电子工厂高级别洁净室的建造

1、电子工厂高级别洁净室的建造文件2017年版本电子工厂高级别洁净室的建造特点一、高级别洁净室在电子工厂中的应用本文所指的高级别洁净室是指洁净室的洁净度高（ISO-2、3、4、5级），生产环 境温湿度的精确度高，其他一些环境参数，例如：静压差、静电、微振、电磁、噪声、 照度等参数都必须按生产工艺的要求进行严格控制的洁净室。这类面积大、环境参数 要求高的洁净室广泛地应用在电子工业厂房中，如：大规模集成电路（LE1 ）、超大规模集成电路（VLSI ）等微电子产业的电子工厂以及彩色薄膜液晶显示器（TFT-LCD）;发光二极管（LED）以及等离子技术（PDP ）等光电子产业的电子工厂之中。当今世界，微电子

2、和光电子产业已成为一个国家、一个地区国民经济和科学技术 发展的基础和平台，也是衡量一个国家和地区经济发展和科学技术水平的重要标志。 发达国家（美国、日本、以及欧洲各国）都极为重视，纷纷投入大量的人力、物力、财 力进行开发、研究和生产。我国在“十五”规划中夜明确指出“重点发展集成电路、新型 元件、器件、计算机和通信设备。”争取用1015年的时间，把我国建设成为世界电子 信息产业的强国。以超大规模集成电路为代表的微电子产业，在今后的十年中全世界年平均增长率 高达15%。到2010年全世界微电子产品的销售额将高达 60008000亿美元。到那时 我国将成为全球第二大半导体市场。而光电子是继微电子技术

3、之后近十年内迅速崛起 的新兴高科技产业，它是集固体物理、导体光学、材料力学、微细加工和微电子技术 为一体，是微电子技术和光电子技术的结合和扩展。 光电子产业以液晶显示器（LCD ）、 等离子技术（PDP）和发光二极管（LED）为代表，尤其是彩色薄膜液晶显示器（TFT-LCD ）它是微电子技术与透射式彩色液晶显示器技术的完美结合。它对生产环 境的参数，原材料的纯度以及生产设备和技术都等同甚至超过大规模集成电路的生产 要求。到2010年以光电子产业为代表的信息产品的总产值将突破 50000亿美元。我国在微电子产业方面，“八五”、“九五”、“十五”期间发展很快，继“华越”和“华虹 之后又有“中芯”、

4、“宏力”、“贝岭”、“先进”等超大规模集成电路生产线相继建成投产。在 光电子产业方面“LCD ”、PDP ”、LED”、TFT-LCD ”已成为我国光电子产业的新的增长 点，随着“吉林通海高科”TFT-LCD生产线建成投产后又有更大规模的“上广电”、“京东 方”等TFT-LCD生产线相继建成投产。深圳的“深超”和具有第六代TFT-LCD生产线的“京东方”也在建设之中。二、电子工厂高级别洁净室的建造特点（一）电子工厂生产工艺对洁净室生产环境的要求非常严格电子工厂尤其是微电子和光电子产业的电子工厂，工艺生产对大面积高洁净度洁净室所要求的生产环境不仅仅有：建筑围护、结构、空气、水以及气体、溶剂等原材

5、 料，而且还有声、光、电、磁、振等各种环境。例如：建筑形式、层高承重、围护的 装修材料；空气的洁净度、温湿度、静压力；水和气体的纯度和重金属等含量以及噪 声、照度、电磁波、微振动等等。总的来说，微电子和光电子对生产环境的要求可用“精”、“纯”、“大”来描写。建造电子工厂的高级别洁净室最重要的是要使建造的洁净室能满足生产工艺对生 产环境的严格要求，使之能高效率、高成品率地生产出高质量的电子产品。这是建造 高级别洁净室最根本的目的。下表给出了微电子、光电子生产工艺对生产环境所要求 的条件和参数：超大规模集成电路对生产环境污染控制的要求控制参数集成度4M16M64M256M1G4G特征尺寸（g）0.

