CO₂制冷机如何在半导体领域应用

　　CO₂制冷机（以二氧化碳为制冷剂的跨临界或亚临界制冷系统）在半导体领域的应用，主要体现在高能效、安全与温控稳定性等多方面优势，契合半导体制造对绿色生产、精密温控和高可靠性的严苛要求。

　　一、替代传统氟化气体

　　多地已限制高GWP制冷剂在工业设备中的使用，推动CO₂制冷技术加速落地。

　　二、用于半导体制造中的温控系统

　　虽然CO₂制冷机本身通常不直接用于晶圆工艺腔体内部冷却（如光刻机镜头冷却），但广泛集成于辅助温控基础设施中，例如：

　　1. 工业冷水机组（Chiller）

　　CO₂跨临界制冷冷水机用于为：

　　刻蚀机、薄膜沉积设备（CVD/PVD）、离子注入机等提供恒温冷却水；

　　晶圆检测/测试平台维持±0.1℃甚至±0.05℃的温度稳定性。

　　优势：运行稳定、无有毒制冷剂泄漏风险，适合洁净室环境。

　　2. 高热流密度设备散热

　　在封装（如Chiplet、3D IC）和功率器件测试中，设备功耗高、热密度大。

　　CO₂制冷系统可配合二次换热回路（如去离子水或乙二醇溶液），实现有效热量转移，避免局部过热。

　　3. 数据中心与服务器冷却（支持半导体EDA与AI训练）

　　半导体设计依赖高性能计算集群，CO₂制冷可用于液冷或间接蒸发冷却系统，PUE可优化。

　　三、与CO₂纯水清洗技术协同（注意区分）

　　需特别注意：CO₂制冷机 ≠ CO₂纯水清洗技术，二者虽都涉及CO₂，但用途不同：

　　CO₂制冷机：设备冷却、环境温控，利用CO₂相变吸热实现制冷循环

　　CO₂纯水（碳酸化DIW）：晶圆表面清洗，CO₂溶于水形成弱酸性环境，降低表面张力、去除颗粒/氧化层

　　尽管如此，两者可在同一工厂共存，共同服务于半导体制造。

　　四、技术挑战与应对

　　高压运行：CO₂跨临界循环工作压力可达**以上，对管路、压缩机、阀门材料提出更高要求。

　　解决方案：采用高强度不锈钢部件、专用CO₂压缩机。

　　能效优化：跨临界CO₂系统在高温环境下COP可能下降。

　　解决方案：引入喷射器（Ejector）、并行压缩、智能控制算法提升全年能效。

　　系统集成复杂度：需与现有水冷/风冷基础设施兼容。

　　趋势：模块化设计支持快速部署。

CO₂制冷机在半导体领域的应用，不仅满足日益严格的要求，还能通过高可靠性、低维护成本和优异的温控性能，支撑7nm以下先进制程的稳定生产。 未来，随着CO₂压缩机效率提升、系统智能化和成本下降，其在半导体温控基础设施中的渗透率将持续扩大，成为智能制造的关键一环。