针对半导体设备专用自动灭火装置,其核心要求就是您提到的:无残留、不损伤精密部件、快速响应,同时不影响洁净室环境。

传统的水、泡沫或干粉灭火剂在半导体Fab(洁净室)中是完全不可接受的,因为它们会造成毁灭性的二次损害。

以下是几种主流的、符合“无残留、不损伤精密部件”要求的半导体设备专用灭火解决方案,以及它们的原理和特点:

1.惰性气体灭火系统(InertGasSystems)

原理:通过释放氮气(N₂)、氩气(Ar)或它们的混合气体(如IG-541,含52%N₂,40%Ar,8%CO₂),迅速降低防护区内的氧气浓度(通常降至15%以下),使火焰因“窒息”而熄灭。

代表介质:IG-541,纯氮气系统。

绝对无残留:气体本身是大气成分,灭火后自然通风排出,无任何残留物。

不损伤设备:不导电、不腐蚀,对最精密的晶圆、光学部件、电路板都绝对安全。

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缺点:

需要相对密闭的空间才能有效维持灭火浓度。

释放时会产生明显的压力冲击和噪音,需考虑围护结构的承压。

人员需在释放前撤离(氧气浓度过低对人体有害)。

2.化学气体灭火系统(CleanAgentSystems)

原理:通过释放氟代烷烃类化学气体(如HFC-227ea,即FM-200;或Novec1230),在火焰中通过化学中断反应来灭火。

代表介质:Novec1230、FM-200。

几乎无残留:在常温下是液体或液化气体,释放后迅速气化,蒸发后无残留。Novec1230的蒸发特性尤其出色,被称为“液体气体”。

不损伤设备:不导电、不腐蚀,对设备安全。Novec1230对电子设备的兼容性被广泛验证。

优点:

所需灭火浓度低,储瓶数量相对惰性气体系统少,占用空间小。

灭火速度快。

注意:部分化学药剂在极高温度下可能分解产生微量酸性物质,但现代洁净剂已将此影响降至极低。

3.细水雾灭火系统(WaterMistSystems)

原理:使用超微细的水雾颗粒(通常直径<100微米),通过冷却、窒息(水蒸气膨胀)和隔绝辐射热三种方式复合灭火。

特别适用于:局部应用或设备内部保护,例如光刻机、刻蚀机、扩散炉的腔体或内部空间。

微残留,低损伤:

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用水量极少(通常只有传统喷淋系统的1%),且大部分水雾会迅速蒸发。

经过处理的去离子水可避免导电和腐蚀问题。

现代系统设计得非常精准,只在故障点精准喷放,不会“淋湿”整个设备。

优点:

冷却效果好,可防止复燃。

成本通常低于气体系统,且水源易得。

对人体安全。

关键:系统水质(去离子/超纯水)、喷嘴设计、控制逻辑必须极高,确保无误触发。

原理:通过固体化学药剂的燃烧反应,释放出超细的固体盐颗粒(气溶胶)来抑制火焰的链式反应。

注意:虽然灭火高效,但通常不推荐用于最精密的半导体设备核心区域!

存在残留物:会产生非常细微的固体颗粒沉降,可能污染光学表面和精密机械部件。

释放高温:生成物温度较高。

适用场景:可能用于不太敏感的电气管廊、部分外围设施,但Fab内的核心工艺设备通常避免使用。

半导体设备灭火系统的关键设计特点

1.极早期预警与联动:

采用VESDA(极早期空气采样烟雾探测)或高灵敏度激光探测器,在火灾隐患(如过热、微粒)阶段就发出预警。

与设备本身的故障诊断系统(FDC)和厂务监控系统(FMCS)联动,自动执行预定的应急程序(如关闭电源、关闭阀门、切换排气等)。

2.精准定位与局部应用:

不是对整个房间喷放,而是针对具体发生故障的单个设备甚至设备内的特定模块进行灭火。这是保护精密部件和生产连续性的关键。

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3.专用设计与认证:

灭火系统供应商需要与半导体设备原厂(如ASML、AMAT、TEL、LAM等)紧密合作,确保系统设计与设备兼容,不干扰其正常运行。

系统本身需要符合相关标准等消防规范。

总结与建议

对于半导体设备专用的灭火,目前的主流趋势是:

设备级别/局部保护:越来越多地采用小型洁净气体模块,直接集成在设备内部。

房间级别保护:根据房间密闭性和设备价值,选择惰性气体或洁净化学气体系统。

最终选择,必须由专业的消防工程师、半导体厂务工程师和设备供应商共同评估,根据具体的设备类型、工艺风险、厂房布局和投资预算来确定最合适的“无残留、不损伤”的灭火方案。