6、80.550.350.250.180.150.13控制粒径（jm）0.10.10.080.080.060.04控制温度（21 °C25 °C）±).1±0.05±0.05±0.05±).05±0.05控制相对湿度（35%45% ）±2±1±1±1±1±1洁净度级别ISO-14644工作区（级）312121211通道区（级）444444维护区（级）5655555下夹层（级）787867676767防微振建筑物0.10.10.10.10.10.1设备0.010

7、.010.010.010.010.1纯水、纯气中的杂质5x10-95x10-91x10-90.1x10 -90.01x10 -9噪声dB（A）<60<60<60<60<60<60超大规模集成电路对生产环境污染控制的要求环境控制要求项目名称控制粒径（pm）洁净度（级）温度（° C）相对湿度（%）某IC前工序生产线0.1322 ±).145 ±3某TFT-LCD生产线0.3423 ±55 ±5某TFT-LCD基极生产线0.33 ； 423 ±).350 ±5某高密度磁带生产线0.5523 &#

8、177;50 ±5某彩色显示器生产线0.57 (局部5)22 ±50 ±5某磁头生产线0.3521 ±55 ±5某光导纤维生产线0.37 (局部5)24 ±7电子、光电子产品生产对生产环境的要求产品工序空气洁净度等级（级）温度（°C）相对湿度（%）相对低级别洁净室的正压（Pa）半导体材料拉单晶45 (0.3 pm)23 ±245 ±5切、磨、抛57 (0.3 pm)23 ±245 ±5清洗47 (0.3 pm)23 ±245 ±5外定35 (0.3 pm)23 &#

9、177;245 ±5前工序氧化、扩散、清洗、刻蚀、25 (0.10.3 pn)23 ±145 ±5（芯片薄膜、离子注入制造）光刻14 (0.1 0.3)23 ±145 ±5检测36 (0.10.3 m)23 ±245 ±5设备区68 (0.10.3)23 ±545 ±10封装（后划片、键合57 (0.3)21 ±150 ±5工序）封装68 (0.3)23 ±150 ±5薄膜光刻、刻蚀、剥离23 (0.1 m)23 ±145 ±5TFT-LC涂复1

10、3 (0.1)23 ±145 ±5D模块45 (0.3 jm)23 ±245 ±10组装67 (0.3 jm)23 ±245 ±5STN-LCD67 (0.3 jm)(局部 5 级)23 ±245 ±5HDD制造区34 (0.1 jm)23 ±145 ±5其他区67 (0.3 jm)23 ±145 ±10PDP核心区5 (0.3 jm)23 ±145 ±5支持区67 (0.3 jm)23 ±24560锂电池干工艺区67 (0.5 jm)23 &#

11、177;22其他区78 (0.5 jm)23 ±215彩色显涂屏电子枪装配荧光粉7 (0.5 jm)23 ±245 ±5像管锥子墨涂复防罩8 (0.5 jm)23 ±245 ±5电子仪器微型计算机装配8 (0.5 jm)2023 ±2印制线路板照像、制版、干膜78 (0.5)22 ±24060光导纤维预制棒67 (0.3)24 ±250 ±5拉丝57 (0.3)22 ±150 ±5光盘制造68 (0.3)23 ±150 ±0高密度磁带制造68 (0.5 pm)(局部

12、 5 级)23 ±150 ±0磁头生产核心区5 (0.3 pm)23 ±260 ±5清洗区6 (0.3 pm)21 ±2<70（二）电子工厂高级别洁净室的建造投资费用非常高高级别洁净室建造投资的费用很高。一般来说，4级（10级）、5级（100级）垂直单向流洁净室，其室内建筑围护装修（包括墙、顶、地、门窗等）和净化空调系 统（包括制冷和空调、净化设备、管道和配件）其建设初投资大约为1000015000元/m2;如果再加上纯水制备设备和系统管线配件，纯气的发生设备和系统管线配件、废 水废气排放设备和系统管线配件；消防系统设备管线配件；供配电和

13、自动控制系统的 设备管线配件以及集中式真空清扫系统设备配件管线等等，其单位面积的初投资可高 达 2500030000 元/m2。现以1998年已建成投资的上海某超大规模集成电路前工序生产线举例来说，其月投片（8”硅片）30000片，有洁净室面积约10000m 2,其中400m23级（1级）、4级（10级）高洁净度垂直单向流洁净室 ，另外6000m 2为6级（1000级）、7级（10000 级）非单向流洁净室。总净化送风量约 6400000m 3h。该项目总投资约100亿人民币，其中动力设备和土建部分投资约为20亿人民币。占总投资的20%。其核心部分10000m 2高级别洁净室建造投资费高达60

