掩膜版 (Mask) 为有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode, OLED）显示技术蒸镀工序重要的组成部分，Mask的洁净程度会严重影响产品良率，而Mask为再利用部件，所以在使用前能否清洗干净对就显得非常重要。本项目Mask清洗采用异丙醇（IPA）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）和氢氧化钾（KOH）等化学品，而 IPA 闪点为12℃，爆炸下限为2.0%，爆炸上限为12.7%，为甲类危险类别化学品，且其在清洗工序的存储量远远大于GB 50016-2014《建筑设计防火规范》 所规定的存储量，因此 Mask 清洗厂房定义为火灾危险性甲类厂房。

Mask清洗厂房在规划设计时除了要保证Mask清洗产线与 Fab 生产线运行节奏一致，同时要保证Mask 清洗线的洁净度等级、供电安全、防雷安全等，这对于甲类厂房各专业的建筑规划设计都是严峻的挑战。

洁净空调是为保证洁净室洁净度等级和环境温湿度达到工艺需求，且为厂房动力系统的能耗最大的系统。本文主要介绍某个Mask 清洗甲类厂房净化空调系统的规划设计思路和从节能的角度提出此类项目的改善方向。

1 项目简介

所介绍项目（简称：本项目）毗邻高速公路，车流量较大。厂区由 FAB 厂房、动力中心厂房、220 kV变电站、特气车间、化学品库、Mask 清洗厂房等主要建筑组成。

Mask 清洗厂房的总平面规划需要满足以下三方面：第一，为了满足 OLED 生产线的工艺要求，Mask清洗厂房须尽可能靠近Fab 厂房；第二，为了满足《公路安全管理条例》的规定，身为甲类的 Mask 清洗厂房须远离高速公路 100 m 以上；第三，Mask 清洗厂房要遵循厂区总体规划。为了满足以上要求，厂区总平面如图 1 所示。

Mask 清洗厂房占地面积3959.3 m 2 ，共 2 层，建筑总高度为23 m，离高速公路最近点为 103 m，耐火等级为二级，建筑内设自动灭火系统，每个防火分区的最大允许建筑面积为 4000 m 2。第 1 层为化学品供应间、空调机房、配电室等动力设施，第 2 层为Mask 清洗线的洁净室，屋面布置 MAU、排风机和废气处理设施。

2 净化空调系统规划设计

2.1 Mask 清洗线对洁净室的主要需求Mask 清洗线位于本栋建筑 2 层，洁净面积约为3800 m 2，工艺层层高为7.5 m。清洗线主要由 Mask cleaner、 自动化传输设备（如 Stocker、 OHS、PNP）等工艺设备组成。洁净室大环境的洁净度等级为 5.5级，面积约为 2500 m 2； OHS 区域、部分 Stocker 区域洁净度等级为 4.5 级，面积约为 720 m 2；部分Stocker 区域、 PNP 区域洁净度等级为 3.5 级，面积约为 580 m 2。洁净室的温湿度指标要求：温度23℃±2℃，相对湿度 55%±5%。Mask 清洗过程中会产生有机、碱性废气。

2.2 净化空调系统流程确定

GB 50016-2014《建筑设计防火规范》 9.1.2 条规定：甲、乙类厂房内的空气不应循环使用。因此本项目采用直流式净化空调系统，具体采用 MAU（新风空调机组）+FFU（过滤风机单元）+Exhaust（排气）形式，流程如图 2 所示。

第一，对于直流式净化空调系统，为了减少投资和运行费用，如何在保证厂房洁净度等级的前提下减少MAU 送风量（即主要减少 FFU 送风量）是在规划设计阶段重点考虑的问题。

第二，对于甲类厂房和大风量新风系统，如何进行空调设备的选型，以保证稳定、安全运行，则是对设备设计的巨大挑战。

第三，洁净室温度、湿度、压差能否有效、稳定控制是最终检验空调系统是否设计、调试成功的标尺，而控制策略是否合理则是关键。

2.3 MAU 送风量确定

由于洁净室采用直流式空调净化系统，MAU 的送风量应为FFU 送风量、洁净室排风量以及承担冷热负荷的风量之最大者与洁净室泄漏风量之和。由于FFU 送风量远远大于其他类型风量，则 MAU 送风量即为 FFU 送风量与洁净室泄漏风量之和。

