半导体制造过程中，光刻、刻蚀、清洗等工艺环节会产生大量酸性（如HF、HCl）和碱性（如NH₃、NH₄OH）废气。这些废气若未有效处理，不仅会腐蚀设备、污染产品，更可能威胁人员健康。然而，传统排风系统为追求高净化率，往往采用“大流量、高能耗”设计，导致电费占车间总能耗的15%-20%。如何在确保废气达标排放的同时，实现系统节能30%以上？本文从设计逻辑、技术路径与实战案例三方面，解析酸碱废气处理与节能的平衡之道。
一、酸碱废气处理的核心挑战
1.废气特性与净化需求
酸性废气：以氟化氢（HF）、氯化氢（HCl）为主，具有强腐蚀性和毒性，需通过湿式洗涤塔（碱液中和）或干式吸附（活性炭/分子筛）处理；
碱性废气：以氨气（NH₃）为主，易溶于水，通常采用酸液喷淋（如稀硫酸）或生物滤池净化；
混合废气：部分工艺（如CVD沉积）同时产生酸碱废气，需设计分段处理或复合净化工艺。
2.传统排风系统的痛点
过度设计：为覆盖极端工况，风机选型余量达30%-50%，导致长期低效运行；
能效低下：定频风机+固定风量调节，无法根据实时工艺需求动态调整；
二次污染：湿式洗涤塔排水含重金属/氟化物，需额外处理成本。
二、平衡之道：三大技术路径
1.动态风量控制：从“恒定排风”到“按需供给”
压力传感器+变频风机：在排风管道部署压差传感器，实时监测工艺设备（如光刻机、刻蚀腔）的排风需求，通过变频器调整风机转速，实现风量与废气量的精准匹配；
案例：某12英寸晶圆厂改造后，排风系统节能率达42%，年省电费80万元。
2.分级净化与余热回收：变“废气”为“资源”
分级处理设计：
一级净化：采用旋风分离器或初效过滤器，去除大颗粒污染物，降低后续处理负荷；
二级净化：针对酸碱废气分别设置湿式洗涤塔（pH自动调节）和干式吸附装置，减少药剂消耗；
余热回收：在洗涤塔排风管中集成热交换器，回收废气余热用于车间冬季供暖或工艺纯水预热，综合能效提升15%-20%。
3.智能监控与预测维护：避免“过度处理”
物联网（IoT）平台：集成风量、pH值、浓度等传感器数据，通过AI算法预测废气排放峰值，提前调整处理参数；
故障预判：分析风机振动、电流等参数，预警滤网堵塞、喷淋泵故障等问题，减少因停机维护导致的能耗波动。
三、实战案例：某8英寸晶圆厂排风系统改造
项目背景
该厂原排风系统采用定频风机+固定风量设计，年耗电量240万kWh，其中酸性废气处理单元占比60%。改造目标为：废气排放达标率100%，系统综合节能≥30%。
改造方案
替换为EC直流风机：搭配变频控制柜，实现0-100%无级调速；
增设动态风量调节阀：根据光刻、刻蚀等设备的排风需求，实时调整支管风量；
优化洗涤塔设计：采用双层喷淋+pH闭环控制，减少碱液消耗量35%；
部署能源管理平台：集成风机、喷淋泵、传感器数据，生成节能优化报告。
实施效果
节能率32%：系统年耗电量降至163万kWh，年省电费58万元；
净化效率提升：HF浓度从原0.5mg/m³降至0.1mg/m³（远低于国标1mg/m³）；
维护成本降低：滤网更换周期从1个月延长至3个月，年维护费用减少12万元。
福建永科结语
在半导体产业“双碳”目标与制造成本攀升的双重压力下，排风系统已从单一的污染控制工具，演变为兼顾环保与能效的核心设施。通过动态风量控制、分级净化与智能监控等技术融合，企业不仅能实现废气达标排放，更能将能耗成本转化为竞争优势。
