在半导体大宗气站，会用到许多压缩气体，分为工艺气，如PO2、PN2、PAR、PH2、PHE、PCDA和非工艺气CDA、GN2、GO2。本文主要阐述CDA/PCDA的应用及其供应流程。

CDA/PCDA的应用

CDA主要在客户FAB内供给气动设备驱动及吹扫(purge)，气体燃烧助燃等。

PCDA主要作用为与芯片接触的工艺用途等。

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随着半导体制程的发展，对大宗气体的杂质指标要求越来越严格，下表举例说明对于压缩空气的纯度要求。

空气中的水分比例

压缩空气系统工艺流程

气体通过压缩机压缩至所需压力后，空气进入冷干机和干燥机，除去水分。

干燥后，压缩空气经过过滤器进行初滤，然后通过调压阀达到客户所需压力后，供应给客户。

在客户现场，通过设置了后端过滤器，可以阻止更小尺寸的颗粒物。大宗气对于空气空气中的颗粒物、水分等指标要求非常严格。通过设置CQC连续监控气体的品质。

压力控制

气体供应商依据气体供应合同来保证客户供气压力的需求，通常采用双路调压阀，两个调压阀同时在线，两个调压阀不同时工作，当一个失效，另一个调压阀可立即动作。

一般两个调压阀会设定不同的压力。

同时安装缓冲罐以补偿客户流量的突然增大或产气量的突然变小（例如：客户峰值流量或设备宕机导致的产气量减小），为此，通常需安装一个增压机，在缓冲罐压力低于设定压力时启动增压机给缓冲罐增压。

空气压缩机

通常半导体工业使用无润滑油空压机，如果使用有润滑油的压缩机，那么需要配置后端过滤器，后面跟着活性炭吸附剂来阻止油的进入，如果使用活性炭，就必须再增加两个过滤器，用来除去活性炭小颗粒。

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能效改善10种方法

1.减少空载运行时间

工业压缩空气系统对空气的需求通常会有所波动，减少空载运行时间是优化能效的第一步。压缩机控制器提供了用户友好型方式来减少空载运行时间。

2.减少漏气

泄漏是旧式压缩空气系统中较大的能源浪费源，据估算，压缩空气总耗量的20%可能会因泄漏而损失。

3.减少压力

根据大多数压缩机的经验，压力每降低1巴（14.5psi）即可节省7%的用电量。

4.通过热回收将压缩热转化为有效能

制造商实现节能的好机会就在于回收空气压缩机产生的废热，可回收的电能取决于压缩机的大小和运行时间。

5.确保所安装的压缩机尺寸正确

压缩机生命周期总成本的70%用于能源，因此选择合适尺寸的压缩机将尽大可能地降低运行成本。

6.确保采用了正确类型的压缩机技术

不同行业对空压机的需求是不同，应根据行业特性选择更适合的压缩机类型，避免产生额外的成本。

7.考虑变速驱动压缩机

大多数生产过程在不同的时段内会有不同的需求，若将定速压缩机替换为变速驱动装置，则可节省大量成本，因其仅在需要时才产生压缩空气。

8.准确的压缩空气用量预估

压缩空气用量不能仅凭猜测得出。为了找到提高效率的方法，需对系统进行评估或审核。

9.享受现代压缩空气设备带来的好处

压缩空气装置采用或更新新技术后可以减少高达四分之一的能耗。

10.定期维护

解决压缩空气供应的好方法是妥善管理好压缩空气设备，这意味着需要进行定期的预防性维护。

低温型冷冻机

在低温冷冻机工艺段，空气通过节流膨胀后温度降低，所含水分大部分被冷凝除去，下面是冷冻机工艺流程图。

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制冷剂三个区及制冷循环过程

水分去除流程

水分去除三招

一、过压缩

将压力增加到高于所需压缩空气压力的水平。在更高的压力下，水滴会被去除。在下一步中，将压力降低到所需的压缩空气压力。从这一阶段开始，由于相对湿度下降到％以下，压缩空气中仅存在水蒸气。

