半导体厂房净化空调系统设计与应用探析

摘要：半导体产业是当今电子信息工业的中心，其制造工艺对环保有着极其严格的要求。半导体厂房的温度、湿度、洁净度等因素对半导体制品的质量和良品率有很大的影响。净化空调系统是保证半导体生产厂房环境质量的重要装置，其合理的设计与应用非常重要。因此，深入研究半导体厂房净化空调系统的设计与应用具有重要的现实意义。

关键词：半导体厂房；净化空调；系统；应用

Abstract: The semiconductor industry is the center of today's electronic information industry, and its manufacturing process has extremely strict requirements for environmental protection. The temperature, humidity, cleanliness, and other factors in semiconductor factories have a significant impact on the quality and yield of semiconductor products. The purification air conditioning system is an important device to ensure the environmental quality of semiconductor production plants, and its reasonable design and application are very important. Therefore, in-depth research on the design and application of purification air conditioning systems in semiconductor factories has important practical significance.

Keywords: semiconductor factory building; Purification air conditioning; System; application

半导体厂房的空气净化系统是确保生产、封装、测试等工作正常进行的关键设备。由于系统比较复杂，采用不同的装置组合方式，其控制效果也会有所不同。此外，该系统具有较大的风量和较高的风压，在长时间的运行中，其能量消耗也比较大。因此，本篇文章就对半导体厂房净化空调系统设计与应用进行分析，保障半导体净化空调系统正常运行。

一、半导体厂房净化空调系统概述

半导体厂房净化空调系统（如图1）是保障半导体生产环境的关键设施。

在半导体制造过程中，对生产环境洁净度、温湿度以及气流分布等参数有较高的要求，而净化空调系统就是满足这些需求的核心。从功能上来说，净化空调系统不仅要对空气中的尘埃粒子进行过滤，要求气体达到规定的洁净等级，同时还应对室内的温度和湿度进行精确控制。此外，气流分布也十分重要，合理的气流组织能够对生产过程中产生的污染物进行有效排除，避免其在室内进行累积，在设计过程中应对厂房的布局，生产工艺特点以及未来发展需求进行综合考虑。针对光刻区，蚀刻区等不同生产区域应对环境参数进行合理设计。此外，还应重视系统的可靠性和节能性，通过利用高效的过滤设备，节能的制冷制热技术，从而，保障环境质量的同时，还能够降低运行成本。在应用过程中，净化空调系统应进行定期维护和监测，从而确保净化系统的稳定运行，从而为半导体生产提供持续的环境保障[1]。

图1：半导体厂房净化空调系统

二、半导体厂房净化空调系统设计要点

 （一）负荷计算

在半导体厂房空气净化与空调系统的设计中，负荷的计算是一个重要的基础，精确的计算可以保证整个系统能够符合厂房的实际需要。在半导体制造过程中，由于设备发热较高，过程对环境有较高的要求，所以需要综合考虑各种负荷因素。首先是对墙体的荷载，要根据建筑区域的气候条件、建材和朝向等因素，准确地计算从墙体、屋面、门窗等进入或流出的热。其次是设备的散热负荷，由于半导体制造设备的功率有很大的差别，因此需要对设备的数量、功率及运行时间进行精确地计算。同时，也要考虑到人员的散热、散湿，这是要考虑到厂房里的人数和工作强度。另外，也要算入由照明系统所产生的热量。通过对其进行科学、合理的负荷计算，可以为选择合适的空调设备提供精确的参考，从而使其不至于因设备能力过大而浪费，也不会因容量过小而不能适应生产环境的需要。

 （二）气流组织设计

在半导体厂房中，合理的气流组织设计也非常重要，通过合理的气流组织设计，能够对室内尘埃和温度分布进行有效控制，一般采用上送下排或侧送侧排的方法，上送下排作为常见的形式，主要起到清洁空气的作用，将清洁空气从天花板进行高效过滤器送出，以均匀的速度下向下流动，将尘埃和污染物带至地面的回风口排出，形成单向流，从而使尘埃在工作区域停留时间得到有效减少。而侧送侧排适用于一些空间分布较为特殊的厂房中，空气从侧面的送风口进行送入，在室内形成气流路径后，从另一侧的回风口排除在对气流组织设计的过程中，应对送风口和回风口的位置数量以及尺寸进行综合考虑，保障气流分布均匀，避免出现气流死角和涡流[2]。

（三）空气过滤设计

因为半导体生产对尘埃颗粒特别敏感所以需要多级过滤系统，初效过滤器主要用于过滤较大颗粒像灰尘毛发等可延长中效和高效过滤器使用寿命，中效过滤器进一步过滤较小颗粒能有效去除大部分悬浮颗粒物，高效过滤器是过滤系统核心能过滤掉粒径极小尘埃颗粒确保进入厂房空气达规定洁净度等级，选择过滤器时要依据厂房洁净度要求风量和过滤效率等因素综合考虑，要定期对过滤器进行检查和更换以保证过滤效果，此外还需设置过滤器监测装置实时监控过滤器运行状态当过滤器阻力达一定值时及时更换确保空气过滤系统稳定运行

