【正文】 一般半導(dǎo)體廠耗能流程示意圖如圖1。`I!qz%km:RuZ 2H(YAy^8S/d,G+L
fE8]:au近年來(lái)，尖端科技產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，使得晶圓制造或光電技術(shù)層級(jí)從微米、次微米到奈米，這些產(chǎn)業(yè)的制程作業(yè)環(huán)境，若非于無(wú)塵室中進(jìn)行，其產(chǎn)品即無(wú)法達(dá)于精密尺度要求。U:xX ]。 此智能型數(shù)字控制器的檢出部是由CT sensor所司掌，它負(fù)責(zé)偵測(cè)壓縮機(jī)之電流，并將偵測(cè)所得之?dāng)?shù)值傳到內(nèi)建之微處理器（CPU），再由CPU執(zhí)行比較→判斷→修正等工作步驟，然后再將指令下達(dá)給操作部（電驛Relay），由此控制對(duì)象(壓縮機(jī))，示意圖請(qǐng)參見(jiàn)圖圖4。需量控制器一般裝設(shè)于總干線電路，而此控制器則裝置于各個(gè)冷凍機(jī)、空調(diào)機(jī)之回路；傳統(tǒng)之需量控制器是在每一定時(shí)間里，于預(yù)先設(shè)定的時(shí)間強(qiáng)制停止壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，不管空調(diào)機(jī)的動(dòng)作狀態(tài)及控制對(duì)象之溫度，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)時(shí)，強(qiáng)制的將機(jī)器設(shè)備停止或切換到低電力狀態(tài)，是一種單純的控制方式，但這種控制方式的控制時(shí)刻點(diǎn)若遇上機(jī)器設(shè)備本身因溫度調(diào)節(jié)機(jī)，使得壓縮機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)而僅成送風(fēng)狀態(tài)時(shí)，將無(wú)法具有節(jié)省電力之效果。用電結(jié)構(gòu)中，冷凍空調(diào)系統(tǒng)用電占相當(dāng)大之比例，而冷凍空調(diào)系統(tǒng)中又以壓縮機(jī)用電所占比例最大；除大型壓縮機(jī)系統(tǒng)外，中小型系統(tǒng)壓縮機(jī)用電量約占八~九成，因此若能對(duì)壓縮機(jī)做適當(dāng)?shù)目刂?，將能省下可觀的電費(fèi)，但是該如何控制？什么時(shí)間點(diǎn)下控制才適當(dāng)？*e`:XEKi 筆者于2003年初接觸到一款智能型數(shù)字控制器，在日本名為「Be Next」，它能自動(dòng)感知冷凍空調(diào)系統(tǒng)中壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，而于適當(dāng)?shù)臅r(shí)間點(diǎn)下對(duì)壓縮機(jī)的稼動(dòng)作控制，因此，在空調(diào)機(jī)仍維持原舒適性與冷凍能力下，達(dá)成削減消費(fèi)電力量與降低契約容量目的。3s
+bdVW:rVM于整個(gè)用電結(jié)構(gòu)中，冷凍空調(diào)設(shè)備用電所占的比例相當(dāng)?shù)母?，一般而言約占三~四成。LR$?MSLT(Yr*qiY。 u[Y ? Xu% 3. 一般而言，風(fēng)量降低時(shí)系統(tǒng)之靜壓損失減少，而送風(fēng)機(jī)因轉(zhuǎn)速降低也降低其產(chǎn)生之靜壓，圖5所示為變速風(fēng)機(jī)系統(tǒng)曲線與耗電量變化。 \)Q%^X送風(fēng)機(jī)所需之動(dòng)力與風(fēng)量三次方成正比，所以空調(diào)的送風(fēng)系統(tǒng)在部分負(fù)載時(shí)，若能采用VAV系統(tǒng)(Variable Air Volume)改變送風(fēng)機(jī)之風(fēng)量，將可節(jié)省許多不必要之電力浪費(fèi)。尤其是一般大樓空調(diào)均使用密閉冰水系統(tǒng)，所需之靜揚(yáng)程幾乎為零，絕大部分所需均為動(dòng)揚(yáng)程，包括水流速度所需及克服管路設(shè)備摩擦所需之動(dòng)揚(yáng)程，均與流速之平方成正比，即與水流量之平方成正比，故使用變頻器節(jié)能效果更易顯現(xiàn)。 J[,csamp。 (風(fēng)量維持不變)nc Lq^*n^8qE+c。 因變頻器具有緩啟動(dòng)(Soft Start)功能，所以會(huì)降低瞬間啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 HR|R。 