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Letzter Unternehmensfall über Guangzhou Cleanroom Construction Co., Ltd. Zertifizierungen

Steuerungstechnologien des MAU + FFU + DCC-Systems in Reinräumen

2024-12-12

In High-End-Industrien wie der Halbleiterfertigung, der Biomedizin und der Präzisionselektronik wirkt sich die Steuerung der Umgebungsparameter in Reinräumen direkt auf die Produktqualität und die Zuverlässigkeit der wissenschaftlichen Forschungsergebnisse aus. Das MAU (Make-up Air Unit) + FFU (Fan Filter Unit) + DCC (Dry Coil Unit) System ist als Mainstream-Luftreinigungslösung für Reinräume aufgrund seiner flexiblen und effizienten Steuerungseigenschaften zu einer wichtigen Stütze für die Erzielung strenger Reinraumumgebungen geworden. Dieser Artikel befasst sich eingehend mit den Kernsteuerungstechnologien dieses Systems und zeigt, wie es durch mehrdimensionale, kollaborative Abläufe einen stabilen und präzisen Reinraum schafft.
I. Überblick über das MAU + FFU + DCC System
Das MAU + FFU + DCC System ist ein integriertes Luftbehandlungs- und Zirkulationssystem, bei dem jede Komponente ihre spezifischen Funktionen erfüllt und gleichzeitig nahtlos zusammenarbeitet:
MAU ist für die Vorbehandlung der Frischluft zuständig, einschließlich Temperatur- und Feuchtigkeitsanpassung, Vorfiltration und Frischluftzufuhr;
FFU, als Kern der Endstufenreinigung, gewährleistet die Partikelkontrolle in Reinräumen durch hocheffiziente Filtration und gerichtete Luftzufuhr;
DCC reguliert präzise die sensible Wärme in Innenräumen, um die Gleichmäßigkeit des Temperaturfeldes aufrechtzuerhalten.
Diese Architektur aus "Frischluftvorbehandlung + Endstufenreinigung + Feinabstimmung der sensiblen Wärme" erfüllt nicht nur den Bedarf des Reinraums an Frischluft, sondern ermöglicht auch ein differenziertes Management der Umgebungsparameter durch hierarchische Steuerung und bietet im Vergleich zu herkömmlichen zentralen Klimaanlagen eine bessere Energieeffizienz und Flexibilität.

II. Kernpunkte der Systemsteuerung
(I) Temperaturregelung: Präzisionsregelung durch Multi-Modul-Zusammenarbeit
Temperaturschwankungen sind ein kritischer Faktor, der sich auf die Präzisionsfertigung auswirkt – beispielsweise können in Halbleiterlithografieprozessen Temperaturunterschiede von 0,1 °C Abweichungen bei der Chipmusterübertragung verursachen. Das MAU + FFU + DCC System erreicht eine Temperaturregelgenauigkeit auf Mikroebene durch eine dreistufige, kollaborative Steuerung:
Grundlegende Temperaturregelung durch MAU: Verwendet einen adaptiven PID-Algorithmus, um den Wasser- oder Kältemittelfluss der Heiz-/Kühlregister dynamisch an die Echtzeit-Temperaturrückmeldung im Reinraum anzupassen und die Frischlufttemperatur innerhalb des eingestellten Bereichs zu stabilisieren (normalerweise mit einer Genauigkeit von ±0,5 °C);
Indirekte Regelung durch FFU: Obwohl nicht direkt an der Temperaturregelung beteiligt, beeinflusst die Luftmengenverteilung die Organisation des Luftstroms in Innenräumen. Durch die Optimierung des FFU-Layouts (z. B. matrixartige, gleichmäßige Anordnung) und der Windgeschwindigkeitseinstellungen (typischerweise 0,3-0,5 m/s) können lokale Temperaturgradienten reduziert werden;
Sensible Wärmekompensation durch DCC: Durch die Ausrichtung auf lokale Wärmequellen, die durch den Betrieb von Geräten erzeugt werden (z. B. Lithografiemaschinen und Bioreaktoren), wird die sensible Wärme in Echtzeit ausgeglichen, indem der Kühlwasserfluss angepasst wird, wodurch sichergestellt wird, dass der Temperaturuniformitätsfehler in Reinräumen ≤ ±0,2 °C beträgt.
Anwendungsbeispiel: In der Lithografiewerkstatt eines 12-Zoll-Wafer-Fabrikationsbetriebs werden durch die Verknüpfungssteuerung von MAU und DCC Temperaturschwankungen streng innerhalb von ±0,1 °C begrenzt, wodurch die Chipausbeute um etwa 3 % verbessert wird.
