁净厂房的净化设备,它是由风机和高效过滤器(HEPA)或超高效过滤器(ULPA) 组成的标准单元设备,最常用的标准模数尺寸为1200~600mm,断面风速为0.3~0.45m/s。FFU的数量由洁净厂房的洁净度来决定。不同数量的FFU组合可实现1级、10级、100级等单向流洁净室,也可实现1000级、10000级等非单向流洁净室。1级、10级洁净室应采用超高效过滤器(ULPA)。为了节能,FFU风机的转数可调,断面风速可控制。
FFU加干盘管加新风机组方案,具有灵活性好,适应工艺的变更;负压密封简单可靠;节省空调机房面积;与传统集中送风相比初投资略低,运行费较省等优点。但该方案FFU数量多又布置在吊顶上,因而带来维护工作量大,噪声偏高等问题,因此在设计时要选择耗电量小、噪声低、性能稳定、寿命长的FFU。
三、空调和净化分离
为了减少空气热湿处理过程中的无效能耗(如再热等)和空气输送的能耗,在洁净厂房设计中往往将保证洁净厂房温、湿度的空气(10%左右)和保证室内洁净度的空气(90%左右)分开处理,被称作空调与净化的分离。一般负担室内温、湿度的部分空气要经过设在空调机房内的空气处理机(AHU)进行热湿处理达到设计参数后送到送风静压室内。而负担洁净度的部分空气就地附近循环,同时在送风静压室内与经空调器处理的部分空气混合再经过高效过滤器(HEPA) 或超高效过滤器(ULPA) 过滤后送到洁净厂房内。这样不仅节省了冷却和再热的无效能耗同时减少了.70%空气的输送能耗,另外还省掉了大约50- -80%的空调机房面积。FFU加干盘管加新风机组的方式也体现了这一设计思想。
四、加强室外新风和处理
微电子和光电子产品是高科技产品,产品对生产环境的温、湿度、洁净度、防静电、防微振等的要求极为严格,而且随着技术的不断发展和产品的更新换代,对生产环境会提出更.新更高的要求,在洁净度方面不仅对粒子径或粒子数提出了更高的要求,而且还要对给产品带来缺陷产生电阻率不均,腐蚀漏电,膜接触差等使成品率下降、性能变差的分子态的化学污染提出净化要求。这些污染有的来自作业人员,有的来自装修材料,但主要来自于室外空气的污染。因此为了提高产品的质量和成品率必须加强对新风的净化处理。
(1) 喷水法是较好的处理方法,就是在新风空调器中采用传统的喷水室。喷城市自来水和喷纯净水。采用喷水的方法对处理SOx、NOx、Na和Cl都有较好的效果,尤其是喷纯净水。
(2)采用化学过滤器和活性炭过滤器也是较好的方法:它们是利用物理吸附加上化学吸附的原理来处理低浓度分子态的化学污染物质。采用化学过滤器和活性炭过滤器的同时要考虑到它们的再生,还原和废弃处理等问题,不应产生二次污染。
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