（四）温湿度控制设计

由于半导体制造工艺对温度和湿度的需求各不相同，所以对温度和湿度的控制提出了更高的要求。在温度控制上，应依据负荷计算的结果，选用适当的供冷、供热装置。使用高精度的温度传感器对房间内的温度进行实时监控，同时对空调的操作进行自动调整，保证房间内的温度不会受到太大的影响。在湿度的控制上，应结合厂房的具体条件，选用适当的增加加湿和除湿设备。在室内湿度较低时，可以用加湿器来提高室内的湿度；在湿度大的情况下，可以使用除湿机进行降温。此外，还应对空气处理过程中温湿度的变化进行综合考虑，对制冷，制热，加湿和除湿的顺序和比例进行合理配置，并且还应设置温湿度报警装置，当温湿度超出设定范围时，要及时发出警报，便于工作人员采取措施进行有效调整[3]。

三、半导体厂房净化空调系统具体应用

（一）空气过滤

净化空调系统采用多阶段的空气过滤，以保证进入厂房的空气符合要求。初效过滤器适用于对大颗粒物料如粉尘、头发等进行过滤，能有效地延长后续中、高效率过滤器的使用年限。中效过滤器能更好地过滤细小颗粒，降低过滤器的负荷。而高效过滤器则是整个过滤系统的核心，它能够过滤掉直径极小的尘埃颗粒，甚至是微生物和病毒。在运行过程中，空气先经过初效过滤器去除大部分的大颗粒污染物，再进入中效过滤器进行二次过滤，使空气得到进一步的净化。最后，空气通过高效过滤器达到较高的洁净度要求后，被送入厂房。另外，为了使过滤效果稳定性得到有效保障，应定期对过滤器进行检查和更换，通过多级空气过滤方式使净化空调系统能够为半导体制造领域提供洁净的生产环境，从而保障半导体产品的质量[4]。

（二）温湿度控制

在温度控制中净化空调系统，利用先进的制冷和制热设备，根据厂房内的温度进行实时调整。制冷设备利用压缩机进行制冷循环，将冷媒的热量传递到室外，降低室内温度。制热设备通过使用电加热或热水加热的方法，使室内温度得到有效提升，同时净化空调系统，还配有高精度的温度传感器，能够对室内温度情况进行实时监测，并将相关数据反馈到控制系统中，保障温度控制在规定的范围之内。在温度控制中净化空调系统，利用加湿器和除湿器来对室内的湿度进行合理调整。当室内湿度较低时，加湿器会向空气中喷洒水雾，增加空气湿度。当室内湿度较高时，除湿器会利用冷凝的方法，将空气中的水分进行有效去除，降低空气中的湿度。并且，净化空调系统中也同样配置了湿度传感器，对室内湿度进行实时监测，通过有效的温湿度控制，使净化空调系统能够为半导体制造领域提供稳定的生产环境[5]。温湿度控制流程如表1所示。

表1：温湿度控制流程表

（三）气流组织

良好的空气流动结构能使厂房空气中的污染物得到有效地排出，并使厂房空气质量得到较好地控制。在空气净化处理中，常用的空气分布形式有竖直单向流、水平单向流、扰流等。所谓竖直单向流动，就是在厂房的上部安装高效率过滤器，使空气在厂房内以一种均匀的方向流动。这样的送风方法能使作业区内的污染物迅速排出，确保作业区的清洁。而水平方向的单向流动，是指在厂房的一端，由一台高性能过滤器向另一台机器上均匀地流过，从而产生一种横向的、单向的气流。该方法适合于某些对洁净要求严格的狭长型厂房。乱流是指厂房内部的气流无规律地流动，通过不断地搅拌、稀释，达到减少污染物浓度的目的。该布风方法适合对洁净度要求不高的场合。在实际操作中，应根据厂房平面布置、生产工艺要求及清洁程度等因素，选用适当的气流组织方法。通过合理的气流组织，使净化空调系统能够有效保障半导体制造过程中的环境质量[6]。

结论：

总之，半导体厂房净化空调系统的设计与应用对半导体产品的质量和生产效率有直接影响，因此，通过合理的负荷计算、气流组织设计、空气过滤设计以及温湿度控制设计的选型，建立出符合标准要求的净化空调系统。在未来，随着半导体技术的不断发展，净化空调系统也将不断完善和创新，从而确保半导体领域可持续发展。

参考文献：

[1]周舜.浅谈半导体厂房洁净室的设计要素[J].中国建筑装饰装修,2025,(09):62-64.

[2]刘辉.工业半导体厂房净化空调系统设计与应用研究[J].电子产品世界,2024,31(03):44-47+55.

[3]李华新,周瑞东.高精度半导体厂房暖通空调系统浅析[J].暖通空调,2022,52(S2):241-245.

[4]董学鑫.半导体厂房空调系统节能研究[J].价值工程,2020,39(15):233-234.

[5]刘沥.某半导体厂房洁净室空调系统设计[J].科技风,2019,(26):5-6.

[6]吕纯.半导体厂房空调、净化系统设计探讨[J].工程技术研究,2017,(01):216+