【正文】 3)。rIzlcHV)[Aamp。T ：1,＝。7yi1~*F1~熱量的動(dòng)力＝總動(dòng)力247。冷卻水負(fù)荷，整理結(jié)果如表11所示。(kWh/m3)(kWh/m3)大（見(jiàn)表10），此乃因改善后系統(tǒng)總流量變?。ㄓ?,121m3/）之故。39。kZDFPvj0dv4I4Z7T} 表10. 半導(dǎo)體廠耗能指標(biāo)a9mN^3~(M*O KX_I(_ 表11. 制程冷卻水耗能表(改善后)cJ39。P O/~ }9dF%nnK。XN本研究成功地發(fā)展一套半導(dǎo)體廠的耗能分析模式，并確認(rèn)一典型8吋DRAM廠的各項(xiàng)能源消耗基準(zhǔn)值(如表10所示)，此成果可作為各種節(jié)能措施成效的基準(zhǔn)值，另外具有實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)成效的節(jié)能措施亦詳細(xì)說(shuō)明其節(jié)能成效，并予以量化，此部分可作為爾后各廠節(jié)能措施之參考。 .M R`@,Fgm 1. . Hu and . Chuah, “Power consumption of semiconductor fabs in Taiwan energy ”, 。
K @P)VxqL3hJ 2. Japan Mechanical Assocairion, Energy consumption survey report, 1991。:`/y.@c4kt 3. [url]([/url]氣候變化綱要公約網(wǎng)站4. [url]([/url]臺(tái)灣電力公司)。pZe1R[5. M. C. Williamson Energy efficiency in semiconductor manufacturing: a tool for cost savings and pollution prevention, Semiconductor Fabtech 8th edition 1999。(y/@MY|*qh!s.[G 6. Pei Phyllis, 1997 International energy project status, Presentation to SIA EHS Summit, Milan Italy, June 2325, 1997。6Z5D,TbQ9M4|PUko 7. Semiconductor Industry Association, Roadmap for the semiconductor manufacturing industry, 1997, p155。(O8GHfJ)naN8. 蔡尤溪、王文博、胡石政與柯明村，臺(tái)南科學(xué)工業(yè)園區(qū)節(jié)約能源之評(píng)估，國(guó)科會(huì)88年度委托研究計(jì)劃，88年6月。r4Is?MI 9. 胡石政，高科技產(chǎn)業(yè)耗能耗電研究，國(guó)科會(huì)89年委托計(jì)劃，JULY 2000。!a Kr](V7tX10. 蔡俊宏，潔凈室的發(fā)展趨勢(shì)與微環(huán)境系統(tǒng)之應(yīng)用，中國(guó)冷凍空調(diào)雜志，第46期11. 臺(tái)灣電力公司電價(jià)表，OCT 2002版[url]([/url]中國(guó)石油液化石油氣事業(yè)部)。qQC}?6s。W,c]L:H :E~? E
QMST)^8S.\[[i] 本帖最后由 hhnec 于 2007331 15:07 編輯 [/i]] hhnec 發(fā)表于 2007331 12:31高科技廠房排氣系統(tǒng)節(jié)能壹、 前 言tcn ND h39。rt 貳、 排氣系統(tǒng)節(jié)能原理X_ |R5t/C)\*cK參、 排氣設(shè)計(jì)與監(jiān)控整合系統(tǒng) @ uamp。iI:z wSB/Kw肆、 結(jié) 論/FA k?/w,T0v\5x0^伍、 參考文獻(xiàn)o(^t/G,f:I39。q ■ 工業(yè)技術(shù)研究院環(huán)境與安全衛(wèi)生技術(shù)發(fā)展中心 / 黃建平 ■ *dE$y a3Y7A/o[Rg1rZ@bN~5S5s 在現(xiàn)有的半導(dǎo)體與光電等產(chǎn)業(yè)之高科技廠房中，其廠務(wù)系統(tǒng)內(nèi)之制程排氣系統(tǒng)通常具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性與極大的變動(dòng)性，往往建廠時(shí)期的初始設(shè)計(jì)值或是某個(gè)時(shí)間內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)值常常無(wú)法代表現(xiàn)有排氣系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的特性，因此，造成排氣系統(tǒng)的不良運(yùn)轉(zhuǎn)與能源浪費(fèi)。