電子工廠高級(jí)別潔凈廠房的建造特點(diǎn)

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電子工廠生產(chǎn)工藝對(duì)受控環(huán)境的要求電子工廠如大規(guī)模集成電路(LSI)、超大規(guī)模集成電路(VLSI)等微電子(IC)工廠；液晶顯示器(LCD)、彩色薄膜液晶顯示器(TFT-LCD)、等離子顯示器(PDP)以及發(fā)光二極管(LED)、有機(jī)電致發(fā)光顯示器(OLED)、高分子有機(jī)電致發(fā)光顯示器(PLED)等光電子工廠都離不開潔凈的生產(chǎn)環(huán)境。生產(chǎn)所要求的環(huán)境不僅僅有：建筑圍護(hù)、結(jié)構(gòu)、空氣、水以及氣體、溶劑等原材料，而且還有聲、光、電、磁、振等各種環(huán)境。例如：建筑的形式和層高、結(jié)構(gòu)的承重、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的裝修材料；環(huán)境空氣的潔凈度、溫濕度、靜壓力；水和氣體的純度和粒子、重金屬的含量以及環(huán)境的噪聲、照度、靜電、電磁屏蔽、微振等等?？偟膩碚f，電子工廠生產(chǎn)工藝對(duì)環(huán)境的要求可用大、凈、精、純、嚴(yán)五個(gè)字來形容?！ご螅荷a(chǎn)工藝要求潔凈室的面積越來越大。就拿彩色薄膜液晶顯示器(TFT-LCD)生產(chǎn)用潔凈室的面積來說，5代TFT生產(chǎn)用潔凈室的面積約28000m2；6代TFT潔凈室的面積約40000m2；到了8代TFT生產(chǎn)用單間潔凈室的面積就大到80000m2以上。潔凈室內(nèi)可停放20多架波音747飛機(jī)?！簦弘娮庸S，尤其是微電子(IC)前工序和光電子(TFT-LCD)前工序的潔凈室對(duì)環(huán)境潔凈度的要求越來越凈。例如，12時(shí)園片超大規(guī)模集成電路前工序光刻間的潔凈度要求高達(dá)1級(jí)(0．1um)也就是每立方英尺空氣中≥O．1um的粒子數(shù)不能超過1顆。相當(dāng)于ISO1級(jí)。·精：電子工廠生產(chǎn)工藝對(duì)環(huán)境空氣溫、濕度的控制精度要求越來越精。還以上述微電子的光刻間為例：其溫度精度為士0．1℃，相對(duì)濕度的精度為士3％。·純：大規(guī)模集成電路前工序?qū)ιa(chǎn)用的高純水、高純氣體以及高純?nèi)軇┑募兌纫笤絹碓郊?。例如：?duì)高純水而言，不僅對(duì)其電阻率有要求，而且對(duì)高純水中所含粒子、細(xì)菌、重金屬以及其他元素的離子成份都有嚴(yán)格的要求，隨著生產(chǎn)工藝的發(fā)展，對(duì)其純度的要求也越來越高?？芍^純之又純?！?yán)：電子工業(yè)生產(chǎn)不僅對(duì)環(huán)境的潔凈度，溫、濕度有嚴(yán)格的要求，同時(shí)對(duì)環(huán)境的聲(噪聲)、光(照度)、電(靜電)、磁(電磁場屏蔽)、振(微振)等都有嚴(yán)格的要求。尤其微電子生產(chǎn)，對(duì)環(huán)境的分子級(jí)污染提出了新的嚴(yán)格的要求。分子污染是指環(huán)境空氣中要嚴(yán)格控制例如鈉(Na)元素、碳(COx)元素、硫(SOx)元素、(NOx)元素等對(duì)半導(dǎo)體工藝有害的元素。因此在處理空氣時(shí)還要用淋水(淋自來水、淋純凈水)來吸收室外空氣中的有害分子成份和用化學(xué)過濾器來吸附新風(fēng)中的有害分子成份。2電子工廠高級(jí)別潔凈室多采用混合流潔凈室為了降低潔凈室的建造初投資和運(yùn)行能耗，電子工廠的高級(jí)別潔凈室一般把ISO1級(jí)～I(xiàn)SO5級(jí)這樣高凈化級(jí)別的垂直單向流用在工藝生產(chǎn)最重要、最關(guān)鍵的部位，用大面積的非單向流(ISO6級(jí)～I(xiàn)SO8級(jí))替代大面積的單向流，也就是把垂直單向流與非單向流組合在一個(gè)潔凈室內(nèi)，構(gòu)成混合流潔凈室?；旌狭鳚崈羰业膬艋照{(diào)系統(tǒng)一般采用新風(fēng)機(jī)組(MAU)加風(fēng)機(jī)過濾器機(jī)組(FFU)加干冷盤管(DC)的送風(fēng)方案。當(dāng)前國內(nèi)外微電子、光電子等大面積的生產(chǎn)廠房廣泛采用的混合潔凈室，具有調(diào)節(jié)方便、節(jié)能顯著、靈活性強(qiáng)，適應(yīng)電子工業(yè)工藝的更新?lián)Q代，又能節(jié)能非生產(chǎn)面積和非生產(chǎn)空間等優(yōu)點(diǎn)，是最佳的空氣處理方案和最優(yōu)秀的送風(fēng)系統(tǒng)?！し桨钢械男嘛L(fēng)機(jī)組(MAU)有五大任務(wù)：(1)新風(fēng)機(jī)組要有維持潔凈室內(nèi)的正壓和補(bǔ)充工藝設(shè)備排風(fēng)的足夠新鮮空氣量，以防止外面污染空氣的滲入。一般情況新風(fēng)量應(yīng)該等于潔凈室的排風(fēng)量加上維持室內(nèi)正壓的滲漏風(fēng)量之和。(2)新風(fēng)機(jī)組要能確保潔凈室內(nèi)嚴(yán)格要求的相對(duì)濕度。因此夏季新風(fēng)機(jī)組要有足夠的降溫去濕能力，在冬季還要求一定的加濕手段。(3)新風(fēng)機(jī)組內(nèi)要設(shè)置多級(jí)過濾器(粗效、中效、高效過濾器)以保護(hù)FFU終端的超高效過濾器。(4)新風(fēng)機(jī)組要能吸收和吸附室外大氣內(nèi)中的有害氣體成份，以消除新風(fēng)中的分子污染。為此，新風(fēng)機(jī)組內(nèi)還應(yīng)設(shè)置淋水室以吸收N、S、等有害的元素。淋水室有一級(jí)淋水和兩級(jí)淋水(一級(jí)淋自來水、二級(jí)淋純凈水)，同時(shí)還要設(shè)置化學(xué)過濾器(活性炭過濾器)用以吸附新風(fēng)中的有害分子成份。(5)在黃河以北，尤其是我國的東北地區(qū)，在冬季室外空氣溫度在零下十幾度或幾十度。因此，新風(fēng)機(jī)組在北方需要考慮防凍預(yù)熱的措施?！し桨钢械娘L(fēng)機(jī)過濾器機(jī)組(FFU)就是保證潔凈室內(nèi)高級(jí)別的潔凈度。FFU中的過濾器根據(jù)潔凈度的要求，可采用高效過濾器(H14)或超高效過濾器(U15、U16、U17)對(duì)FFU性能的要求：(1)FFU出風(fēng)的斷面風(fēng)速v≥0.45m／s；斷面風(fēng)速的均勻度應(yīng)為士15％。(2)FFU的機(jī)外余壓應(yīng)≥120Pa。(3)FFU的機(jī)外噪聲應(yīng)≤50dB(A)。(4)FFU的風(fēng)機(jī)壽命應(yīng)為5000～8000小時(shí)?！し桨钢械母衫浔P管(DC)是保證潔凈室內(nèi)各區(qū)域的溫度及其精度的重要設(shè)備。對(duì)干盤管(DC)的要求：l、空氣通過干盤管的阻力<40Pa；因此通過干盤管的風(fēng)速應(yīng)≤2m／s。2、通過干盤管的水初溫應(yīng)比潔凈室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度高1℃～2℃。3、干盤管設(shè)置時(shí)可豎放或斜放，但不可水平設(shè)置。4、干盤管下部還應(yīng)設(shè)置不銹鋼的滴水盤和排水系統(tǒng)。3