对于洁净度为 3.5 级的区域，FFU 设计布置率为100%，面风速为 0.4 m/s；对于洁净度等级为 4.5 级的区域（OHS 区域和部分 Stocker 区域），FFU 设计布置率为 50%，根据工艺的不同要求，面风速分别设计为 0.45 m/s 和 0.4 m/s 两个等级；对于层高高达7.5 m 的工艺层，层高 4 m 以下及以上一半的高度按照换气次数 40 次计算送风量以保证 5.5 级洁净度等级，而未全部采用 7.5 m 的层高来计算送风量，这将降低了 FFU 的送风量。

洁净室的泄漏风量以洁净室的 1 次换气次数估算，在计算过程中，只考虑生产层层高。

根据以上计算原则，MAU 设计送风量约为186万CMH。

2.4 空调主要设备设计

MAU、FFU、排风机为净化空调系统的主要设备，其参数设计的合理性将是项目成功的关键。

MAU 系统采用 N+1 台的运行模式，因空调机房的空间原因，只能采用大风量新风处理机组，本项目选用 11 台（其中一台备用）可处理19万CMH新风的大风量MAU，其中6台布置在 Mask 清洗厂房屋面，5 台布置在一层空调机房内。

MAU的组段形式按气流方向顺序如下：进风段，初效过滤段，一级加热段，一级表冷段，水洗加湿段，二级表冷段，风机段，二级加热段，中效过滤段，高效过滤段，出风段。

在通常的电子厂房空调系统中，MAU 的作用只是处理洁净室湿负荷，MAU的二级加热段的作用是在工艺设备搬入阶段提供热量对洁净室的低冷负荷做补偿以保证洁净室温度以及在 MAU 运行时提高送风温度及相对湿度以避免送风湿度太低。

在 Mask 清洗厂房空调系统中，洁净室的冷、热、湿负荷都由 MAU 承担处理，Mask 清洗线的发热量小，因此需考虑MAU 在湿度处理完后，为保证洁净室温度就应对冷负荷作出补偿，而 MAU 二级加热段将实施此功能，也就是说二级加热段对保证洁净室温湿度起到至关重要的作用。

在国内面板显示厂房中，通常 MAU 设计最大的处理风量为12 万CMH，并且有成熟的制造、安装工艺和较多的成功案例。而19万CMH 大风量的MAU 由于体积庞大，很少在工程中用到，其实际对MAU厂商在设计、制造、安装各阶段都有不少的挑战，而且各种配套部件如盘管、水洗段、风机等也遇到同样挑战。因为篇幅所限，在此不做赘述。

Mask 清洗厂房与通常电子厂房相比，对 FFU 设计的差异主要是对防爆的要求，本项目要求 FFU 防爆等级不低于 EXⅡBT2。本项目采用某国际品牌的FFU 马达，防爆等级为EXⅡ2GcⅡBT3， 接线盒防爆等级 EXDEⅡBT4。相较于常规的 FFU 马达的结构，防爆马达要求风机叶轮与马达壳体的间隙尽可能大以降低碰擦的风险，防爆马达采用铝合金叶轮和全铜防爆进风圈以防止碰擦时产生火花，以上使得防爆马达变得比较笨重。

相较于直流马达的 FFU 系统控制，交流马达的FFU系统不能采用点对点的方式调整一台控制器连接下的所有马达转速，只能同步调整此台控制器连接下的所有马达转速，而且此系统下的一台控制器可控制的 FFU 数量远远小于直流马达系统，本项目交流马达系统中一台控制器可连接的马达数量分别为 6台和 10 台。而且此种控制方式将会产生较严重的谐波， 降低供电质量，因此需要增加有源谐波处理装置进行处理。

