启闳半导体科技（江苏）有限公司QiHong Semicon TECHNOLOGY (JIANGSU) CO.,LTD
洁净室的洁净度能否维持在要求之规范内，空调系统扮演了主要的角色，其除了必须满足产品需求的温湿度条件外，对作业人员的舒适度需求和室内洁净度等亦均必须考虑，其他像能源消耗、防震和噪音之控制亦不可疏忽。洁净室用空调与一般办公室等所用之空调系统，有甚多之差异和特征，如下所述：
1.温湿度要求比一般比空调严谨和低：一般空调系统温度要求范围25~28°C间，相对湿度55~70%；而洁净室空调则分别为22~23°C和40～45％。
2.对送出的空气品质要求较严格：一般空调除了温湿度要求规范比洁净室空调较具弹性外，在微尘粒子之过滤和数量控制及Na＋离子之处理，洁净室空调比一般空调之考虑严格许多。
3.恒温恒湿之控制：申于高科技产品于生产时部份制程对温、湿度之变化值极敏感，故在洁净室中部份区域之空调须控制在士0.1°C和士1%RH的范围内。
4.全外气使用和换气次数高：在高科技厂之大多数产品，其制程均须使用大量的化学品和毒气，而这些化学品和气体所产生的挥发气与废气必须予以全数排除，故其排气量相当大，尤其是在化学工作站（Chemical Station）更甚，加上一般在其空气系统因混有上述所谈之挥发气，故PH值均偏酸性，故为维持空气之品质和安全，空调系统均不回风，而全以外界新鲜空气补充入系统中，故换气次数相对增加，如此方能符合洁净室温、湿度及洁净度等级之要求。至于一般的封装测试厂和液晶模组厂，因无使用化学品或少量使用，故尚可规划设计回风系统至送气空调箱再处理供应至现场使用。
5.空调系统 24小时运转：高科技厂由于产品过程不能中断和部份制程设备对温湿度要求变化相当敏感，如步进曝光机（Stepper）、显影机等光学仪器，些微的温、湿度变化均会造成设备的精准度偏差，造成产品的良率降低，另外晶片或面板等产品也必须放在定温、定湿的环境下，故空调系统是24小时运转供应，除了年度维修或电力公司停电因素外，可说全年无休，而一般空调则可视工作人员的上班状况机动调整，因此高科技厂之空调负荷比一般空调来得高，约为4～5倍。
6.气流分布需均匀：洁净室空调为了带走洁净室内所产生的微尘粒子，以维持洁净度，除了气流速度须达一定之要求标准外，气流的形状也必须依不同的洁净室等级而加以适当的控制维持。
7.运转成本相当高：由于空调系统采全外气供应，外气负荷相对增加，空气交换次数又高，循环风量也大，加上又是24小时运转供应，故在以上之各项因素总加成之后，其空调运转费用因而水涨船高，不只是初期的设备投资成本高，日后的运转及维护成本也相当高。
除了以上的特性外，洁净室之空调须与不同洁净等级的邻室维持适当的压差，送风温度与室内温度差距小等均其特性。图1-60（a）、（b）为洁净室空调与一般空调之比较图，表1-40为二者之差异。
洁净室空调系统若于初期设计时，未有周详之考量，将会造成控制和运转上的问题，例如系统运转容量计算，建筑物本身的绝热效果，温湿度控制系统和废热的能源回收等，为使空调系统在洁净室中能发挥最大功能，因此必须考量以下系统的各项因素：
1.冰水主机：如水量平衡、耗电率、冷媒、震动值、维护性、节能控制、和噪音值等。
2.冷却水塔：耗电量、蒸发耗水率、维护成本、震动值和运转噪音等。
3.循环水泵：水量平衡、热传导性、耗电量、扬程和供应压力以及节能控制等。
4.空调箱：水量和风量之平衡、热传导性、泄漏性、噪音值、维护性以及微尘粒子去除率等。
5.风扇过滤器组（FFU）：风量均匀性，出速度，震动值、耗电量、维护性、节能控制和静压值等。
除此之外，为因应洁净室空调系统之特性，故在系统材料等方面之选用上可做以下之各项改善：
1.电气系统：采用高效率之马达和电子式启动之照明灯具。
2.洁净室空间之缩小：在不影响制程需求的情况下，若能缩小洁净室之空间，不但可降低洁净室之建造成本，也可节省相当大之热负荷和空调负载容量。
3.洁净室空调滤网材料之选择：选用低压降之过滤网可减少运转能源的浪费，同时定期且适时的更换滤网亦是所必需。
4.合适的温湿度规范：依使用条件之不同而区分之不同区域和不同洁净室等级而规范适当的温、湿度，免于过度或不足的设计。
5.局部排热设计：针对部份特殊机台，尤其是高散热源者，探取排热的设计，如扩散炉管，测试设备、烤炉等，以节省空调容量及避免干扰室内之温、湿度与气流。
6.冰水主机或泵浦等须有备用机台：建厂设计之初，勿因为了节省初期的购置成本，而采取单一或满载之机台设计，避免当运转机台出状况时，影响整个系统之运作，故宣探用100%× 2台或50%× 3台之设计方式，令其中之一台做为备用。