電子工廠高級(jí)別潔凈室的建造費(fèi)用非常高一般來說，4級(jí)(10級(jí))、5級(jí)(100級(jí))垂直單向流潔凈室，其室內(nèi)的建筑裝修(墻、頂、高架地板、門窗等)，凈化空調(diào)系統(tǒng)(制冷和空調(diào)設(shè)備、凈化FFu、管道、配件、自控等)加起來的初投資大約為15000元／m2-20000元／m2，如果加上純水制備、純水系統(tǒng)、高純氣系統(tǒng)、廢氣排放系統(tǒng)、廢水排放系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、真空清掃系統(tǒng)等設(shè)備和管線，其單位面積的初投資可高達(dá)30000元／m2-40000元／m2。以1998年建成投產(chǎn)的上海某超大規(guī)模集成電路前工序的潔凈室來說，其8時(shí)園片的月投片為30000片，中心部分潔凈室面積為10000m2。其中3級(jí)(1級(jí))、4級(jí)(10級(jí))垂直單向流凈化面積為4000m2；6級(jí)(1000級(jí))、7級(jí)(10000)非單向流凈化面積和6000m2?？們艋惋L(fēng)量為6,400，000m3／h。除土建以外的初投資約6000萬美元，折合每平方米面積的初投資為6000美元／m2。還有2007年竣工投產(chǎn)的深圳某TFT基板生產(chǎn)線，潔凈室共800m2。其中3級(jí)(1級(jí))潔凈室200m2，4級(jí)(10級(jí))潔凈室600m2，除土建結(jié)構(gòu)以外潔凈室的建筑裝修、冷凍、空調(diào)、凈化、純水、純氣、廢水、廢氣、供配電、自控等設(shè)備及管線的總投資為3200萬元，折合每平方米面積的初投資約40000元／m2。由上述兩例說明，高級(jí)別電子工業(yè)潔凈廠房的建造投資非常昂貴。如何降低建造費(fèi)用是我們共同研究的課題。4

