半导体和电子洁净室代表着对控制设计者一些最富挑战的环境。这些洁净室内的工艺过程,如光刻操作和步进机都要求精确的温度、相对湿度和气流控制,机械系统必须能在宽范围的室外空气条件下工作。没有精确的温度控制,就不会有精确的湿度控制(图2)。工艺设备和空气处理设备的连续的热负荷要求制冷设备全年工作,大量的工艺排放气体需要相应的室外空气补充系统。 半导体工厂每天的连续的运转和高收入要求控制系统具有高性能和可靠性。通常要求温度和相对湿度的均匀性为±0.5℃和±2%RH。而且,因为机械系统的运行成本非常大,因此非常希望控制方案能降低运行成本。因此,这些洁净室的高端数字可编程系统一般都具有复杂的操作程序。装有报警和系统状态监视,甚至采用冗余系统来保证最大的正常工作时间和可靠性,这些都不足为奇。
图2 微机电系统制造洁净室趋势系列屏。
进行小规模研究的单班制半导体和电子洁净室的控制系统的选择取决于工艺环境要求、工艺程序或产品的价值和机械系统的复杂性。实际上精确地控制小型洁净室的环境更困难,因为它使用的空气量较低,受到局部破坏的影响更大。与生物制药工业不同,除了内部质量保证需要外,通常对数据获取和记录保持没有要求。对要求不高的环境来说,可以采用简单的机电控制,额外好处是可以安装各种采暖、通风与空调系统(HVAC)监测系统,检修系统故障。电子设定值控制器增加了更多的功能性和特性,例如当地显示和内置报警。但是它们服务技术友好性不够,一般需要手动设置,各个厂家的诊断程序也不相同。数字可编程控制在要求苛刻、需要调度、数据收集和报警监视方面表现出色。数字化程序控制的服务一般由卖主或安装承包商提供。
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