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Technologie de commande du système MAU + FFU + DCC dans les salles blanches

2024-12-12

Dans les industries de pointe telles que la fabrication de semi-conducteurs, la biomédecine et l'électronique de précision, le contrôle des paramètres environnementaux dans les salles blanches affecte directement la qualité des produits et la fiabilité des résultats de la recherche scientifique. Le système MAU (Make-up Air Unit) + FFU (Fan Filter Unit) + DCC (Dry Coil Unit), en tant que solution de purification d'air dominante pour les salles blanches, est devenu un soutien essentiel pour obtenir des environnements propres stricts grâce à ses caractéristiques de contrôle flexibles et efficaces. Cet article approfondira les technologies de contrôle de base de ce système, révélant comment il crée un espace propre stable et précis grâce à des opérations collaboratives multidimensionnelles.
I. Aperçu du système MAU + FFU + DCC
Le système MAU + FFU + DCC est un système intégré de traitement et de circulation de l'air où chaque composant remplit ses fonctions spécifiques tout en collaborant de manière transparente :
MAU est responsable du prétraitement de l'air frais, y compris le réglage de la température et de l'humidité, la filtration primaire et l'alimentation en air frais ;
FFU, en tant que cœur de la purification en phase finale, assure le contrôle des particules dans les zones propres grâce à une filtration à haute efficacité et à une alimentation en air directionnelle ;
DCC régule avec précision les charges de chaleur sensible intérieures pour maintenir l'uniformité du champ de température.
Cette architecture de « prétraitement de l'air frais + purification en phase finale + réglage fin de la chaleur sensible » répond non seulement à la demande d'air frais de la salle blanche, mais permet également une gestion affinée des paramètres environnementaux grâce à un contrôle hiérarchique, offrant une meilleure efficacité énergétique et flexibilité par rapport aux systèmes de climatisation centralisés traditionnels.

II. Points clés du contrôle du système
(I) Contrôle de la température : Régulation de précision grâce à la collaboration multi-modules
Les fluctuations de température sont un facteur critique affectant la fabrication de précision — par exemple, dans les processus de lithographie des semi-conducteurs, une différence de température de 0,1 °C peut entraîner des écarts dans le transfert des motifs des puces. Le système MAU + FFU + DCC atteint une précision de contrôle de la température au niveau micro grâce à un contrôle collaboratif à trois niveaux :
Contrôle de base de la température par MAU : Adopte un algorithme PID adaptatif pour ajuster dynamiquement le débit d'eau ou le débit de réfrigérant des serpentins de chauffage/refroidissement en fonction de la rétroaction de la température en temps réel dans la salle blanche, stabilisant la température de l'air frais dans la plage définie (généralement avec une précision de ±0,5 °C) ;
Régulation indirecte par FFU : Bien qu'il ne soit pas directement impliqué dans le contrôle de la température, sa distribution du volume d'air affecte l'organisation du flux d'air intérieur. En optimisant la disposition des FFU (telle qu'un agencement uniforme de type matrice) et les réglages de la vitesse du vent (généralement 0,3 à 0,5 m/s), les gradients de température locaux peuvent être réduits ;
Compensation de la chaleur sensible par DCC : Ciblant les sources de chaleur locales générées par le fonctionnement de l'équipement (telles que les machines de lithographie et les bioréacteurs), une compensation en temps réel des charges de chaleur sensible est obtenue en ajustant le débit d'eau glacée, garantissant que l'erreur d'uniformité de la température dans les zones propres est de ≤ ±0,2 °C.
Cas d'application : Dans l'atelier de lithographie d'une usine de plaquettes de 12 pouces, grâce au contrôle de liaison de MAU et DCC, les fluctuations de température sont strictement limitées à ±0,1 °C, améliorant le rendement des puces d'environ 3 %.