電子工廠高級(jí)別潔凈室的運(yùn)行能耗極大，運(yùn)行費(fèi)用極高因?yàn)槲㈦娮?、光電子等電子工廠高級(jí)別潔凈室的凈化送風(fēng)量大，工藝設(shè)備的排風(fēng)量大，新風(fēng)量大，溫濕度精度很高，所以凈化空調(diào)消耗的能量很大，運(yùn)行費(fèi)用很高。還拿上述兩個(gè)項(xiàng)目為例：上海的超大規(guī)模集成電路前工序生產(chǎn)中心潔凈室面積10000m2，其凈化送風(fēng)量為6,400，000m3／h，送風(fēng)的風(fēng)機(jī)耗電量為3840kW，全年電費(fèi)為1659萬元(每度電按0．6元計(jì))，空調(diào)的熱濕處理耗電量為8000kW，全年電費(fèi)為3456萬元。全年凈化空調(diào)的電費(fèi)加在一起為5115萬元。折合每平方米面積一年的電費(fèi)為5115元／m2．年。；而深圳的TFT基板生產(chǎn)線800m2，光凈化空調(diào)系統(tǒng)全年耗電高達(dá)1060kW(其中：風(fēng)機(jī)耗電300kW，空氣熱濕處理耗電760kW)；全年電費(fèi)高達(dá)460萬元，折合每平方米面積每年的電費(fèi)為5750元／m2·年。由此，我們可以得出，這樣高凈化級(jí)別的電子工廠的潔凈室為了保證室內(nèi)的溫、濕度和潔凈度，其凈化空調(diào)系統(tǒng)的能耗很高，其單位面積一年的電費(fèi)就高達(dá)5000元／m2·年～6000元／m2·年?？梢妰艋照{(diào)的運(yùn)行費(fèi)用很高。因此，如何節(jié)能，如何省運(yùn)行耗電也是我們的另一大課題。5

電子工廠生產(chǎn)工藝對(duì)高級(jí)別潔凈室的適應(yīng)性和靈活性的要求非常強(qiáng)集成電路等微電子的生產(chǎn)工藝發(fā)展規(guī)律告訴我們，每隔2～3年生產(chǎn)工藝發(fā)展就要上一個(gè)臺(tái)階，其芯片的集成度就要增加4倍，特征尺寸(線寬)就要縮小30％；而繼微電子之后的光電子生產(chǎn)工藝如薄膜液晶顯示器(TFT-LCD)發(fā)展速度比微電子還要快，一般規(guī)律是每隔1～2年就要更新一代。假如去年還是第五代TFT，明年可能就發(fā)展到第六代TFT。因此，為了適應(yīng)電子工業(yè)迅速發(fā)展的要求，為其服務(wù)的潔凈室必須具有極好的適應(yīng)性和靈活性。在潔凈室設(shè)計(jì)和建造的全過程中，自始至終都要考慮到如何給電子生產(chǎn)工藝的發(fā)展提供更加靈性生產(chǎn)環(huán)境。6

電子工廠高級(jí)別潔凈室建造時(shí)要特別要強(qiáng)調(diào)安全性和可靠性建造高級(jí)別潔凈室需要巨額的初投資，使用高級(jí)別潔凈室時(shí)還要付出昂貴的運(yùn)行費(fèi)用，其目的就是為了生產(chǎn)山高質(zhì)量、高可靠、高成品率的電子產(chǎn)品。為此，設(shè)計(jì)和建造潔凈室時(shí)要把高可靠性、高安傘性放在第一位。即要保證電子工業(yè)生產(chǎn)工藝所要求的溫度、濕度、潔凈度、風(fēng)速、壓力、噪聲、照度以及靜電、微振等所有受控環(huán)境參數(shù)的可靠、穩(wěn)定。同時(shí)，更要從安全的角度上如：結(jié)構(gòu)的承重、防火、防爆、防毒方面確保人員的生命和財(cái)產(chǎn)的安全。要遵照“以人為本”的方針，把人員生命和財(cái)產(chǎn)的安傘作為潔凈室建造的頭等大事來抓。7

電子工業(yè)中的微電子和光電子工藝的高科技產(chǎn)業(yè)，同時(shí)又是高投入、高能耗、高污染的產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)過程排放的廢水、廢氣都含有大量的酸、堿、有機(jī)、重金屬等有毒有害物質(zhì)，這些排放物對(duì)周圍環(huán)境