基于MAU和DCC的半导体洁净室恒温恒湿控制系统和控制方法与流程

基于MAU和DCC的半导体洁净室恒温恒湿控制系统和控制方法与流程

　　本发明涉及半导体加工技术，尤其涉及一种基于mau和dcc的半导体洁净室恒温恒湿控制系统和控制方法。

　　背景技术：

　　半导体技术产品生产工序困难、复杂，并且其工艺生产设备先进、昂贵，对于其制造环境的参数，诸如、温度、相对湿度、压力、洁净度、气流流型等参数的要求控制在某个恒定的范围内，上述参数的稳定则是生产设备正常运转、高效率、高质量半导体产品持续运营的成功保障。

　　在上述参数控制中温度、相对湿度参数的控制尤为困难，通常洁净室要求温度控制在23℃、相对湿度45％，并保证一定的控制精度，但实际上由于温度、相对湿度之间存在一定的耦合现象，即在绝对含湿量不变的情况下，温度升高、相对湿度减少，而温度降低、相对湿度增加；基于此，在实施例中，采用以洁净室要求的温度、相对湿度计算出的露点温度为目标控制值，进而通过dcc干盘管实现温度的控制，避免由于两者耦合、过程精度控制不够严格带来处理过程中冷热量相互抵消的现象，造成能源的极大浪费。因此，亟需一种适用于半导体洁净室精确易控的恒温恒湿系统义。

　　技术实现要素：

　　为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于mau和dcc的半导体洁净室恒温恒湿控制系统和控制方法，其能解决上述问题。

　　一种基于mau和dcc的半导体洁净室恒温恒湿控制系统，控制系统包括mau室外新风湿度处理单元、dcc室内回风温度处理单元以及中控单元，所述mau室外新风湿度处理单元和dcc室内回风温度处理单元与所述中控单元双向电讯连接，其中mau室外新风湿度处理单元包括依次设置的初效过滤段、前中效过滤段、预热段、第一表冷段、加湿段、第二表冷段、再热段、风机段、后中效过滤段和高效过滤段，并在所述mau室外新风湿度处理单元上设置焓值传感器h、温度传感器t、压差开关p和电动调节水阀v；dcc室内回风温度处理单元包括dcc干盘管和电动调节水阀v；中控单元通过信号控制线与压差开关p、温湿度传感器t、焓值传感器h、电动调节水阀v通过信号控制线连接，并根据外接环境调节控制以向洁净室输送符合温湿度需求空气。

　　优选的，在mau室外新风湿度处理单元的第一表冷段和加湿段之间设置所述焓值传感器h。

　　优选的，在mau室外新风湿度处理单元的第一表冷段和高效过滤段上设置温湿度传感器t。

　　优选的，在mau室外新风湿度处理单元的初效过滤段和前中效过滤段之间、风机段和后中效过滤段之间、以及后中效过滤段和高效过滤段之间设置压差开关p。

　　压差开关p具有现场检测和远传功能，实现对初中、高效过滤器的压差检测，为其更换提供基础数据参考。

　　优选的，在mau室外新风湿度处理单元的预热段上设置第一电动调节水阀v1，在第一表冷段上设置第二电动调节水阀v2，在再热段上设置第三电动调节水阀v3，在第二表冷段上设置第四电动调节水阀v4。

　　优选的，各电动调节水阀v采用具有线性调节特性的座阀调节阀。所述座阀调节阀具有线性调节特性、良好的调节能力和调节精度。

　　优选的，所述加湿段采用喷淋加湿方式实现，喷淋加湿主机处于常开状态，在夏季及过渡季洗涤空气，在冬季喷温水且等焓加湿或增焓加湿。

　　采用上述恒温恒湿控制系统的控制方法，方法包括以下内容。

　　室内参数动态监测，中控单元与压差开关p、温湿度传感器t、焓值传感器h、电动调节水阀v通过信号控制线连接，以实时获取洁净室内的温度和相对湿度值。

　　绘制焓湿图，根据室内温湿度参数需求在焓湿图上按照等焓线和等含湿量线划分成四个气象分区、即空调工况区，其中空调工况i区为增温加湿工况、空调工况ii区为冷却加湿工况、空调工况iii区和空调工况iv区为冷却除湿工况，且空调工况ii、iii、iv区均实现对空气的洗涤。空调工况对应不同外界环境实现室内温湿度需求控制；针对不同的气象分区采用不同的空气处理方式和控制方法，从而降低空调系统的运行能耗。