K U |gS\*Z4]0}s iV |u (Pulse Width Modulation)9|e*YZ%A0h A_ J n)tj^ U} Li{x/f]amp。_8At _%}X_x 變頻器主要可分成控制及電力驅(qū)動(dòng)二部份，如圖1。 結(jié) 論6Iuk(~m^X:H 伍、 認(rèn)識(shí)變頻器:o6xDFz[d 參、 制程剝離液節(jié)省8,143萬(wàn)元、顯影液節(jié)省2,245萬(wàn)元。k 1.C)r86iRwF 三、 N$`39。 冰機(jī)熱回收節(jié)能：A%Cf7]5P0q 無(wú)塵室專用MAU恒溫控制37℃用水，由熱回收冰水機(jī)回收再利用，并挑選高效率節(jié)能機(jī)組以減少能源耗損；利用不同季節(jié)所需求之37℃用水用量，靈活控制熱回收之制造，有效運(yùn)用資源分配，避免因廢熱回收之過(guò)量導(dǎo)致能源浪費(fèi)。v 電梯系統(tǒng)節(jié)能管制GbI b4D/d。 Gas cooler廢液回收再利用O8h7OI4`2}k 定水量葉輪修改節(jié)能$P3f4oh,mr 冷卻水降溫節(jié)能` Hxb~/yp 冰水主機(jī)熱回收及最佳化節(jié)能1?HHYR b7w 節(jié)能倡導(dǎo)活動(dòng)推廣)Y0| 電力功率因素改善調(diào)整節(jié)能L$][,i{,f?Zx g i L2bf{ q WUl(T1c .^!Bq/[?5c 友達(dá)光電大尺寸之TFTLCD面板出貨量居全球第三名、國(guó)際市場(chǎng)占有率超過(guò)12%，亦是全球第一家于紐約證交所(NYSE)股票公開(kāi)上市之TFTLCD制造公司。tqM\rn貳、節(jié)能成效1Vod:N~4{bwO k0E]
h*V0W友達(dá)光電是臺(tái)灣第一大、世界前三大之TFTLCD設(shè)計(jì)、研發(fā)及制造公司，是全球少數(shù)供應(yīng)大、中、小完整尺寸產(chǎn)品線之廠商。 %u:h0{ DLym
g3z8g 2.本系統(tǒng)的有效運(yùn)作將可降低危害發(fā)生的機(jī)率，并避免管路配置后無(wú)法達(dá)到機(jī)臺(tái)設(shè)備需求的現(xiàn)象發(fā)生，同樣地，藉由二次配管的有效設(shè)計(jì)亦可降低二次配管的壓損并達(dá)到節(jié)能的目的。:}a^6O$_。 r39。 利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)讀取需求數(shù)據(jù)，包含風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率、風(fēng)機(jī)功率以及煙囪流量Qoperate。^m:MDm 一般而言，現(xiàn)有的半導(dǎo)體與光電等高科技廠房之廠務(wù)制程排氣系統(tǒng)風(fēng)機(jī)皆采用變頻器加以控制，另外亦會(huì)針對(duì)風(fēng)機(jī)的功率與軸承溫度加以監(jiān)測(cè)，排放的煙囪也因?yàn)榄h(huán)保法規(guī)的要求而設(shè)置了流量的監(jiān)控系統(tǒng)，因此，只要將現(xiàn)有的煙囪流量、風(fēng)機(jī)頻率、風(fēng)機(jī)功率(或電流，因電壓為固定值)等監(jiān)測(cè)數(shù)值搭配風(fēng)機(jī)出廠的測(cè)試風(fēng)機(jī)曲線數(shù)據(jù)，則可繪制排氣系統(tǒng)的特性曲線以及計(jì)算出風(fēng)機(jī)的實(shí)際效率值，監(jiān)測(cè)的畫面如圖5所示。 0}p%[fK Xamp。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。{!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。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。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。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。 (,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。e[:f}`f4Mq ■ 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[Rg1rZbN~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)。 qQC}?6s。 6Z5D,TbQ9M4|PUko 7.