14、00万美元（不 含土建结构部分）折合单位面积投资为 600美元/m2大约折合人民币50000元/m2。再举目前正在建造即将竣工的深圳某精密光电有限公司建造的 TFT-LCD基板生 产线，其总面积约为800m2其中3级（1级）、4级（10级）垂直单向流洁净室的面 积约200m2;其余5级（100级）垂直单向流洁净室。除了土建结构以外洁净室的建筑围护装修、冷冻和净化空调系统、废水废气的排 放系统、纯水存钱的制备和输送系统、供配电和自动控制系统等的总投资约 3200万元 人民币，折合单位面积约40000元/m2人民币。由上述两个实例说明建造这样的微电子、光电子工厂高级别洁净室的建造投资费 用是非常高

15、的。这是另一个特点。（三）电子工厂高级别洁净室的运行管理费用非常贵因为电子工厂高级别洁净室的净化送风量大，工艺设备局部排风量大，新风量大， 湿、温度要求严格，所以送风的空气热湿度处理的冷量、热量、加湿量也大，空气输 配的能量消耗量大，运行费用很贵。还拿上述两个项目为例来说明：上海某超大规模集成电路前工序生产线 10000m 2洁净室总送风量为6400000m 3h, 空气输配的风机总耗电量为3840kw/h，全年电费为1659万元（每度电按0.6元/度计）， 空气热湿处理耗电量约8000kw/h，全年电费为3456万元。全年净化空调系统本身的 运行费用高达5115万元人民币。折合单位面积净化空

16、调系统运行费用为5115元/m2。而深圳某精密光电的基板生产线高级别洁净室面积约800m 2净化送风量1200000m 3h，新风量90000m 3h，空调冷量约为300kw/h，全年电费约130万元人 民币（每度电按0.6元/度计），而空气热湿处理的耗电量 760kw/h ,（其中：冷冻机 电量为400kw,冷冻水泵电量为130kw,冷却水泵电量为160kw，干冷水泵电量为44kw， 冷却塔电量为22kw）全年电费约为330万元人民币。全年净化空调系统运行总费用高达约460万元，折合单位面积年运行费用约为 5750元/m2。由上述两个例子来看，电子工厂高级别洁净室仅仅保持室内的洁净度、温湿度

17、每 平方米所花的运行费用就要高达 50006000元/m2人民币。由此可见它的运行管理费 用相当贵。这是第三个特点。（四）电子工厂高级别洁净室的适应性、灵活性要非常强微电子集成电路的发展规律告诉我们，每隔 23年就上一个台阶，其芯片的集成 度就要增加4倍，特征尺寸（线宽）就要缩小30%，年销售价格就要下降30%。因为, 集成电路又是发展速度十分迅速的产业，随之而来的为其服务的生产环境技术和高级 别洁净室技术也必须随之发展而发展，才能适应微电子产业的飞速发展。继微电子之后发展起来的光电子产业的发展速度比微电子产业还要快。如TFT-LCD技术每12年就更新一代，去年前年还是第五代 TFT-LCD

18、;今年就发展到 第六代产品了。因此，为其服务的生产环境技术、高级别洁净室技术必须具有极大适 应性、灵活性以满足微电子、光电子技术不断发展的要求。因为，建一个厂房，建造 一个高级别洁净室是百年大计，不是一年二年就能拆掉重建。因此，在设计和建造这 样高级别洁净室时，就应考虑到生产工艺的发展、变更，使洁净室具有很好的适应性 和灵活性。多年建造经验告诉我们，从洁净室等等都必须百分之百的满足生产工艺的 要求。保证环境参数可靠，稳定不出差错。另外，从安全角度上讲，即建筑结构承重 的安全和防火防爆防毒的安全更是十分重要的，要遵照“以人为本”的方针，保证人员的生命安全和保护工厂财产的安全更是设计、建造和使用洁

19、净室时应注意的头等大事。因此，努力降低高级别洁净室的建造投资和运行费用；努力提高洁净室的灵活性 和适应性以满足生产工艺不断发展的要求和保证高级别洁净室的安全、可靠是给洁净 室的设计和建造者提出的重要课题。三、电子工厂高级别洁净室的空调负荷特点和节能（一）洁净室的空调负荷洁净室的净化空调负荷由下面几个部分组成：1、室内负荷主要包括： 室内作业人员的散热、散湿负荷。 室内照明灯具的散热负荷。 洁净室围护结构（墙、顶、地、门、窗）的传热、传湿负荷。 生产设备和生产过程的散热、散湿负荷。2、洁净室新风处理的热、湿负荷。夏季是降温、去湿；冬季是加热、加湿。3、空气输配时风机（或FFU）的温升和水泵的温升