(II) Contrôle de l'humidité : Équilibrer l'anticondensation et la stabilité du processus
Une humidité élevée peut provoquer la corrosion de l'équipement, tandis qu'une faible humidité peut entraîner de l'électricité statique — le contrôle de l'humidité doit équilibrer les exigences du processus et la protection de l'équipement :
Fonction de réglage principale de MAU : Intègre des modules d'humidification à la vapeur/électrode et des modules de déshumidification par condensation/rotative, basculant automatiquement les modes en fonction de l'humidité en temps réel (avec une précision de ±2 % HR). Par exemple, dans les ateliers de lyophilisation pharmaceutique, l'humidité doit être stabilisée à 30-40 % HR pour empêcher l'absorption d'humidité des médicaments ;
Distribution uniforme auxiliaire par FFU : Élimine les zones d'humidité élevée locales grâce à la circulation de l'air, en particulier dans les coins des salles blanches, pour éviter la croissance microbienne causée par une humidité inégale ;
Logique de contrôle de liaison : Lorsque MAU détecte que l'humidité s'écarte de la valeur définie, il ajustera d'abord l'humidité de l'air frais, et DCC coopérera pour réduire la température de surface du serpentin (doit être de 1 à 2 °C supérieure au point de rosée pour éviter la condensation), formant un contrôle en boucle fermée.
(III) Gestion de la propreté : Filtration complète du processus de la source à la fin
La propreté est l'indicateur principal des salles blanches, qui doit être obtenue grâce à une filtration hiérarchique et à l'organisation du flux d'air :
Prétraitement par MAU : Utilise des filtres primaires G4 et à moyenne efficacité F8 pour intercepter les particules de PM10 et plus dans l'air frais, réduisant la charge sur la filtration en phase finale ;
Purification en phase finale par FFU : Équipé de filtres HEPA (efficacité de filtration ≥ 99,97 % pour les particules de 0,3 µm) ou ULPA (efficacité de filtration ≥ 99,999 % pour les particules de 0,12 µm), garantissant que l'air fourni aux zones propres répond aux normes ISO Classe 5 (Classe 100) ou supérieures ;
Optimisation de l'organisation du flux d'air : Forme un flux unidirectionnel vertical grâce à un agencement uniforme des FFU (le taux de couverture est généralement de 60 à 100 %), « expulsant » les polluants des zones propres, et coopère avec la conception de la sortie d'air de retour pour obtenir un « effet piston » et éviter les zones mortes du flux d'air.
Référence de données : Dans les salles blanches à puces électroniques, lorsque la vitesse du vent de fonctionnement des FFU est stabilisée à 0,45 m/s, le nombre de particules ≥ 0,5 µm dans chaque pied cube d'air peut être contrôlé en dessous de 35 (conformément aux normes ISO Classe 5).
(IV) Contrôle de la pression : Une barrière critique contre la contamination croisée
Le gradient de pression est le cœur du maintien du « flux unidirectionnel » entre les zones propres et l'extérieur, ainsi qu'entre les zones de différents niveaux de propreté :
Réglage du volume d'air frais par MAU : Surveillance en temps réel des différences de pression entre les zones propres et non propres (généralement 10 à 30 Pa) grâce à des capteurs de pression différentielle, et ajustement dynamique du volume d'air frais en liaison avec des ventilateurs à fréquence variable pour garantir un environnement à pression positive (empêchant l'intrusion de la pollution externe) ;
Conception de pression hiérarchique : Une différence de pression de 5 à 10 Pa doit être définie entre les zones de différents niveaux de propreté (telles que ISO Classe 5 et ISO Classe 7) pour empêcher l'air des zones de faible propreté de pénétrer dans les zones de haute propreté ;
Mécanisme de protection d'urgence : Lorsque la différence de pression est inférieure au seuil défini, le système déclenchera automatiquement une alarme sonore et visuelle et démarrera un ventilateur de secours pour maintenir la pression, empêchant ainsi l'interruption de la production.
