电子工厂高级别洁净厂房的建造特点

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电子工厂生产工艺对受控环境的要求电子工厂如大规模集成电路(LSI)、超大规模集成电路(VLSI)等微电子(IC)工厂；液晶显示器(LCD)、彩色薄膜液晶显示器(TFT-LCD)、等离子显示器(PDP)以及发光二极管(LED)、有机电致发光显示器(OLED)、高分子有机电致发光显示器(PLED)等光电子工厂都离不开洁净的生产环境。生产所要求的环境不仅仅有：建筑围护、结构、空气、水以及气体、溶剂等原材料，而且还有声、光、电、磁、振等各种环境。例如：建筑的形式和层高、结构的承重、围护结构的装修材料；环境空气的洁净度、温湿度、静压力；水和气体的纯度和粒子、重金属的含量以及环境的噪声、照度、静电、电磁屏蔽、微振等等。总的来说，电子工厂生产工艺对环境的要求可用大、净、精、纯、严五个字来形容。·大：生产工艺要求洁净室的面积越来越大。就拿彩色薄膜液晶显示器(TFT-LCD)生产用洁净室的面积来说，5代TFT生产用洁净室的面积约28000m2；6代TFT洁净室的面积约40000m2；到了8代TFT生产用单间洁净室的面积就大到80000m2以上。洁净室内可停放20多架波音747飞机。·净：电子工厂，尤其是微电子(IC)前工序和光电子(TFT-LCD)前工序的洁净室对环境洁净度的要求越来越净。例如，12时园片超大规模集成电路前工序光刻间的洁净度要求高达1级(0．1um)也就是每立方英尺空气中≥O．1um的粒子数不能超过1颗。相当于ISO1级。·精：电子工厂生产工艺对环境空气温、湿度的控制精度要求越来越精。还以上述微电子的光刻间为例：其温度精度为士0．1℃，相对湿度的精度为士3％。·纯：大规模集成电路前工序对生产用的高纯水、高纯气体以及高纯溶剂的纯度要求越来越纯。例如：对高纯水而言，不仅对其电阻率有要求，而且对高纯水中所含粒子、细菌、重金属以及其他元素的离子成份都有严格的要求，随着生产工艺的发展，对其纯度的要求也越来越高。可谓纯之又纯。·严：电子工业生产不仅对环境的洁净度，温、湿度有严格的要求，同时对环境的声(噪声)、光(照度)、电(静电)、磁(电磁场屏蔽)、振(微振)等都有严格的要求。尤其微电子生产，对环境的分子级污染提出了新的严格的要求。分子污染是指环境空气中要严格控制例如钠(Na)元素、碳(COx)元素、硫(SOx)元素、(NOx)元素等对半导体工艺有害的元素。因此在处理空气时还要用淋水(淋自来水、淋纯净水)来吸收室外空气中的有害分子成份和用化学过滤器来吸附新风中的有害分子成份。2电子工厂高级别洁净室多采用混合流洁净室为了降低洁净室的建造初投资和运行能耗，电子工厂的高级别洁净室一般把ISO1级～ISO5级这样高净化级别的垂直单向流用在工艺生产最重要、最关键的部位，用大面积的非单向流(ISO6级～ISO8级)替代大面积的单向流，也就是把垂直单向流与非单向流组合在一个洁净室内，构成混合流洁净室。混合流洁净室的净化空调系统一般采用新风机组(MAU)加风机过滤器机组(FFU)加干冷盘管(DC)的送风方案。当前国内外微电子、光电子等大面积的生产厂房广泛采用的混合洁净室，具有调节方便、节能显著、灵活性强，适应电子工业工艺的更新换代，又能节能非生产面积和非生产空间等优点，是最佳的空气处理方案和最优秀的送风系统。·方案中的新风机组(MAU)有五大任务：(1)新风机组要有维持洁净室内的正压和补充工艺设备排风的足够新鲜空气量，以防止外面污染空气的渗入。一般情况新风量应该等于洁净室的排风量加上维持室内正压的渗漏风量之和。(2)新风机组要能确保洁净室内严格要求的相对湿度。因此夏季新风机组要有足够的降温去湿能力，在冬季还要求一定的加湿手段。(3)新风机组内要设置多级过滤器(粗效、中效、高效过滤器)以保护FFU终端的超高效过滤器。(4)新风机组要能吸收和吸附室外大气内中的有害气体成份，以消除新风中的分子污染。为此，新风机组内还应设置淋水室以吸收N、S、等有害的元素。淋水室有一级淋水和两级淋水(一级淋自来水、二级淋纯净水)，同时还要设置化学过滤器(活性炭过滤器)用以吸附新风中的有害分子成份。(5)在黄河以北，尤其是我国的东北地区，在冬季室外空气温度在零下十几度或几十度。因此，新风机组在北方需要考虑防冻预热的措施。·方案中的风机过滤器机组(FFU)就是保证洁净室内高级别的洁净度。FFU中的过滤器根据洁净度的要求，可采用高效过滤器(H14)或超高效过滤器(U15、U16、U17)对FFU性能的要求：(1)FFU出风的断面风速v≥0.45m／s；断面风速的均匀度应为士15％。(2)FFU的机外余压应≥120Pa。(3)FFU的机外噪声应≤50dB(A)。(4)FFU的风机寿命应为5000～8000小时。·方案中的干冷盘管(DC)是保证洁净室内各区域的温度及其精度的重要设备。对干盘管(DC)的要求：l、空气通过干盘管的阻力<40Pa；因此通过干盘管的风速应≤2m／s。2、通过干盘管的水初温应比洁净室内空气露点温度高1℃～2℃。3、干盘管设置时可竖放或斜放，但不可水平设置。4、干盘管下部还应设置不锈钢的滴水盘和排水系统。3