(II) Feuchtigkeitsregelung: Ausgleich von Anti-Kondensation und Prozessstabilität
Hohe Luftfeuchtigkeit kann zu Gerätekorrosion führen, während niedrige Luftfeuchtigkeit zu statischer Elektrizität führen kann – die Feuchtigkeitsregelung muss die Prozessanforderungen und den Geräteschutz in Einklang bringen:
Hauptanpassungsfunktion des MAU: Integriert Dampf-/Elektrodenbefeuchtungsmodule und Kondensations-/Rotationsentfeuchtungsmodule, die automatisch zwischen den Modi wechseln, basierend auf der Echtzeit-Feuchtigkeit (mit einer Genauigkeit von ±2 % rF). Beispielsweise muss in pharmazeutischen Gefriertrocknungswerkstätten die Luftfeuchtigkeit bei 30-40 % rF stabilisiert werden, um die Feuchtigkeitsaufnahme von Arzneimitteln zu verhindern;
Zusätzliche gleichmäßige Verteilung durch FFU: Eliminiert lokale Bereiche mit hoher Luftfeuchtigkeit durch Luftzirkulation, insbesondere in Eckbereichen von Reinräumen, um das Wachstum von Mikroorganismen, das durch ungleichmäßige Luftfeuchtigkeit verursacht wird, zu vermeiden;
Verknüpfungssteuerungslogik: Wenn MAU feststellt, dass die Luftfeuchtigkeit vom eingestellten Wert abweicht, wird zunächst die Frischluftfeuchtigkeit angepasst, und DCC arbeitet mit, um die Oberflächentemperatur der Spule zu senken (muss 1-2 °C höher sein als der Taupunkt, um Kondensation zu verhindern), wodurch eine Regelung im geschlossenen Regelkreis entsteht.
(III) Reinheitsmanagement: Vollprozessfiltration von der Quelle bis zum Ende
Reinheit ist der Kernindikator von Reinräumen, der durch hierarchische Filtration und Luftstromorganisation erreicht werden muss:
Vorbehandlung durch MAU: Verwendet G4-Vorfilter und F8-Mittelwirkungsfilter, um Partikel von PM10 und höher in der Frischluft abzufangen und die Belastung der Endstufenfiltration zu reduzieren;
Endstufenreinigung durch FFU: Ausgestattet mit HEPA- (Filtrationseffizienz ≥ 99,97 % für 0,3 μm Partikel) oder ULPA-Filtern (Filtrationseffizienz ≥ 99,999 % für 0,12 μm Partikel), wodurch sichergestellt wird, dass die Luft, die Reinräumen zugeführt wird, die ISO-Klasse 5 (Klasse 100) oder höhere Standards erfüllt;
Optimierung der Luftstromorganisation: Bildet einen vertikalen unidirektionalen Fluss durch gleichmäßige Anordnung von FFUs (Deckungsrate beträgt in der Regel 60-100 %), wodurch Schadstoffe aus Reinräumen "herausgedrückt" werden, und arbeitet mit dem Rückluftauslassdesign zusammen, um einen "Kolbeneffekt" zu erzielen und Luftströmungs-Totzonen zu vermeiden.
Datenreferenz: In Reinräumen für elektronische Chips kann die Anzahl der Partikel ≥ 0,5 μm in jedem Kubikfuß Luft unter 35 gehalten werden (entsprechend den ISO-Klasse 5-Standards), wenn die Betriebsgeschwindigkeit der FFUs bei 0,45 m/s stabilisiert wird.
(IV) Druckregelung: Eine kritische Barriere gegen Kreuzkontamination
Der Druckgradient ist der Kern für die Aufrechterhaltung des "unidirektionalen Flusses" zwischen Reinräumen und der Außenwelt sowie zwischen Bereichen mit unterschiedlichen Reinheitsgraden:
Frischluftmengenanpassung durch MAU: Echtzeitüberwachung der Druckunterschiede zwischen Rein- und Nicht-Reinräumen (in der Regel 10-30 Pa) über Differenzdrucksensoren und dynamische Anpassung der Frischluftmenge in Verbindung mit frequenzgeregelten Ventilatoren, um eine Überdruckumgebung zu gewährleisten (Verhinderung des Eindringens von externer Verschmutzung);
Hierarchisches Druckdesign: Zwischen Bereichen mit unterschiedlichen Reinheitsgraden (z. B. ISO-Klasse 5 und ISO-Klasse 7) muss eine Druckdifferenz von 5-10 Pa eingestellt werden, um zu verhindern, dass Luft aus Bereichen mit geringerer Reinheit in Bereiche mit höherer Reinheit gelangt;
Notfallschutzmechanismus: Wenn die Druckdifferenz unter den eingestellten Schwellenwert fällt, löst das System automatisch einen akustischen und visuellen Alarm aus und startet einen Reserveventilator, um den Druck aufrechtzuerhalten und Produktionsunterbrechungen zu verhindern.