III. Application approfondie des technologies de contrôle intelligent
Le contrôle traditionnel des salles blanches repose sur l'inspection manuelle et le réglage manuel, ce qui est difficile à gérer face aux changements de charge dynamiques. Le système MAU + FFU + DCC réalise une gestion précise « sans personnel » grâce à une mise à niveau intelligente :
Plateforme de surveillance centralisée : Basée sur des systèmes PLC ou DCS, intégrant plus de 30 paramètres tels que la température et l'humidité de MAU, l'état de fonctionnement de FFU et le débit d'eau de DCC dans l'interface HMI, prenant en charge la visualisation des données en temps réel et la requête de courbes historiques ;
Algorithme de réglage adaptatif : Lors de la détection du démarrage ou de l'arrêt de l'équipement de production (tel que l'augmentation soudaine de la charge thermique causée par le démarrage des machines de gravure de semi-conducteurs), le système peut ajuster automatiquement le débit du serpentin MAU et la sortie DCC en 10 secondes pour maintenir la stabilité des paramètres ;
Maintenance prédictive : En analysant les données telles que le courant du ventilateur FFU et la pression différentielle du filtre, un avertissement précoce des défaillances de l'équipement (telles que le colmatage du filtre et le vieillissement du moteur) est fourni pour éviter les arrêts soudains ;
Optimisation de la consommation d'énergie : Adoptant des algorithmes d'IA pour faire correspondre dynamiquement le volume d'air frais à la charge intérieure, économisant 20 à 30 % d'énergie par rapport aux systèmes traditionnels, ce qui est particulièrement adapté au fonctionnement à long terme des grandes salles blanches.
IV. Mise en service et optimisation du système : L'étape clé de la qualification à l'excellence
Un système MAU + FFU + DCC de haute qualité nécessite des procédures de mise en service strictes pour obtenir des performances optimales :
Mise en service d'une seule machine
MAU : Tester la plage de conversion de fréquence du ventilateur (généralement 30 à 100 Hz), la résistance initiale du filtre (doit être ≤ 10 % de la valeur de conception) et la vitesse de réponse du réglage de la température et de l'humidité ;
FFU : Inspecter chaque unité pour l'uniformité de la vitesse du vent (déviation ≤ ±10 %), l'intégrité du filtre (par détection de fuite par balayage) et le niveau de bruit (doit être ≤ 65 dB) ;
DCC : Vérifier la précision du réglage du débit d'eau (±5 %) et l'efficacité de l'échange de chaleur du serpentin.
Mise en service de la liaison
Simuler des conditions de travail extrêmes (telles que le temps chaud et humide en été, le fonctionnement à pleine charge de l'équipement) pour tester et ajuster les effets de contrôle du système sur la température, l'humidité, la propreté et la pression ;
Utiliser des équipements de précision tels que des compteurs de particules (taille de particule détectable minimale de 0,1 µm) et des enregistreurs de données de température et d'humidité (intervalle d'échantillonnage de 10 s) pour enregistrer les données de plus de 50 points de surveillance dans la salle blanche ;
Optimiser les paramètres PID (tels que le coefficient proportionnel Kp, le temps intégral Ti) et ajuster les paramètres de volume d'air et de débit d'eau de MAU, FFU et DCC pour garantir un dépassement de réglage de la température ≤ 0,3 °C et un temps de récupération de l'humidité ≤ 5 min.
Optimisation continue
Établir un modèle de consommation d'énergie basé sur les données d'exploitation, en ajustant dynamiquement le nombre de FFU en fonctionnement (20 à 30 % peuvent être arrêtés dans des conditions de non-pleine charge) ;
Remplacer régulièrement les filtres (filtres primaires tous les 1 à 3 mois, filtres à moyenne efficacité tous les 6 à 12 mois, filtres à haute efficacité tous les 2 à 3 ans) pour maintenir une résistance stable du système.
Conclusion : La technologie au service de la fabrication propre
La technologie de contrôle du système MAU + FFU + DCC est le soutien essentiel pour que les salles blanches modernes passent d'une « exploitation conforme » à une « gestion allégée ». Grâce au contrôle collaboratif multidimensionnel de la température, de l'humidité, de la propreté et de la pression, combiné à une autonomisation approfondie des technologies intelligentes, le système peut fournir un environnement propre stable et fiable pour la fabrication haut de gamme et les activités de recherche scientifique.
En tant que fournisseur de services spécialisé dans la technologie des salles blanches, nous visons toujours la « précision des paramètres, l'efficacité énergétique opérationnelle et l'intelligence de la gestion », en fournissant aux clients des solutions complètes, de la conception du système et de la sélection de l'équipement à la mise en service et à l'optimisation. Si vous rencontrez des difficultés techniques ou avez des besoins en matière de contrôle environnemental des salles blanches, n'hésitez pas à nous contacter — nous utiliserons notre expérience professionnelle pour aider votre production et vos activités de recherche scientifique à atteindre de nouveaux sommets.