K P)VxqL3hJ 2.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。VJ X7iIrd qY 1g7jH:J\+p I5K四、制程冷卻水的制造及運(yùn)送能源(重新計(jì)算)
[^+nS/iif(p(~S UX冷卻水負(fù)荷是4,，冷卻水供給溫度為18℃，溫度差△℃時(shí)，(15,640LPM)，每日總耗電量為6,816kWh。 以此換算每一kW二氧化碳產(chǎn)生量： 假設(shè)設(shè)備所需的冷卻容量不變，、幫浦的發(fā)熱及在Fab內(nèi)輸送時(shí)所吸收的熱量等地方。K此制程冷卻水為開(kāi)放系統(tǒng)，如圖6所示，℃，回水溫度21℃，℃，揚(yáng)程為56m，冷卻水量則為1,(18,700LPM)；冷卻容量為18,70060＝3,590,400kcal/hr＝1,。b/pamp。 Z2`amp。].jAX5L4vWd1lyx3PZamp。y+L ^+AFqj8Jw9V`P\0c)v+F 表4. 等級(jí)1與等級(jí)1000之濾網(wǎng)風(fēng)機(jī)模塊能源比較表kY8P*_KX? Xd0^[7O
nW四、外氣處理能源
O5M*Tt Q? r.]為對(duì)應(yīng)半導(dǎo)體制造裝置的排氣，有必要將外氣進(jìn)行處理后引入無(wú)塵室。清凈度別之空調(diào)能源經(jīng)過(guò)整理后其結(jié)果如表3所示。 s!q F D8k P][ZE ku(q J%}e 39。A[TW V}4^i/?!NJ{w!uGW\S)e
y(i 表1. 夏季和冬季每單位冷卻負(fù)荷之耗能數(shù)據(jù)%i Z Qn^Uz+AC^2z}4s~Q 三、裝置發(fā)熱負(fù)荷的詳細(xì)項(xiàng)目wfH0JR)N!E4K,\:[ CBr5XW j:scgQD_j5U:}0i5N 設(shè)備發(fā)熱的空調(diào)耗能包括：； 。K,MJR
YrA iUequpO3C該半導(dǎo)體廠系統(tǒng)架構(gòu)由13部滿載為78,000 CMH 之外氣空調(diào)箱(MAU)供應(yīng)，內(nèi)部循環(huán)則為FFU系統(tǒng)。cH0S 就半導(dǎo)體廠而言，了解耗能指標(biāo)對(duì)于節(jié)約能源的執(zhí)行是非常重要的，因此本文特別針對(duì)半導(dǎo)體廠建立一個(gè)能源分析的模型，將此模型應(yīng)用于一個(gè)每年投片量約為420,000片的標(biāo)準(zhǔn)8吋DRAM廠，介紹其廠務(wù)系統(tǒng)的耗能指針研究，包括冰水系統(tǒng)、外氣系統(tǒng)、循環(huán)空氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、制程冷卻水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及超純水系統(tǒng)，并以實(shí)際的節(jié)能改善例子說(shuō)明能源指針的功用和節(jié)能的效益。 v[4Svn 伍、 前 言~0g9{ _x*Dx~ 貳、 ]9Yr(?9enpj\0S,| 參、 J39。Yk ■ 臺(tái)北科技大學(xué)機(jī)電整合研究所∕吳振旭 ■uG。Q%Hm~Dsy!F 高科技產(chǎn)業(yè)之耗電量驚人，并且為了因應(yīng)制程和產(chǎn)品的良率，電力質(zhì)量要求甚高，因此形成科學(xué)園區(qū)與一般工業(yè)區(qū)截然不同之用電特性，即「高用電成長(zhǎng)、高供電質(zhì)量、高用電負(fù)載密度及高產(chǎn)值」的特質(zhì)。而風(fēng)速的量測(cè)則是以風(fēng)速計(jì)量測(cè)濾網(wǎng)風(fēng)機(jī)模塊(Fan Filter Unit，F(xiàn)FU)下方之風(fēng)速，以計(jì)算每個(gè)FFU實(shí)際出風(fēng)速度，進(jìn)而推算出整廠的循環(huán)風(fēng)量和換氣次數(shù)。 p7S:fZ8Wamp。\\_W,zr。 清凈度分為Class Class 1000等二種場(chǎng)合，由FFU的臺(tái)數(shù)與無(wú)塵室的樓地板面積試算FFU方式的空調(diào)能源使用狀況。r%z 上述是夏、冬兩季的最大負(fù)荷，MAU負(fù)荷以90年1月~91年2月外氣最高與最低數(shù)據(jù)計(jì)算(MAU入口外氣數(shù)據(jù))，作為每單位外氣量的能源換算系數(shù)，結(jié)果如表5所示。j,O 五、運(yùn)送能源 k{7inEN%kn w5x MAU的靜壓為1,234Pa，以動(dòng)力計(jì)算的式子算出：5e m
uu9QX (1,234 Pa 1 m3/s) / (1,000 3,600 )＝0_ OV[39。 Z8t0Irr (f*K[9g2Wy 表8. 制程冷卻水耗能表6o4zx$iE7\(Wn 九、無(wú)塵室平均單位耗能Lx.~sfg^6W7R 無(wú)塵室平均單位耗能的整理結(jié)果如表9，其數(shù)據(jù)( kW/m2)和胡【參考文獻(xiàn)1】所調(diào)查之結(jié)果相近，和日本之調(diào)查資料(~ kW/m2)有些許差異【參考文獻(xiàn)2】。hz表10. 半導(dǎo)體廠耗能指標(biāo)^圖8. (閉回路系統(tǒng))制程冷卻水架構(gòu)FS v6x/CY^39。若節(jié)約電力折算成二氧化碳量，以1999年我國(guó)二氧化碳排放總量為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)【參考文獻(xiàn)3】，能源部分(火力發(fā)電)總排放量為106,，臺(tái)灣電力公司1999年總發(fā)電量為1,565億度【參考文獻(xiàn)4】，%，； 節(jié)約電力折算成二氧化碳減少量： 冷卻水負(fù)荷，整理結(jié)果如表11所示。 :`/y.c4kt 3. [url]([/url]臺(tái)灣電力公司)。 (O8GHfJ)naN8. 前 言tcn ND h39。 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。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。fZaftU1n。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