Mask 清洗线会产生有机、碱性等工艺废气，设置了专用的废气处理装置处理，本文不再详述。本文主要说明除了工艺废气的排风外，为保证洁净室风量平衡而采用的普通排风系统。

普通排风系统采用两组 5+1 运行模式的排风机组，单台排风机风量为 181500CMH，排风机总数量为 12 台。因排风机直接接触洁净室内的空气，为避免其成为危险源，本项目采用铝合金叶轮及带防爆圈的防爆风机。

2.5 洁净室温湿度和压差的控制策略

在洁净室调试阶段，通过多次调整 FFU 转速、MAU 送风量、 排风机转速，以保证 FFU 达到所需风速，且静压箱和洁净室的对室外压力应分别不小于10 Pa、20 Pa。

在运行阶段，调节 MAU 风机频率以维持上夹层对室外正压大于或等于 10Pa（此数值可调）， 调节排风机的频率以维持洁净室对室外正压大于或等于 20Pa（此数值可调）。

控制 MAU 送风的露点温度为洁净室的设计露点温度（13.6℃可调），MAU 的再热段的调节以保证洁净室在温度设定范围内（23℃±2℃可调）。

3 实际运行情况

Mask 清洗厂房和 Fab 厂房洁净室运行一年的温、湿度曲线如图3~图6 所示。

Mask 清洗厂房截取一周的静压箱、核心区对外压差曲线如图7、图8所示。

从以上曲线可得，Mask 清洗厂房温湿度大部分时间可控制在温度 23℃±2℃，相对湿度 55%±5%范围内，但是波动的幅度明显大于Fab 厂房，而且对室外气候的抗干扰能力差。

4 缺点及改善方向

本项目净化空调系统缺点主要如下：投资大：第一，由于采用直流空调系统，实际所用的新风量远远大于因排风需要的补风量，造成MAU 数量多；第二，防爆FFU 的造价约是普通FFU的3倍左右；第三，增加了匹配新风量的排风机。

运行能耗高：本净化空调系统的冷热负荷中，新风负荷应占了90%以上，根据当地气象资料，初步测算一年MAU 年运行费用约为 1380 万元，大约是循环空调系统运行费用的10 倍。

空调系统控制稳定性不够好：因为直流系统的缘故，受室外气候影响大，抗干扰能力差。

导致上述问题的原因是Mask清洗厂房危险等级为甲类，而根源是 Mask 清洗工艺。如果可以从改变工艺，少用或者不用易燃易爆化学品，避免定位为甲、乙类厂房，将从根源避免上述问题。

现国内 Mask 清洗已有用 HFE（氢氟醚，沸点56℃，闪点：无，爆炸极限：无，自燃温度 590℃）、NMP 清洗的案例，如果新建项目可以检讨此种清洗工艺。对于已建项目，可以考虑改造成用 HFE、NMP清洗的工艺。随之空调系统将改造成循环系统，降低运行能耗，在现有 MAU、FFU、排风机等硬件设施上进行改造，笔者认为是可以做到的。

对于必须使用易燃易爆化学品，且采用本文所述的净化空调系统的 Mask 清洗产线，有以下建议：对于已建在运行的产线，因清洗线自带 FFU 以维持清洗机内部洁净度，并且 Mask 在清洗、传送过程中，直接接触洁净室环境空气的概率不大，可以适当降低洁净室环境 FFU 的风速，以降低运行费用。但前提是需要积累 FFU 风速、洁净室环境洁净度等级、Mask清洗线、自动化内部洁净度的关联数据库，有组织地降低运行风速。目前本项目逐步将 MAU 设计新风量由186万CMH 降至100万CMH 左右，没有影响产线良率。

对于新建项目，在参考上述建议的情况下，建议提高洁净室FFU 布置率以接近全面送风， 同时降低FFU运行风速以降低洁净室环境的换气次数，目的是在保证洁净室洁净度等级的前提下，降低总新风量而使总运行费用降低，难点是需找出投资与运行费用的平衡点。