本文將描述如何有效利用制程排氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝，以掌握整體運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)況，進(jìn)而采用正確的控制模式與適當(dāng)?shù)恼{(diào)整方式來(lái)修正系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，最后達(dá)到有效節(jié)省能源的目的。 半導(dǎo)體與光電廠的制程具有階段性擴(kuò)充產(chǎn)能、隨訂單變化制程、連續(xù)生產(chǎn)及高度控制制程環(huán)境的特性，從開(kāi)始量產(chǎn)到產(chǎn)能滿載的排氣需求變化很大，排氣系統(tǒng)的性能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有相當(dāng)程度的影響。目前在科學(xué)園區(qū)內(nèi)，幾乎各廠都是以產(chǎn)能達(dá)到滿載時(shí)的排氣需求來(lái)設(shè)計(jì)排氣系統(tǒng)，產(chǎn)能未達(dá)滿載時(shí)就藉由變頻器改變馬達(dá)電源的頻率，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)速至滿足生產(chǎn)所需排氣量，同時(shí)盡量節(jié)省能源。s8w$DZ,Z 然而許多案例顯示，排氣系統(tǒng)的性能與安全問(wèn)題一直困擾著廠方，不論是無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)風(fēng)量，或是因?yàn)橹瞥绦枨蟛煌艢夥植疾焕硐朐斐膳艢饬窟^(guò)大與不足，亦或是付出龐大的運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)成本等問(wèn)題。另外，在建廠二至三年之后，因管路及設(shè)備的老化、長(zhǎng)時(shí)期的腐蝕與粉塵累積阻塞，以及產(chǎn)能擴(kuò)充機(jī)臺(tái)增加的情形下，常發(fā)生機(jī)臺(tái)或處理設(shè)備的風(fēng)量或靜壓不足，引起機(jī)臺(tái)或設(shè)備當(dāng)機(jī)，產(chǎn)生安全衛(wèi)生或是產(chǎn)品良率的問(wèn)題，嚴(yán)重的則會(huì)在管內(nèi)或Local Scrubber內(nèi)起火引起火災(zāi)爆炸危害，使得風(fēng)險(xiǎn)性相對(duì)提高。9e:X3z0gW 故整體來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體與光電廠的排氣系統(tǒng)最關(guān)心的就是安全與效率的問(wèn)題，如何讓排氣系統(tǒng)能在安全狀態(tài)下高效率運(yùn)作是每個(gè)半導(dǎo)體廠殷切盼望的?；谝陨系姆N種問(wèn)題，解決之道除了利用量測(cè)的方法來(lái)加以分析調(diào)整外，最有效的方法仍是利用排氣監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，畢竟藉由量測(cè)的方法來(lái)判定排氣系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)只是一時(shí)之間的情形，而且量測(cè)的工作不僅費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，高處的量測(cè)作業(yè)更具有危險(xiǎn)性，因此對(duì)于變幻莫測(cè)的半導(dǎo)體與光電廠之制程排氣系統(tǒng)，利用可隨時(shí)掌握狀況的監(jiān)控系統(tǒng)才是所有問(wèn)題的解決之道。e[:f}`f4M W7V u tH。@要達(dá)到排氣系統(tǒng)節(jié)能可以從降低風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)壓力、降低風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)量及提高風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率三個(gè)方面著手。在排氣系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中，其電能的消耗若排除處理設(shè)備的耗能外，真正會(huì)導(dǎo)致能源消耗的地方也只有排氣系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)本身，所以若要達(dá)到節(jié)能的目的就必須了解風(fēng)機(jī)耗能的原理。通常風(fēng)機(jī)的效率可以由下列的經(jīng)驗(yàn)公式一窺端倪：0x8dK^3}39。