二、冷却

因为压缩空气被冷却到较低的温度。在此较低的温度下，相对湿度超过％，并形成水滴。那些水滴被收集并且去除。在下一步中，压缩空气的温度再次升高。从这一阶段开始，一旦相对湿度下降到％以下，压缩空气中仅存在水蒸气。

三、化学干燥

在该方法中，通过具有吸收或吸附性的某种物质来除去水分。通过吸收，水分被吸收在吸湿性液体或粉末中。水分附着在该材料上，需要除去并用新材料代替以进行进一步操作。通过吸附，水分被吸湿性珠粒捕获。

水分分子通过扩散运入孔中，并通过物理结合和毛细管凝聚而积累。在这种情况下，当珠粒饱和时，必须对其进行再生，然后才能再次开始吸附。可以通过加热磁珠或向磁珠上方输送干燥空气来完成再生。在这两种情况下，水分子被去除。

吸附式干燥机

干燥机通过左右切换的全自动控制系统，能使压缩气体交替地流过两个装满吸附剂的垂直桶体，将气体中夹带的蒸汽状态的水份吸附掉，在干燥机的出口处会得到持续干燥的符合使用露点要求的干燥气体。

干燥机正常工作时，始终有一个塔处于通气干燥工作状态。而另一个塔处于再生状态并释放出之前吸附的水分，或者是再生完成后处于保压待机状态。

吸附塔通常装填有硅胶，活性氧化铝及分子筛，多层装填，逐层吸附，确保露点足够低。

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吸附式干燥机再生

干燥机入口的温度对水分的吸收有什么影响？

入口温度升高20F(11℃），分子筛饱和水含量翻倍，比如：

进气压力在7Barg（7kgf/cm2）时，

℉(37.8℃)=0.g/Nm3饱和水含量

℉(48.9℃)=0.g/Nm3饱和水含量

最佳温度为80℉(26.7℃)=0.g/Nm3饱和水含量

所以我们需要控制干燥器进口温度。我们安装温度传感器，并设定报警信号，干燥器标准温度设定为26℃。不同型号会有细微差异，具体参考设备手册。

后备电力系统

电力供应对工厂至关重要，如果断电，整个工厂会停止运行，所以必须保证电力供应的可靠性：

电力供应可靠的供应模式是从两个不同的独立变电站以两路独立的高压进线供应，设置配套独立的两套高压变压器。当一路故障时，我们可以切换到另一路，来保证供电的可靠性。

工厂配备柴油发电机，在停电期间供应CDA系统。

缓冲罐作CDA后备

用高压缓冲罐作为后备，当压缩机宕机，根据缓冲的容量，以及顾客的需求，计算可以供应的时间。

根据停电倒闸的时间设置缓冲罐的安全余量，在缓冲罐的前端有一个增压机，当缓冲罐的压力低于我们设定的安全量时，启动增压机增压。

后备增压机

增压机本身作用系统备用，通常采用活塞机较多，活塞机的特点：高压力、中小流量。输出压力存在脉动。

后备系统液氮

使用氮气作为CDA备用源可以提高可靠性，但同时氮气也能造成很严重的危害。

所以当我们用氮气时，风险分析是有必要的，而且是强制的，根据缓解危害的方式，有不限于以下的几点：

确保在FAB里面有足够的气体探测系统

有相关的快速应急预案，ERT人员及ERT装备

非紧急情况，氮气禁止使用，正常情况下界面阀保持关闭，挂牌上锁，同时有相应的人对此负责

受到影响的区域需要进行识别，有明确的标识，并控制进入现场的人员。

如果使用氮气，应该通知客户，装置经理，操作人员和其他相关的技术人员，采取必要的安全措施并取得他们的同意。

供应氮气的时间要严格控制，在此期间，需要有人监控氧气浓度直到供应结束。

需要安装紧急切断阀，以防发现泄漏和氧气含量超标，可以立即切断。

为确保可靠性，我们需要考虑对空气和氮气的交叉污染，在这两种气体之前需要安装单向阀或双截止阀。

应该注意防止冷脆的措施，不管是从可靠性和安全考虑。

注：如有侵权请告知，谢谢

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