电子工厂高级别洁净室的建造费用非常高一般来说，4级(10级)、5级(100级)垂直单向流洁净室，其室内的建筑装修(墙、顶、高架地板、门窗等)，净化空调系统(制冷和空调设备、净化FFu、管道、配件、自控等)加起来的初投资大约为15000元／m2-20000元／m2，如果加上纯水制备、纯水系统、高纯气系统、废气排放系统、废水排放系统、消防系统、供配电系统、真空清扫系统等设备和管线，其单位面积的初投资可高达30000元／m2-40000元／m2。以1998年建成投产的上海某超大规模集成电路前工序的洁净室来说，其8时园片的月投片为30000片，中心部分洁净室面积为10000m2。其中3级(1级)、4级(10级)垂直单向流净化面积为4000m2；6级(1000级)、7级(10000)非单向流净化面积和6000m2。总净化送风量为6,400，000m3／h。除土建以外的初投资约6000万美元，折合每平方米面积的初投资为6000美元／m2。还有2007年竣工投产的深圳某TFT基板生产线，洁净室共800m2。其中3级(1级)洁净室200m2，4级(10级)洁净室600m2，除土建结构以外洁净室的建筑装修、冷冻、空调、净化、纯水、纯气、废水、废气、供配电、自控等设备及管线的总投资为3200万元，折合每平方米面积的初投资约40000元／m2。由上述两例说明，高级别电子工业洁净厂房的建造投资非常昂贵。如何降低建造费用是我们共同研究的课题。4

电子工厂高级别洁净室的运行能耗极大，运行费用极高因为微电子、光电子等电子工厂高级别洁净室的净化送风量大，工艺设备的排风量大，新风量大，温湿度精度很高，所以净化空调消耗的能量很大，运行费用很高。还拿上述两个项目为例：上海的超大规模集成电路前工序生产中心洁净室面积10000m2，其净化送风量为6,400，000m3／h，送风的风机耗电量为3840kW，全年电费为1659万元(每度电按0．6元计)，空调的热湿处理耗电量为8000kW，全年电费为3456万元。全年净化空调的电费加在一起为5115万元。折合每平方米面积一年的电费为5115元／m2．年。；而深圳的TFT基板生产线800m2，光净化空调系统全年耗电高达1060kW(其中：风机耗电300kW，空气热湿处理耗电760kW)；全年电费高达460万元，折合每平方米面积每年的电费为5750元／m2·年。由此，我们可以得出，这样高净化级别的电子工厂的洁净室为了保证室内的温、湿度和洁净度，其净化空调系统的能耗很高，其单位面积一年的电费就高达5000元／m2·年～6000元／m2·年。可见净化空调的运行费用很高。因此，如何节能，如何省运行耗电也是我们的另一大课题。5

电子工厂生产工艺对高级别洁净室的适应性和灵活性的要求非常强集成电路等微电子的生产工艺发展规律告诉我们，每隔2～3年生产工艺发展就要上一个台阶，其芯片的集成度就要增加4倍，特征尺寸(线宽)就要缩小30％；而继微电子之后的光电子生产工艺如薄膜液晶显示器(TFT-LCD)发展速度比微电子还要快，一般规律是每隔1～2年就要更新一代。假如去年还是第五代TFT，明年可能就发展到第六代TFT。因此，为了适应电子工业迅速发展的要求，为其服务的洁净室必须具有极好的适应性和灵活性。在洁净室设计和建造的全过程中，自始至终都要考虑到如何给电子生产工艺的发展提供更加灵性生产环境。6

电子工厂高级别洁净室建造时要特别要强调安全性和可靠性建造高级别洁净室需要巨额的初投资，使用高级别洁净室时还要付出昂贵的运行费用，其目的就是为了生产山高质量、高可靠、高成品率的电子产品。为此，设计和建造洁净室时要把高可靠性、高安伞性放在第一位。即要保证电子工业生产工艺所要求的温度、湿度、洁净度、风速、压力、噪声、照度以及静电、微振等所有受控环境参数的可靠、稳定。同时，更要从安全的角度上如：结构的承重、防火、防爆、防毒方面确保人员的生命和财产的安全。要遵照“以人为本”的方针，把人员生命和财产的安伞作为洁净室建造的头等大事来抓。7

电子工业中的微电子和光电子工艺的高科技产业，同时又是高投入、高能耗、高污染的产业，生产过程排放的废水、废气都含有大量的酸、碱、有机、重金属等有毒有害物质，这些排放物对周围环境