q2^ @(,S%`] P從以上的說(shuō)明可知，若要降低風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的消耗電量，則必須有效降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)馬力數(shù)，而降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)馬力數(shù)則有以下三個(gè)方法：8JYe m ejG%_9X Q/_q0F4v 一、降低風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)壓力+TJ NBa+Yd6XRIS+| 風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的除了要提供一定的風(fēng)量外，最重要的就是要克服排氣系統(tǒng)中所有組件的壓損，包含機(jī)臺(tái)的入口損失、輸送管路的摩擦損失、處理設(shè)備的壓損、風(fēng)機(jī)本身的系統(tǒng)效應(yīng)以及廢氣排放煙囪的摩擦與出口損失等。而要降低風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的壓力時(shí)，就必須藉由正確且精細(xì)的設(shè)計(jì)以及優(yōu)良的施工質(zhì)量，才可有效達(dá)到低壓損的運(yùn)轉(zhuǎn)目標(biāo)。但是該部份的方法應(yīng)在建廠初始設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到，若是到了實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)階段才考慮到要降低運(yùn)轉(zhuǎn)的壓損時(shí)，則所花費(fèi)的修改成本通常極為龐大，除非在已影響到制程或安全等情況下且別無(wú)他法時(shí)，才可采用此法，而且應(yīng)在修改前作詳細(xì)的量測(cè)、評(píng)估與設(shè)計(jì)，以免花了錢亦得不到預(yù)期或明顯的效果。由于此方法屬于建廠時(shí)的設(shè)計(jì)或修改管路時(shí)的考慮，因此本文中不再多作介紹。~^{o!GNR)Ji amp。fZaftU1n。_二、降低風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)量J,FG!\N p^?,g。g Vuamp。z @排氣風(fēng)機(jī)的風(fēng)量規(guī)格通常在建廠初期即根據(jù)機(jī)臺(tái)的需求風(fēng)量加總后決定，為了確保實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)后不會(huì)有風(fēng)量不足的問(wèn)題，所以必定會(huì)取相當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，、然而這也導(dǎo)致廠務(wù)人員在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)后采用極為保守的控制方式。但排氣風(fēng)量過(guò)高造成的能源浪費(fèi)不只是排氣風(fēng)機(jī)本身的電能消耗過(guò)多而已，因?yàn)榕艢獾娘L(fēng)量過(guò)多時(shí)，相對(duì)地空調(diào)側(cè)所需的補(bǔ)充外氣亦需大量的加入，以維持無(wú)塵室內(nèi)的正壓要求，但因?yàn)闊o(wú)塵室溫濕度的嚴(yán)格要求，補(bǔ)充外氣便需經(jīng)過(guò)相當(dāng)耗能的處理后才可送至無(wú)塵室中，而這些處理、輸送等設(shè)備所須消耗的能源保守估計(jì)約為單純排氣風(fēng)機(jī)耗能的二十倍左右。因此，如何降低風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)量將是排氣節(jié)能最重要的方法，而其詳細(xì)的運(yùn)作模式將在后續(xù)的內(nèi)容中加以敘述。Z Cjld,\R 三、提高風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率a*cW
Op n+v39。i*?,pEW雖然風(fēng)機(jī)的選用在建廠初期的設(shè)計(jì)階段即會(huì)經(jīng)過(guò)一定的程序來(lái)決定，包括風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)壓力與設(shè)計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)量，然而設(shè)計(jì)的優(yōu)劣、制程的變動(dòng)、產(chǎn)量的擴(kuò)充等因素都會(huì)直接或間接影響到風(fēng)機(jī)實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)，即使在變頻器的控制下，其與原始的設(shè)計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)或系統(tǒng)特性曲線都可能有大幅度的偏移。