隨著集成電路制造技術(shù)的飛速發(fā)展，對生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度要求日益嚴(yán)苛。FFU(Fan Filter Unit，風(fēng)機(jī)過濾單元)作為潔凈廠房中關(guān)鍵的空氣凈化設(shè)備，其設(shè)計(jì)方案直接影響到廠房的潔凈度、能耗、運(yùn)行穩(wěn)定性等重要指標(biāo)。本文將詳細(xì)介紹一種適用于集成電路潔凈廠房的 FFU 設(shè)計(jì)方案。

一、集成電路潔凈廠房特點(diǎn)及對 FFU 要求

集成電路制造過程對微塵顆粒極為敏感，哪怕是極其微小的塵埃顆粒都可能導(dǎo)致芯片短路、性能下降等嚴(yán)重問題。因此，潔凈廠房需要保持極高的潔凈度等級，通常要求達(dá)到 ISO 3 - ISO 5 級甚至更高。這就要求 FFU 具備高效的空氣過濾能力，能夠有效去除空氣中的塵埃粒子，一般采用 HEPA(High Efficiency Particulate Air)或 ULPA(Ultra Low Penetration Air)過濾器，對 0.1 - 0.5μm 的微粒過濾效率達(dá)到 99.99% - 99.9995% 以上。

同時(shí)，集成電路生產(chǎn)設(shè)備布局復(fù)雜且對氣流穩(wěn)定性要求高，F(xiàn)FU 需提供均勻穩(wěn)定的送風(fēng)氣流，以避免氣流紊亂造成潔凈度的局部波動或污染物的積聚。此外，為了降低運(yùn)營成本，F(xiàn)FU 的能耗也需要得到有效控制，并且要具備可靠的運(yùn)行性能和易于維護(hù)的特點(diǎn)，以保障潔凈廠房的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

二、FFU 設(shè)計(jì)方案

(一)FFU 選型

根據(jù)潔凈廠房的潔凈度等級要求和空間布局，選擇合適規(guī)格和性能的 FFU?？紤]到集成電路生產(chǎn)工藝的多樣性和靈活性，F(xiàn)FU 應(yīng)具備一定的風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍，一般可通過變頻器或多檔調(diào)速電機(jī)實(shí)現(xiàn)。例如，對于大面積的潔凈區(qū)域，可選用大風(fēng)量(如 1500 - 2500m3/h)的 FFU，以減少設(shè)備數(shù)量和安裝成本;而在局部高潔凈度要求或設(shè)備布局緊湊的區(qū)域，則可選用小風(fēng)量(如 500 - 1000m3/h)且性能更優(yōu)的 FFU。

在過濾器選型方面，根據(jù)潔凈度等級確定 HEPA 或 ULPA 過濾器的等級。如 ISO 5 級潔凈室可選用 H13 級 HEPA 過濾器，而對于 ISO 3 級潔凈室則需采用 U15 - U17 級 ULPA 過濾器。過濾器的尺寸應(yīng)與 FFU 相匹配，且要保證安裝的密封性，防止空氣泄漏。

(二)FFU 布局設(shè)計(jì)

FFU 的布局應(yīng)結(jié)合潔凈廠房的工藝布局和氣流組織要求進(jìn)行規(guī)劃。常見的布局方式有滿布型和局部集中型。滿布型布局是將 FFU 均勻布置在潔凈室的天花板上，形成全面均勻的送風(fēng)氣流，適用于對潔凈度均勻性要求極高的區(qū)域，如芯片制造的光刻、刻蝕等關(guān)鍵工藝區(qū)域。局部集中型布局則是根據(jù)設(shè)備的分布和工藝需求，將 FFU 集中布置在特定區(qū)域，如設(shè)備上方或工藝產(chǎn)生污染物較多的區(qū)域，這種布局可以在滿足局部高潔凈度要求的同時(shí)，降低設(shè)備成本和能耗。

在確定 FFU 布局時(shí)，還需考慮送回風(fēng)方式。一般采用上送下回或上送側(cè)回的氣流組織形式。上送下回方式可使?jié)崈艨諝庾陨隙戮鶆蚋采w整個潔凈區(qū)域，有利于污染物的排出;上送側(cè)回則在一些空間受限或工藝特殊的場合較為適用。為了保證氣流的均勻性，F(xiàn)FU 之間的間距應(yīng)根據(jù)其風(fēng)量、風(fēng)速以及潔凈室的高度等因素進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，通常間距在 1.2 - 2.4 米之間。

(三)FFU 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

風(fēng)速控制

為了確保潔凈室的潔凈度穩(wěn)定，F(xiàn)FU 的風(fēng)速需保持恒定。通過安裝風(fēng)速傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測 FFU 的出風(fēng)風(fēng)速，并將信號反饋至控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)設(shè)定的風(fēng)速值與實(shí)際風(fēng)速的偏差，自動調(diào)節(jié) FFU 電機(jī)的轉(zhuǎn)速或變頻器的輸出頻率，從而實(shí)現(xiàn)精確的風(fēng)速控制。風(fēng)速的設(shè)定值應(yīng)根據(jù)潔凈度等級和工藝要求確定，一般在 0.3 - 0.5m/s 之間。