　　mau空调箱以室内需求的温度、相对湿度计算得出的露点温度为目标值，根据空调工况对应不同外接环境，对室外新风参数进行控制，进而与经过dcc处理的回风进行混合，从而达到洁净室要求的室内温湿度指标。

　　优选的，当外界环境空气处于空调工况i区时，对室外空气进行升温加湿处理：关闭第一表冷段的第二电动调节水阀v2、再热段上的第三电动调节水阀v3，打开预热段上的第一电动调节水阀v1、加湿段处温水喷淋加湿主机，根据加湿段前的焓值传感器h的焓值控制预热段上第一电动调节水阀v1的开度，通过高效过滤段下游出风段的温湿度传感器t温度设定值控制再热段处第三电动调节v3的开度，进而使达到目标参数的新风送至洁净室回风夹道底部时与经dcc干盘管处理后的回风均匀混合送至洁净室。

　　优选的，当外界环境空气处于空调工况ii区时，对室外空气进行冷却加湿处理：关闭预热段上的第一电动调节水阀v1，打开第一表冷段的第二电动调节水阀v2以及加湿段处的喷淋加湿主机，根加湿段前的焓值传感器h的焓值控制第一表冷段的第二电动调节水阀v2的开度，避免开度过小、呈现空气过热的现象，导致室外新风经过喷淋加湿后出现过湿的现象(以期经过喷淋加湿后空气的露点温度达到目标值)，尚需再进行冷却除湿处理，造成能源的极度浪费；进而通过高效过滤段下游出风段的温湿度传感器t温度设定值控制再热段处第三电动调节v3的开度，进而使达到目标参数的新风送至洁净室回风夹道底部时与经dcc干盘管处理后的回风均匀混合送至洁净室。

　　优选的，当外界环境空气处在空调工况iii区和空调工况iv区时，对室外空气需进行冷却除湿处理：关闭预热段的第一电动调节水阀v1，打开第一表冷段的第二电动调节水阀v2、第二表冷段上的第四电动调节水阀v4、以及加湿段处的喷淋加湿主机，根据第一表冷段处表冷盘管后的设定温度调整第二电动调节水阀v2的开度，利用中温冷冻水降低被处理空气的温度、含湿量，再通过加湿段处喷淋室对空气的洗涤、净化，根据送风露点调节内有低温冷冻水的第二表冷段处第四电动调节水阀v4开度，进而使达到目标参数的新风送至洁净室回风夹道底部时与经dcc干盘管处理后的回风均匀混合送至洁净室。

　　优选的，室内温湿度需求控制全年以送风露点值作为控制目标值表征的湿度进行优先控制，其中，送风露点的确定和修正公式为：

　　其中：td为室外空气在t温度下、f相对湿度下的露点温度；

　　e＝es*f*0.01，e为t℃空气在f％相对湿度下的水蒸气压力pa，es为t℃空气在水面t>0℃或冰面t≤0℃的饱和水蒸气压力pa；

　　e0为0℃空气的饱和水蒸气的分压力，a、b为系数，t>0℃时，取水面值a＝7.5、b＝237.3；t≤0℃时，取水面值a＝9.5、b＝265.5。

　　相比现有技术，本发明的有益效果在于：控制系统通过设置不同的传感器和调节阀进行信号实时采集和控制，mau空调箱以室内需求的温度、相对湿度计算得出的露点温度为目标值对室外新风参数进行精准控制，进而与经过dcc处理的回风进行混合，从而达到洁净室要求的温湿度指标；系统和方法具有较高的控制精度和节能性、控制逻辑清晰、工程项目的实用性强，能够很好的解决半导体洁净室经常出现的控制精度不够而产生的冷热抵消问题。