20、负荷。（二）高级洁净室的空调负荷特点1、高级别洁净室（100级，10级，1级）是垂直单向流洁净室，其送风机的风量非常大，高达400500次/h换气，而且风机的压头也很高，一般多在 10001500Pa，因 此风机温升的负荷大。按理论计算：在集中送风方式的系统中，风机的温升为1.5 °C，仅此一项的负荷就是500700W/m 2;如果采用FFU送风方式，风机温升的负荷也要 250350W/m 2。因此，风机温升的负荷大是起一个负荷特点。2、服务于微电子和光电子的高级别洁净室因工艺排风量大，所以新风量也很大，新风量一般在1020次/h换气；因此，处理如此多新风的负荷大约是 400800W

21、/m 2;个 别工艺的排风量更大，固新风负荷也还会更大。因此新风负荷大师其第二个负荷特点。3、生产设备和生产过程的散热、散湿负荷大，是高级别洁净室的第三个负荷特点。生 产负荷的大小是与工艺生产本身的性质、生产设备的密闭、保温、通风以及水冷却的 情况有关。4、围护结构的传热、照明灯具的散热以及作业人员的发热这三项负荷相对比较小，三 项负荷之和还不足总空调负荷的10% （其中：照明负荷大约2530W/m2;围护结构负 荷大约2030W/m 2;作业人员负荷大约1015W/m2）,这是高级别洁净室的第四个 负荷特点。（三）电子工厂高级别洁净室空调净化系统的节能研究高级别洁净室的空调净化系统节能，应首

22、先从分析其空调负荷特点入手，抓 住空调负荷中的主要矛盾，才能事半功倍。从前面可知，高级别洁净室空调负荷中占 90%以上的负荷是：新风负荷、风机温升负荷和工艺设备和工艺过程负荷三项。这是 它的主要矛盾。1、降低新风空调负荷的节能措施 减少排风量。改进工艺和工艺设备，尽可能不排风，少排风。采取密闭式防风罩在 同等的排风效果下尽量减少排风量。 减少正压漏风量。加强洁净室围护结构的密闭性，既能保持洁净室必要地正压值， 又可以减少所需要的正压漏风量。 提高新风空气处理设备的效率。2、降低风机温升负荷节能措施 在确保洁净室净度的前提下，尽量减少送风量，尽量用局部高净化来替代全面高净 化。 加强空调设备和空

23、调系统的密闭性，减少漏风量。 采取净化送风与空调送风分离的送分方案，使90%的净化送风量就近循环以减少风机温升负荷。 采用FFU加新风机组加干盘管的送风方式以减少风机温升负荷。 提高风机效率，采取变频措施。3、工艺设备和工艺过程的发热是工艺生产本身的问题，只能依靠工艺自己来解决。4、除上述措施之外，还可以采取如下措施 加强水管和风管的保温。 减少冷热源的跑、冒、滴、漏。 采取热回收，充分利用废热。 尽量利用天然能源做空调系统的遇冷和预热。如：太阳能、地下水、土壤能等。 利用蓄冰和蓄热等优惠政策。四、电子工厂高级别洁净室的消防和排烟（一）高级别洁净室消防的重要性1、洁净室尤其是高级别洁净室，多居

24、于建筑的中心部位，是无外墙、无外窗、无外门 又极为密闭的无窗厂房或密闭厂房。这样的建筑一旦发生火灾给人员的疏散带来极大 地困难，处理不好会给人员和财产带来极大的损失。2、 微电子和光电子用的高级别洁净室在生产过程中使用和产生大量的有毒有害、易燃、 易爆的特气、烷类、有机物质和酸碱气体（如上节所诉），这些物质不仅是助燃、爆 炸的物质而且还会伤及人员的生命。一旦产生火灾，后果不堪设想。3、如前所述，高级别洁净室的初投资十分昂贵，单就其基建本身单位造价就要 2500050000元/川；其中的生产设备价格贵的更加惊人，有的设备一台就数百万美元， 因此，消防对保护这样的建筑的财产损失就更加重要了。4、洁