7.利用季节外气低温之特性：冬天时一般外气温度均低于室内空气，此时可考虑利用此特性，以降低冰水主机之负载，唯在晶圆和薄膜液晶厂因已使用全外气，故此特性已实含在设计中。
8.检讨洁净室排气系统之利用：洁净室所排之废气温度均相当低，一般约在 22〜24°C之间，故利用热交换器将排气与外气进行热交换，降低进气温度，以节省冰水管排的负载。唯因所排废气大部是属于偏酸性或具毒性，因此在热交换器材质之选用和安全方面，必须特别注意。
9.洁净室内显热能源的利用：利用制程所生热量，而降低新鲜空调之送气温度，以减低热水锅炉热水和冷干盘（Dry Coil）之冰水负荷，是另一改善重点，此改善若控制良好，将可获得相当大之省能效益。至于储冰式空调，基本上在洁净室的空调系统中并无法派上用场，原因为其日、夜的负载差异有限，加上是24小时运转供应，已利用到离峰电力之优惠价格。
洁净室空调系统之设计原则，除了一般空调系统设计时所注意的事项和原则外，对于建厂地区的空气品质如空气中含Na+离子量，NOx量，SOx量和单位体积中微尘粒子数目等资料；当地5～10年期间气候的变化资料，包括最高温、最低温，相对湿度之最高和最低值等，这些资料均可做为空调设计时外气资料的计算参考。
设计之前除了前所提及的空气品质和外气气候条件外，对相关资料之收集如业主意见与需求，投资预算值、生产流程、设备使用率和制程设备相关厂务需求资料，洁净室规模，电力供应状态、洁净室等级和温湿度要求等均纳入考虑条件。另一方面洁净室周围环境、排气量、外气需要量和内部空气循环量，空调箱方式，改建的可能弹性度及气流方式，热源分析计算和运转成本高低等均应纳入设计的考虑原则内。
1.洁净室周围环境：送气空调箱进气口位置是东照或西晒，迎风面或背风面和隔邻地是否有排放废气、烟雾等污染来源之工厂。
2.生产制程布置：制程区域设备的布置方式和洁净度等级之需求水准先行确定，再依各负荷量设计空调系统，避免闭门造车，造成误差及损失。
3.气流方式：合宜的气流，不只可满足洁净室内洁净度的需求，也可节省不必要的空调浪费。
4. 排气量之控制：在采用全外气的半导体和液晶显示器厂，若能在制程上稍作改善，或是对排气系统的设计稍做计算调整及控制，将可降低不少之负荷。
5.制程设备发热体计算掌握：针对室内发热体的运转状态确实掌握，方能设计足够的空请风量以满足需求。计算之步骤为：
（1） 详列相关数据。
（2） 计算外气需要量。
（3）计算室内空气循环量。
（4） 验算洁净度。
（5）负荷计算。
（6）决定空调箱之风量。
（7） 空气线图之分析。
空气循环量之计算：洁净室温、湿度及微尘粒子的控制，完全掌握在空气循环，故循环量之计算乃为重点之一，其计算方式有三：
（1） 空气交换次数。
（2） 气流速度。
（3） 过滤器之面积。
① 依空气换气次数计算： Qc= V× N
式中：
Qc：室内空气循环量（M3/hr）
V：室内体积（M3）
N：换气数（次/hr）
② 依气流速度计算：
Qv=V× A
式中
Qv：室内空气循环量（M3/hr）
v：气流速度（M/hr）
A：房间面积（M2 ）
就Qc和Qv二者之中取最大值即是选取适当的空气环量之原则。
外气需要量计量：前已提及大部洁净室空调是以全外气供应，而外气需要量的多寡受如下之因素所影响：
（1） 制程排气量。
（2） 间隙外泄量。
（3） 开门外泄量。
（4） 健康要求量，其计算公式如下所示。
① 以排气量为主：
Q1≥QE+Qpp+QL
Q1：外气风量（M3/hr）
QE：制程设备排气量（依制程需求而定）（M3/hr）
Qpp：正压量（M3/hr）
QL：泄漏量（M3/hr）
②以健康要求量为主：
Q2 = Mx q
Q2：外气需要量（M3/hr）
M：人数（空间预定人数）
q：健康需求量，一般约40M3/hr．人
实际的外气需求量是取Q1和Q2中之最大值者为准。除此之外，如下之经验公式，亦可作为外气要量之参考，即
正压量（Qpp）＋泄漏量（QL）=10%排气量（QE），故外气需要量排气量+10%排气量=8~10%循环风量。
8.空调箱（Air Handling Unit）之选择：设计及选择适当之空调箱组合，将可收系统运转的良好效果，一般洁净室常用的空调箱系统组合如图1-61所示。图1-62及1-63，分别为二种不同架构的洁净室新鲜空气空调箱与具回风之循环风扇的组合模式。而图1-64则为洁净室等10,000级所常见的空调风管分布图，由此图中可看出，此间洁净室具备有回风系统。