　　附图说明

　　图1为本发明实施例中mau室外新风湿度处理单元结构图；

　　图2为本发明涉及实施例中室外新风在焓湿图上空调分区示意图。

　　图中：1、初效过滤段；2、前中效过滤段；3、预热段；4、第一表冷段；5、加湿段；6、第二表冷段；7、再热段；8、风机段；9、后中效过滤段；10、高效过滤段；v1/v2/v3/v4、电动调节水阀；p、压差开关；t、温湿度传感器；h、焓值传感器。

　　具体实施方式

　　为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

　　一种基于mau和dcc的半导体洁净室恒温恒湿控制系统，控制系统包括mau室外新风湿度处理单元、dcc室内回风温度处理单元以及中控单元，所述mau室外新风湿度处理单元和dcc室内回风温度处理单元与所述中控单元双向电讯连接。

　　参见图1，其中mau室外新风湿度处理单元包括依次设置的初效过滤段1、前中效过滤段2、预热段3、第一表冷段4、加湿段5、第二表冷段6、再热段7、风机段8、后中效过滤段9和高效过滤段10，初效过滤段1的前端或上游为进风段，高效过滤段10的后端或下游为出风段，图中箭头表述气流方向。

　　进一步的，在所述mau室外新风湿度处理单元上设置焓值传感器h、温度传感器t、压差开关p和电动调节水阀v。

　　图未示的，dcc室内回风温度处理单元包括dcc干盘管和电动调节水阀v。

　　参见图1，一个实施例中，在mau室外新风湿度处理单元的预热段3上设置第一电动调节水阀v1，在第一表冷段4上设置第二电动调节水阀v2，在再热段7上设置第三电动调节水阀v3，在第二表冷段6上设置第四电动调节水阀v4。

　　具体实施例中，各电动调节水阀v采用但不限于具有线性调节特性的座阀调节阀。所述座阀调节阀具有线性调节特性、良好的调节能力和调节精度。

　　中控单元通过信号控制线与压差开关p、温湿度传感器t、焓值传感器h、电动调节水阀v通过信号控制线连接，并根据外接环境调节控制以向洁净室输送符合温湿度需求空气。

　　其中，在mau室外新风湿度处理单元的第一表冷段4和加湿段5之间设置所述焓值传感器h，在冬季实现精准的焓值控制，避免预热段3处第一电动调节水阀v1开度过大导致空气过热。在mau室外新风湿度处理单元的第一表冷段4和高效过滤段10上设置温湿度传感器t，通过温湿度传感器t的数据采集，在冬季，mau空调箱停止运行时，防止盘管冻裂；在其他季节实现对表冷盘管处第二电动调节水阀v2的调节。在mau室外新风湿度处理单元的初效过滤段1和前中效过滤段2之间、风机段8和后中效过滤段9之间、以及后中效过滤段9和高效过滤段10之间设置压差开关p。

　　其中，压差开关p具有现场检测和远传功能，实现对初中、高效过滤器的压差检测，为其更换提供基础数据参考。

　　进一步的，加湿段5采用喷淋加湿方式实现，喷淋加湿主机处于常开状态，在夏季及过渡季洗涤空气，在冬季喷温水且等焓加湿或增焓加湿。

　　采用上述恒温恒湿控制系统的控制方法，方法包括以下内容。

　　室内参数动态监测，中控单元与压差开关p、温湿度传感器t、焓值传感器h、电动调节水阀v通过信号控制线连接，以实时获取洁净室内的温度和相对湿度值。

　　绘制焓湿图，参见图2，根据室内温湿度参数需求在焓湿图上按照等焓线和等含湿量线划分成四个气象分区、即空调工况区，其中空调工况i区为增温加湿工况、空调工况ii区为冷却加湿工况、空调工况iii区和空调工况iv区为冷却除湿工况，空调工况对应不同外界环境实现室内温湿度需求控制；适宜的分区即避免了分区过多造成传感器等数据采集设备的增加带来初投资的增加、又避免了分区过少而出现冷热抵消的现象。