25、净室内的静电也是诱发火灾的隐患，因此要重视静电的消除。（二）洁净室的消防措施按“洁净产房设计规范GB50073-2001 ”规定：1、在洁净室的建筑和装修上面规定：“洁净产房的耐火等级不应低于二级。”洁净室的 顶棚和壁板（包括夹心材料）应为不燃烧体，且不得采用有机复合材料。”“顶棚的耐火 极限不应低于0.4h，疏散走道的顶棚的耐火极限不应低于 1.0h，在同一个防火区分区1h，内洁净区与非洁净区之间应设置不燃烧体隔断，其墙和顶棚的耐火极限不应低于 其墙上门、窗的耐火极限不应低于 0.6h。”2、在消防条文中还规定，“在洁净室的生产层、上技术夹层和下技术夹层均应设室内消火栓灭火系统。消火栓用水量

26、10L/S，洁净厂房内各场所必须设置灭火器”。并且还 规定，“洁净厂房宜设置预作用式制动喷水灭火系统”。“洁净厂房的疏散走廊，应设置 机械防排烟设施。”“洁净室机械防排烟系统宜与通风和净化空调系统合用，但必须采取 可靠的防火安全措施。”3、还规定，“洁净室使用可燃气体处于应设可燃气体的报警装置和事故排风装置，报警装置应与相应的事故排风机联锁，”“洁净室的地面应具有导静电性，地面表层应采用 静电耗散性材料制作，其表面电阻率应为105-1012欧姆，并且设置有导电泄放和接地 措施。对地的泄放电阻值应为105-109欧姆。”“洁净室的净化空调系统应采取防静电接 地措施等。”（三）高级别洁净室的防排烟

27、前面已叙述过，在“洁净产房设计规范” GB50073-2001中明确规定：“洁净厂房的疏散 走廊应设置机械防排烟设施。”“洁净室机械防排烟系统宜与通风、净化空调系统合用， 但必须采取可靠的防火安全措施，并应符合现行的国家标准“建筑设计防火规范（GBJ-16 ）”。而在两规范中均没有明确要求洁净室一定要设置机械排烟系统。而且， 这样的洁净室净化级别高，顶棚满布高效过滤器（HEPA ），面积很大（大多在4000m2-10000川），又因生产工艺的原因，不可能划分成若干个防烟分区，因此排烟量极 大，设置排烟系统的难度很大。而且各地方的消防部门对这一要求的掌握也不尽一致。 但这一类型的洁净室往往都投保

28、于国外的保险公司，这些保险公司为了自身的的利益 都要求对洁净室设置排烟系统，否则就要提高投保费用。一般对这一的洁净室设置排 烟系统，目前常用的有下排烟和上排烟的两种方式：1、下排烟方式：下排烟一般是在洁净室的回风技术夹层（下技术夹层）或回风竖井内设置排烟口，当洁净室发生火灾时，开启排烟口，联锁启动排烟风机进行排烟。此时 新风机组继续进行补充新风，新风由 FFU送入洁净室。但是，采用下排烟方式时应特 别注意，FFU向下送风的风速应大于烟气上升的速度排烟效果好，否则烟气就会在洁 净室的顶部集聚，影响烟气的排除。一般情况下，FFU的送风速度为0.250.5m/s，而火灾的热释放只要大于3kw时烟气的

29、上升速度就会大于0.5m/s。故一般下排烟的方 式只有在火灾刚刚发生时排烟效果才好。下排烟方式在国外的集成电路参数厂采用的 较多，但国内的消防部门一般不容易接受。2、上排烟方式：上排烟一般是洁净室吊顶上设置排烟口，当洁净室发生火灾时，开启排烟口，联锁启动排烟机，此时新风机组照常运行，补充新风。因排烟气流方向与烟 气上升方向一致，因此排烟效果好。但最大的问题是排烟口的设置问题，对于非单向 流洁净室高效过滤器在吊顶上不是满布的，这一问题还容易解决，但对于高级别垂直 单向流洁净室而言，吊顶上满布了高效过滤器或FFU，排烟口的设置就成了一个大问题。还好，目前已有一些净化设备公司已经开发了FFU和排烟口相结合的产品，这就很巧妙地解决了这一难题。还有一个由于工艺的要求不能将整个大面积的洁净室划分为若干个防烟分区的问题， 目前还只能将400010000m 2的洁净室