尤其當(dāng)多臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)時(shí)，因?yàn)轱L(fēng)箱(Header)前后之排氣管路與風(fēng)機(jī)配置情形的差異，導(dǎo)致每臺(tái)風(fēng)機(jī)的抽氣量與運(yùn)轉(zhuǎn)壓力都不相同，此時(shí)若利用相同的頻率運(yùn)轉(zhuǎn)，則各臺(tái)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率必定會(huì)有相當(dāng)?shù)牟町愋?，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致部分的風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率偏低，造成能源的浪費(fèi)。因此，若要避免此種現(xiàn)象產(chǎn)生，則有效的風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)與適當(dāng)?shù)娘L(fēng)機(jī)控制模式便成為最重要的議題，相關(guān)的理論與詳細(xì)的實(shí)施方法將于后續(xù)內(nèi)容中敘述。$p F(S+wHrO%n39。K(RB U!E] T 制程排氣整合系統(tǒng)的主要目的在使廠內(nèi)排氣系統(tǒng)達(dá)到安全、效能提升與擴(kuò)充容易的目的，進(jìn)而促使制程良率提高與整體運(yùn)轉(zhuǎn)成本下降。工研院現(xiàn)有發(fā)展中的制程排氣設(shè)計(jì)與監(jiān)控整合系統(tǒng)整體架構(gòu)大致可分為管路監(jiān)控、風(fēng)機(jī)監(jiān)控、管路設(shè)計(jì)及裝機(jī)查核四個(gè)部分，其程序整體架構(gòu)可參考圖1所示，而硬件的架構(gòu)則可參考圖2所示，相關(guān)說(shuō)明如下。GJ+N,Tq L$F_ ({.O(Tjamp。PB|圖1. 排氣設(shè)計(jì)與監(jiān)控整合系統(tǒng)架構(gòu)fL Vm3hJRg39。c8{/CCR g?,dow!h:LzO`K8s?IU 一、管路監(jiān)控系統(tǒng)@6IW5R*}。 D6Yd3sMky\7DS 含一次配與二次配之管路流量(動(dòng)壓)、靜壓、溫度及濃度等之監(jiān)測(cè)，可有效判斷機(jī)臺(tái)或管路異常狀況以及提供排氣系統(tǒng)分析的重要數(shù)據(jù)。另外，針對(duì)重要的機(jī)臺(tái)或所有的管路系統(tǒng)，皆可以藉由風(fēng)門角度的控制來(lái)達(dá)到流量的調(diào)整與能源的節(jié)省。因此，藉由管路監(jiān)控系統(tǒng)的有效運(yùn)作將可達(dá)到風(fēng)量降低的目的。8~/z,B(x3o管路監(jiān)控系統(tǒng)主要包含了機(jī)臺(tái)側(cè)二次配管靜壓與溫度監(jiān)測(cè)、次主管尾端靜壓監(jiān)測(cè)或上游端靜壓與流量監(jiān)測(cè)以及主管靜壓監(jiān)測(cè)等。在次主管的靜壓與流量監(jiān)測(cè)主要目的有二：一為有效獲知該次主管之粉塵堵塞情形，另一為建立管路靜壓背景值以作為日后機(jī)臺(tái)擴(kuò)充之參考與風(fēng)門調(diào)整之依據(jù)；而主管路的靜壓監(jiān)測(cè)布點(diǎn)則有助于整體系統(tǒng)的情勢(shì)分析，能更精確的獲得系統(tǒng)阻塞位置。本監(jiān)控系統(tǒng)的主要畫面可參考圖3所示。.f+y1jJa~f8J o9zZ,BD,k*~9` jz39。{!W rW!}F m+U3I]
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a 排氣系統(tǒng)的定期量測(cè)與檢驗(yàn)有其必要性，尤其是產(chǎn)能與需求風(fēng)量的關(guān)系唯有仰賴定期的量測(cè)才有評(píng)估的依據(jù)，因此如果可以直接利用適當(dāng)?shù)能浻布嘟Y(jié)合之監(jiān)測(cè)設(shè)施，不僅可以省卻工程師定期量測(cè)的工作，亦可以有效的隨時(shí)紀(jì)錄管路變化情形，并更加精確的估算出產(chǎn)能與排氣量的關(guān)系，進(jìn)一步確保系統(tǒng)備用量能可以滿足未來(lái)產(chǎn)能擴(kuò)大時(shí)之需要。5tK G!].i H/H 由于排氣系統(tǒng)的變化性極大，故常需要藉由管路的流量與靜壓量測(cè)來(lái)分析系統(tǒng)特性，但是因?yàn)樗枨蟮牧繙y(cè)數(shù)據(jù)繁復(fù)，若是采用人工的量測(cè)方式往往需要消耗相當(dāng)?shù)臅r(shí)間，而所量測(cè)的數(shù)據(jù)誤差亦隨著時(shí)間的變化而加大，因此采用適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測(cè)設(shè)備即可有效的以低成本、高價(jià)值的方式獲取所需的信息。d3t?