　　其中，等焓线作为冬夏季转换的分界线，等含湿量线作为喷淋加湿、洗涤空气的分界线。

　　针对不同的气象分区采用不同的空气处理方式和控制方法，从而降低空调系统的运行能耗。

　　mau空调箱以室内需求的温度、相对湿度计算得出的露点温度为目标值，根据空调工况对应不同外接环境，对室外新风参数进行控制，进而与经过dcc处理的回风进行混合，从而达到洁净室要求的室内温湿度指标。

　　具体的，当外界环境空气处于空调工况i区时，对室外空气进行升温加湿处理：关闭第一表冷段4的第二电动调节水阀v2、再热段7上的第三电动调节水阀v3，打开预热段3上的第一电动调节水阀v1、加湿段5处温水喷淋加湿主机，根据加湿段5前的焓值传感器h的焓值控制预热段3上第一电动调节水阀v1的开度，通过高效过滤段10下游出风段的温湿度传感器t温度设定值控制再热段7处第三电动调节v3的开度，进而使达到目标参数的新风送至洁净室回风夹道底部时与经dcc干盘管处理后的回风均匀混合送至洁净室。

　　当外界环境空气处于空调工况ii区时，对室外空气进行冷却加湿处理：关闭预热段3上的第一电动调节水阀v1，打开第一表冷段4的第二电动调节水阀v2以及加湿段5处的喷淋加湿主机，根加湿段5前的焓值传感器h的焓值控制第一表冷段4的第二电动调节水阀v2的开度，避免开度过小、呈现空气过热的现象，导致室外新风经过喷淋加湿后出现过湿的现象(以期经过喷淋加湿后空气的露点温度达到目标值)，尚需再进行冷却除湿处理，造成能源的极度浪费；进而通过高效过滤段10下游出风段的温湿度传感器t温度设定值控制再热段7处第三电动调节v3的开度，进而使达到目标参数的新风送至洁净室回风夹道底部时与经dcc干盘管处理后的回风均匀混合送至洁净室。

　　当外界环境空气处在空调工况iii区和空调工况iv区时，对室外空气需进行冷却除湿处理：关闭预热段3的第一电动调节水阀v1，打开第一表冷段4的第二电动调节水阀v2、第二表冷段6上的第四电动调节水阀v4、以及加湿段5处的喷淋加湿主机，根据第一表冷段4处表冷盘管后的设定温度设定，优选为16-18℃，调整第二电动调节水阀v2的开度，利用中温冷冻水降低被处理空气的温度、含湿量，再通过加湿段5处喷淋室对空气的洗涤、净化，根据送风露点调节内有低温冷冻水的第二表冷段6处第四电动调节水阀v4开度，进而使达到目标参数的新风送至洁净室回风夹道底部时与经dcc干盘管处理后的回风均匀混合送至洁净室。

　　进一步的，室内温湿度需求控制全年以送风露点值作为控制目标值表征的湿度进行优先控制，其中，送风露点的确定和修正公式为：

　　其中：td为室外空气在t温度下、f相对湿度下的露点温度；

　　e＝es*f*0.01，e为t℃空气在f％相对湿度下的水蒸气压力pa，es为t℃空气在水面t>0℃或冰面t≤0℃的饱和水蒸气压力pa；

　　e0为0℃空气的饱和水蒸气的分压力，a、b为系数，t>0℃时，取水面值a＝7.5、b＝237.3；t≤0℃时，取水面值a＝9.5、b＝265.5。

　　其中，温冷冻水的能效要低于中温冷冻水的能效，因此通过ai算法和控制策略的调整可以最大程度的实现空调系统的节能。

　　进一步的，喷淋加湿主机常年开启，在冬季实现等焓(增焓)加湿的功能、其余季节实现洗涤空气的作用。

　　最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。