12英寸半导体厂节能方案研究

摘要：
近年来，半导体晶圆厂随着制程技术从8英寸演进到12英寸，厂房面积不断扩大，能耗也随之提高。厂务系统（如冰水系统、外气供应系统、排气系统等）是主要的能耗来源。在国际能源短缺和费用高涨的背景下，节能已成为高耗能半导体厂的必要措施。本研究针对一座12英寸半导体厂的洁净空调系统与厂务设施进行节能案例研究，包括：

1. 有机物处理系统采用直燃式与蓄热回收式瓦斯耗能比较；

2. 冷却水塔采用高低速运转与变频器能源消耗比较；

3. 无尘室低真空系统采用Phone Call控制泵启停；

4. 无尘室外气空调箱采用Run Around系统热回收。
   研究结果显示，案例1每年可节省瓦斯费用9,881,616元，案例2每年可节省2,398,913元，案例3每年可节省317,004元，案例4每年可节省1,738,758元。

关键词：节能，高科技，厂务系统，洁净室

1 前言

台湾拥有高密度的12英寸半导体厂，高科技产业是经济主轴。半导体厂是高度耗能的产业，但随着制程精度提高和全球经济形势变化，如何节能以降低运营成本已成为重要课题。本研究针对A、B、C三座12英寸晶圆厂的厂务系统进行比较，并提出四个节能案例进行探讨。

2 12英寸半导体厂节能案例研究

2.1 案例1：有机物处理系统（VOC）直燃式（TO）与蓄热回收式（RTO）瓦斯耗能比较

• 系统介绍：VOC系统通过吸附浓缩和氧化燃烧（>800℃）处理废气。

• 节能原理：RTO技术采用蓄热陶瓷进行高效热交换，回收燃烧后的高温排气热能，用于预热燃烧空气，显著提高热效率，节省燃料。

• 比较结果：在VOC温度和晶圆产出量接近的条件下，B厂使用RTO系统的单位晶圆瓦斯消耗量仅为A厂使用TO系统的五分之一。

• 节能效益：每月可节省瓦斯费用623,468元，预计年节省约9,881,616元。设备回收年限约为4.14年。

2.2 案例2：冷却水塔（Cooling Tower）使用高低速逻辑与变频器能源消耗比较

• 控制模式：B厂冷却水塔风扇采用高低速两段式控制，C厂采用变频器控制。

• 比较方法：比较两厂单位冷冻吨的运营成本（包含耗电、补水、排水、水处理药剂费用）。

• 比较结果：C厂（变频）的单位运营成本比B厂（高低速）低7.5%至25.3%。

• 节能效益：变频控制在部分负载（如秋冬季）节能效益更高。B厂若改装为变频控制，每年可节省约2,398,913元。设备回收年限约为4.84年。

2.3 案例3：无尘室低真空处理系统（House Vacuum）采用Phone Call控制泵启停

• 系统原状：原系统24小时全载运行，为机台保养提供真空清洁，即使在无保养需求时也持续运转，造成能源浪费。

• 节能措施：加装“Phone Call”启动控制系统，通过电话拨号触发，系统可设定运行30或60分钟后自动停止。

• 节能效益：系统每日耗电量从782.6 kWh显著降低。每年可节省电费约317,004元。此方案仅需修改电信与监控系统，回收年限为0年。

2.4 案例4：无尘室外气空调箱采用Run Around系统热回收

• 节能原理：在空调箱的预冷盘管和再热盘管之间增设循环管路与水泵，利用循环水回收排风的能量，用于预处理引入的新风，从而降低预冷负荷和再热负荷。

• 运行策略：经计算，4月至10月期间运行此系统具有节能效益，而在效益不明显的月份（如11月至3月）建议关闭循环水泵以避免额外电耗。

• 节能效益：在效益期内，每年可节省约1,738,758元。

3 结论

本研究通过四个实际案例分析了12英寸半导体厂的节能潜力，结论如下：

1. VOC处理系统采用蓄热式燃烧（RTO）可比直燃式（TO）显著节省燃料费用。

2. 冷却水塔风扇采用变频控制比高低速控制更节能。

3. 低真空系统通过Phone Call控制启停，简单有效地避免了空载能耗。

4. 外气空调箱采用Run Around热回收系统在适宜季节效益显著。
   这些节能措施不仅降低了运营成本，也为半导体厂节能减碳提供了具体、可量化的参考方案。

致谢

感谢国科会计划（NSC 97-3114-E-167-001）的经费支持。

参考文献

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