壓差控制

潔凈廠房內(nèi)不同區(qū)域之間通常需要保持一定的壓差，以防止污染物的擴(kuò)散。在 FFU 控制系統(tǒng)中集成壓差傳感器，監(jiān)測相鄰區(qū)域或潔凈室與外界的壓差。當(dāng)壓差偏離設(shè)定范圍時(shí)，控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié) FFU 的送風(fēng)量或相關(guān)風(fēng)閥的開度來調(diào)整壓差。例如，當(dāng)潔凈室與外界壓差過低時(shí)，增加 FFU 的送風(fēng)量，提高室內(nèi)正壓;反之，則減少送風(fēng)量。

遠(yuǎn)程監(jiān)控與報(bào)警功能

FFU 控制系統(tǒng)應(yīng)具備遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將 FFU 的運(yùn)行狀態(tài)(如風(fēng)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、過濾器壓差等)傳輸至中央監(jiān)控室。操作人員可以在監(jiān)控室實(shí)時(shí)查看 FFU 的運(yùn)行參數(shù)，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和調(diào)整。同時(shí)，當(dāng) FFU 出現(xiàn)故障(如電機(jī)過載、過濾器堵塞、風(fēng)速異常等)時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)立即發(fā)出報(bào)警信號，通知維護(hù)人員及時(shí)處理，以保障潔凈廠房的正常運(yùn)行。

(四)FFU 節(jié)能設(shè)計(jì)

采用高效節(jié)能電機(jī)

選用高效率、低能耗的電機(jī)作為 FFU 的動力源，如永磁同步電機(jī)或無刷直流電機(jī)。這些電機(jī)相比傳統(tǒng)的交流異步電機(jī)具有更高的效率，可有效降低 FFU 的運(yùn)行能耗。例如，永磁同步電機(jī)的效率可達(dá)到 90% 以上，相比同功率的交流異步電機(jī)可節(jié)能 20% - 30%。

智能調(diào)速控制

根據(jù)潔凈室的實(shí)際使用情況和工藝需求，采用智能調(diào)速控制策略。在非生產(chǎn)時(shí)段或潔凈度要求較低的時(shí)段，自動降低 FFU 的轉(zhuǎn)速，減少送風(fēng)量，從而降低能耗。例如，在設(shè)備維護(hù)或夜間停產(chǎn)期間，可將 FFU 的轉(zhuǎn)速降低至額定轉(zhuǎn)速的 30% - 50%，實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)能效果。

能量回收技術(shù)

在 FFU 的排風(fēng)系統(tǒng)中引入能量回收裝置，如熱交換器或轉(zhuǎn)輪式能量回收器。通過回收排風(fēng)中的熱量或冷量，對新風(fēng)進(jìn)行預(yù)處理，減少空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷，進(jìn)一步降低能耗。例如，采用熱交換效率為 60% - 70% 的熱交換器，可回收排風(fēng)中大部分的熱量，降低空調(diào)系統(tǒng)的加熱能耗。

三、FFU 安裝與維護(hù)

(一)安裝要點(diǎn)

FFU 的安裝應(yīng)在潔凈廠房的裝修工程基本完成后進(jìn)行，避免施工過程中的灰塵污染。在安裝前，需對天花板的安裝平面進(jìn)行平整度檢查和清潔處理，確保 FFU 安裝后與天花板之間的密封性良好。

根據(jù)設(shè)計(jì)布局，將 FFU 逐一安裝在天花板的預(yù)留安裝孔位上，并使用專用的安裝支架和螺栓進(jìn)行固定。安裝過程中要注意 FFU 的水平度和垂直度，偏差應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)，一般水平度偏差不超過 ±1mm/m，垂直度偏差不超過 ±0.5mm/m。

在 FFU 與過濾器的安裝過程中，要嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行，確保過濾器的安裝方向正確且密封良好。過濾器的更換應(yīng)在潔凈環(huán)境下進(jìn)行，避免更換過程中引入新的污染物。

(二)維護(hù)措施

定期檢查 FFU 的運(yùn)行狀態(tài)，包括電機(jī)的運(yùn)行聲音、振動情況、風(fēng)速、過濾器壓差等參數(shù)。根據(jù)過濾器壓差的變化情況，及時(shí)更換過濾器。一般當(dāng)過濾器壓差達(dá)到初始壓差的 1.5 - 2 倍時(shí)，應(yīng)更換過濾器，以保證 FFU 的過濾效率。

對 FFU 的電機(jī)和控制系統(tǒng)進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng)，如清潔電機(jī)外殼、檢查電機(jī)軸承潤滑情況、校準(zhǔn)風(fēng)速傳感器和壓差傳感器等。同時(shí)，要檢查電氣連接部位是否松動，確保電氣安全。

建立完善的 FFU 維護(hù)記錄檔案，記錄每次維護(hù)的時(shí)間、內(nèi)容、更換的零部件等信息，以便于追溯和分析 FFU 的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題并采取相應(yīng)的改進(jìn)措施。

綜上所述，針對集成電路潔凈廠房的特點(diǎn)和需求，本 FFU 設(shè)計(jì)方案從選型、布局、控制系統(tǒng)、節(jié)能設(shè)計(jì)以及安裝維護(hù)等方面進(jìn)行了全面的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。通過合理選擇 FFU 設(shè)備、優(yōu)化布局、精確控制以及采用節(jié)能技術(shù)，能夠有效保障潔凈廠房的潔凈度等級，提高生產(chǎn)效率，降低運(yùn)營成本，為集成電路制造提供一個穩(wěn)定可靠、高效節(jié)能的潔凈生產(chǎn)環(huán)境，滿足日益發(fā)展的集成電路制造工藝對生產(chǎn)環(huán)境的嚴(yán)格要求，推動集成電路產(chǎn)業(yè)的持續(xù)進(jìn)步。