III. Vertiefte Anwendung intelligenter Steuerungstechnologien
Die herkömmliche Reinraumsteuerung basiert auf manueller Inspektion und manueller Anpassung, was mit dynamischen Laständerungen nur schwer zu bewältigen ist. Das MAU + FFU + DCC System erreicht ein "unbemanntes" präzises Management durch intelligentes Aufrüsten:
Zentralisierte Überwachungsplattform: Basierend auf SPS- oder DCS-Systemen, die mehr als 30 Parameter wie MAU-Temperatur und -Feuchtigkeit, FFU-Betriebsstatus und DCC-Wasserfluss in die HMI-Schnittstelle integrieren, unterstützt Echtzeit-Datenvisualisierung und historische Kurvenabfrage;
Adaptiver Anpassungsalgorithmus: Wenn das System den Start oder das Stoppen von Produktionsanlagen erkennt (z. B. plötzlicher Anstieg der Wärmelast durch den Start von Halbleiterätzmaschinen), kann es innerhalb von 10 Sekunden automatisch den MAU-Spulenfluss und den DCC-Ausgang anpassen, um die Parameterstabilität aufrechtzuerhalten;
Vorausschauende Wartung: Durch die Analyse von Daten wie FFU-Lüfterstrom und Filterdifferenzdruck wird eine Frühwarnung vor Geräteausfällen (z. B. Filterverstopfung und Motoralterung) bereitgestellt, um plötzliche Ausfälle zu vermeiden;
Energieverbrauchsoptimierung: Durch die Anwendung von KI-Algorithmen zur dynamischen Anpassung der Frischluftmenge an die Innenlast werden 20-30 % Energie im Vergleich zu herkömmlichen Systemen eingespart, was sich besonders für den Langzeitbetrieb großer Reinräume eignet.
IV. Systeminbetriebnahme und -optimierung: Der entscheidende Schritt von der Qualifizierung zur Exzellenz
Ein hochwertiges MAU + FFU + DCC System erfordert strenge Inbetriebnahmeverfahren, um eine optimale Leistung zu erzielen:
Einzelmaschinen-Inbetriebnahme
MAU: Testen Sie den Frequenzumwandlungsbereich des Lüfters (in der Regel 30-100 Hz), den Anfangsfilterwiderstand (sollte ≤ 10 % des Konstruktionswerts betragen) und die Reaktionsgeschwindigkeit der Temperatur- und Feuchtigkeitsanpassung;
FFU: Überprüfen Sie jede Einheit auf Gleichmäßigkeit der Windgeschwindigkeit (Abweichung ≤ ±10 %), Filterintegrität (durch Scan-Lecksuche) und Geräuschpegel (sollte ≤ 65 dB betragen);
DCC: Überprüfen Sie die Genauigkeit der Wasserflussanpassung (±5 %) und die Wärmeübertragungseffizienz der Spule.
Verknüpfungs-Inbetriebnahme
Simulieren Sie extreme Arbeitsbedingungen (z. B. Hochtemperatur- und Hochfeuchtigkeitswetter im Sommer, Volllastbetrieb der Geräte), um die Steuerungseffekte des Systems auf Temperatur, Feuchtigkeit, Sauberkeit und Druck zu testen und anzupassen;
Verwenden Sie Präzisionsgeräte wie Partikelzähler (minimale nachweisbare Partikelgröße 0,1 μm) und Temperatur-Feuchtigkeits-Datenlogger (Abtastintervall 10 s), um Daten von über 50 Messpunkten im Reinraum aufzuzeichnen;
Optimieren Sie die PID-Parameter (z. B. Proportionalbeiwert Kp, Integralzeit Ti) und passen Sie die Luftmengen- und Wasserflussparameter von MAU, FFU und DCC an, um sicherzustellen, dass die Temperaturregelung Überschwingen ≤ 0,3 °C und die Feuchtigkeitswiederherstellungszeit ≤ 5 min beträgt.
Kontinuierliche Optimierung
Erstellen Sie ein Energieverbrauchsmodell basierend auf Betriebsdaten, das die Anzahl der betriebenen FFUs dynamisch anpasst (20-30 % können unter Nicht-Volllastbedingungen abgeschaltet werden);
Ersetzen Sie regelmäßig die Filter (Vorfilter alle 1-3 Monate, Mittelfilter alle 6-12 Monate, Hochleistungsfilter alle 2-3 Jahre), um einen stabilen Systemwiderstand aufrechtzuerhalten.
Schlussfolgerung: Technologie, die die saubere Fertigung unterstützt
Die Steuerungstechnologie des MAU + FFU + DCC Systems ist die Kernunterstützung für moderne Reinräume, um von "Compliance-Betrieb" zu "Lean Management" überzugehen. Durch die mehrdimensionale, kollaborative Steuerung von Temperatur, Feuchtigkeit, Sauberkeit und Druck, kombiniert mit der tiefgreifenden Ermächtigung intelligenter Technologien, kann das System eine stabile und zuverlässige saubere Umgebung für High-End-Fertigung und wissenschaftliche Forschungsaktivitäten bieten.
Als Dienstleister, der sich auf Reinraumtechnologie spezialisiert hat, streben wir stets nach "Parameterpräzision, betrieblicher Energieeffizienz und Managementintelligenz" und bieten unseren Kunden Komplettlösungen von der Systemauslegung und Geräteauswahl bis hin zur Inbetriebnahme und Optimierung. Wenn Sie auf technische Schwierigkeiten stoßen oder Bedarf an der Reinraumumgebungssteuerung haben, können Sie sich gerne an uns wenden – wir werden unsere professionelle Erfahrung nutzen, um Ihre Produktions- und wissenschaftlichen Forschungsaktivitäten zu neuen Höhen zu führen.