y,E,J7U_針對(duì)次主管的流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可將各管路的配置機(jī)臺(tái)需求流量鍵入事先建立的『管路流量需求數(shù)據(jù)庫(kù)』中，并藉由實(shí)際的流量監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)值交叉比對(duì)，進(jìn)而調(diào)整管路風(fēng)門開(kāi)度以達(dá)到節(jié)能的目的，其管路調(diào)整的方式與流程可參考圖4，至于實(shí)際的調(diào)整控制范圍之百分比可依各廠的特性加以修改，最重要的在于數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與調(diào)整流程的確立。)cY M%wts)iWVSX X:kn5@m4_P ~ p^CH^8@(P6P
naa*B bE根據(jù)調(diào)查，平均每個(gè)八吋晶圓廠的排氣系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)總風(fēng)量約為10,000CMM，若采用國(guó)內(nèi)的工業(yè)用電收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算()，則平均每一個(gè)CMM的排氣風(fēng)量一年的電費(fèi)約需1,000元(需要處理設(shè)備過(guò)濾的排氣分類如毒酸管、堿管及有機(jī)管較高，一般的排氣則較低)。而在半導(dǎo)體與光電廠的良率需求下，通常排氣風(fēng)量的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)值與機(jī)臺(tái)最小需求值相差極大，根據(jù)實(shí)際測(cè)量經(jīng)驗(yàn)差異值約在30%以上，部分更高達(dá)50%以上，因此如果能夠有效降低運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)量達(dá)10%，則每年的電費(fèi)將可節(jié)省1,000,000元以上，這還不包括排氣處理設(shè)備、相關(guān)空調(diào)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)成本及因?yàn)榕艢饬繙p少后可降低的補(bǔ)充外氣，預(yù)估至少是單純排氣風(fēng)機(jī)節(jié)能的20倍左右，亦即藉由管路監(jiān)控系統(tǒng)將排氣風(fēng)量有效控制后，每年每個(gè)廠的電費(fèi)可節(jié)省高達(dá)兩仟萬(wàn)元以上。6M
dI!g\,zE(v(N 8iZ)g!Q }$t 二、風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)D0XT+kjp Y8M XH%]R Q*{+b包含風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的監(jiān)測(cè)與控制、煙囪流量的監(jiān)測(cè)以及處理設(shè)備的壓損監(jiān)測(cè)等，藉5O xy$ls7?7^ 由風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)可得知風(fēng)機(jī)的效率高低與系統(tǒng)的曲線偏移，并利用頻率修正的控制方式來(lái)達(dá)到效率提升與節(jié)能的目標(biāo)。其中煙囪的流量監(jiān)測(cè)不僅有環(huán)保法規(guī)的要求，利用監(jiān)測(cè)的數(shù)值亦可納入風(fēng)機(jī)分析的輸入?yún)?shù)，以降低其它參數(shù)擷取的需求。另外，有關(guān)處理設(shè)備Central Scrubber等的壓損監(jiān)測(cè)則可判斷該設(shè)備的狀態(tài)，提供異常時(shí)的警報(bào)功能，因此藉由本系統(tǒng)的有效運(yùn)作即可達(dá)成提高風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率的目的。:TP_KT 半導(dǎo)體與光電等高科技廠之制程排氣系統(tǒng)會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)能與制程的變動(dòng)而產(chǎn)生較大的變化，因此提供排氣系統(tǒng)動(dòng)力的后端風(fēng)機(jī)皆會(huì)以一對(duì)一的方式來(lái)搭配變頻器，進(jìn)而控制運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，以改變風(fēng)機(jī)所供應(yīng)的風(fēng)量與靜壓。至于變頻器的控制模式不外乎利用管路內(nèi)某一點(diǎn)或少數(shù)幾點(diǎn)的靜壓設(shè)定值來(lái)連動(dòng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，會(huì)有不同的地方最多僅止于靜壓設(shè)定點(diǎn)的位置。靜壓設(shè)定點(diǎn)主要有兩種位置：一為接近風(fēng)機(jī)側(cè)的Header或Main Duct，另一為接近機(jī)臺(tái)側(cè)的Submain Duct或其EndCap。茲就其優(yōu)、缺點(diǎn)與適用情形分析如表1。 %Ds|RF5O6dm_ h$`+i7b。gw+~7LFhko39。K Xamp。? j Tamp。\6W_ ] 根據(jù)表1的分析結(jié)果可知，在半導(dǎo)體與光電等廠房之排氣系統(tǒng)大多屬于復(fù)雜性較高的多主管型式，因此其靜壓設(shè)定點(diǎn)的位置應(yīng)以風(fēng)機(jī)側(cè)的Header或Main D