一、高級(jí)別潔凈室在電子工廠中的應(yīng)用

本文所指的高級(jí)別潔凈室是指潔凈室的潔凈度高（ISO-2、3、4、5級(jí)），生產(chǎn)環(huán)境溫濕度的精度高，其他一些環(huán)境參數(shù)，例如：靜壓差、靜電、微振、電磁、噪聲、照度等參數(shù)都必須按生產(chǎn)工藝的要求進(jìn)行嚴(yán)格控制的潔凈室。這類面積大、環(huán)境參數(shù)要求高的潔凈室廣泛地應(yīng)用在電子工業(yè)廠房中，如：大規(guī)模集成電路（LS1）、超大規(guī)模集成電路（VLS1）等微電子產(chǎn)業(yè)的電子工廠以及彩色薄膜液晶顯示器（TFT-LCD）；發(fā)光二級(jí)管（LED）以及等離子技術(shù)（PDP）等光電子產(chǎn)業(yè)的電子工廠之中。

當(dāng)今世界，微電子和光電子產(chǎn)業(yè)已成為一個(gè)國(guó)家、一個(gè)地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和平臺(tái)，也是衡量一個(gè)國(guó)家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。發(fā)達(dá)國(guó)家（美國(guó)、日本以及歐洲各國(guó)）都極為重視，紛紛投入大量的人力、物力、財(cái)力進(jìn)行開發(fā)、研究和生產(chǎn)。我國(guó)在“十五”規(guī)劃中也明確指出“重點(diǎn)發(fā)展集成電路、新型元件、器件、計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備。”爭(zhēng)取用10~15年的時(shí)間，把我國(guó)建設(shè)成為世界電子信息產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)國(guó)。

以超大規(guī)模集成電路為代表的微電子產(chǎn)業(yè)，在今后十年中全世界年平均增長(zhǎng)率高達(dá)15%。到2010年全世界微電子產(chǎn)品的銷售額將高達(dá)6 000~8 000億美元。到那時(shí)我國(guó)將成為全球第二大半導(dǎo)體市場(chǎng)。而光電子是繼微電子技術(shù)之后近十年內(nèi)迅速崛起的新興高科技產(chǎn)業(yè)，它是集固體物理、導(dǎo)波光學(xué)、材料力學(xué)、微細(xì)加工和微電子技術(shù)為一體，是微電子技術(shù)和光電子技術(shù)的結(jié)合和擴(kuò)展。光電子產(chǎn)業(yè)以液晶顯示器（LCD）、等離子技術(shù)（PDP）和發(fā)光二極管（LED）為代表，尤其是彩色薄膜液晶顯示器（TFT-LCD）它是微電子技術(shù)與透射式彩色液晶顯示器技術(shù)的完美結(jié)合。它對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的參數(shù)，原材料的純度以及生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)都等同甚至超過大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)要求。到2010年以光電子產(chǎn)業(yè)為代表的信息產(chǎn)品的總產(chǎn)值將突破50 000億美元。

我國(guó)在微電子產(chǎn)業(yè)方面，“八•五”、“九•五”“十。五”期間發(fā)展很快，繼“華越”和“華虹”之后又有“中芯”、“宏力”、“貝嶺”、“先進(jìn)”等超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)線相繼建成投產(chǎn)。在光電子產(chǎn)業(yè)方面“LCD”、“PDP”、“LED”、“TFT-LCD”已成為我國(guó)光電子產(chǎn)業(yè)的新的增長(zhǎng)點(diǎn)，隨著“吉林通海高科”TFT-LCD生產(chǎn)線建成投產(chǎn)后又有更大規(guī)模的“上廣電”、“京東方”等TFT-LCD生產(chǎn)線相繼建成投產(chǎn)。深圳的“深超”和具有第六代TFT-LCD生產(chǎn)線的“京東方”也在建設(shè)之中。

二、電子工廠高級(jí)別潔凈室的建造特點(diǎn)

（一）電子工廠生產(chǎn)工藝對(duì)潔凈室生產(chǎn)環(huán)境的要求非常嚴(yán)格

電子工廠尤其是微電子和光電子產(chǎn)業(yè)的電子工廠，工藝生產(chǎn)對(duì)大面積高潔凈度潔凈室所要求的生產(chǎn)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：建筑形式、層高承重、圍護(hù)的裝修材料；空氣的潔凈度、溫濕度、靜壓力；水和氣體的純度和重金屬等含量以及噪聲、照度、靜電、電磁波、微振動(dòng)等等。總的來說，微電子和光電子對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的要求可用“精”、“凈”、“純”、“大”來描寫。

建造電子工廠的高級(jí)別潔凈室最重要的是要使建造的潔凈室應(yīng)能滿足生產(chǎn)工藝對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的嚴(yán)格要求，使之能高效率、高成品率地生產(chǎn)出高質(zhì)量的電子產(chǎn)品。這是建造高級(jí)別潔凈室最根本的目的。下表給出了微電子、光電子生產(chǎn)工藝對(duì)生產(chǎn)環(huán)境所要求的條件和參數(shù)：

（二）電子工廠高級(jí)別潔凈室的建造投資費(fèi)用非常高

高級(jí)別潔凈室建造投資的費(fèi)用很高。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)建筑圍護(hù)裝修（包括墻、頂、地、門窗等）和凈化空調(diào)系統(tǒng)（包括制冷和空調(diào)、凈化設(shè)備、管道和配件）其建設(shè)初投資大約為10 000~15 000元/m2；如果再加上純水制備設(shè)備和系統(tǒng)管線配件，純氣的發(fā)生設(shè)備和系統(tǒng)管線配件、廢水廢氣排放設(shè)備和系統(tǒng)管線配件；消防系統(tǒng)設(shè)備管線配件；供配電和自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)備管線配件以及集中式真空清掃系統(tǒng)設(shè)備配件管線等等，其單位面積的初投資可高達(dá)25 000~30 000元/m2。

現(xiàn)以1998年已建成投產(chǎn)的上海某超大規(guī)模集成電路前工序生產(chǎn)線舉例來說，其月投片（8"硅片）30000片，有潔凈室面積約10 000 m2，其中4000 m2 3級(jí)（1級(jí)）、4級(jí)（10級(jí)）高潔凈度垂直單向流潔凈室，另外6000 m2為6級(jí)（1 000級(jí)）、7級(jí)（10 000級(jí)）非單向流潔凈室�？們艋�送風(fēng)量約6 400 000 m3/h。

該項(xiàng)目總投資約100億人民幣，其中動(dòng)力設(shè)備和土建部分投資約為20億人民幣。占總投資的20%。其核心部分10 000 m2高級(jí)別潔凈室建造投資費(fèi)高達(dá)6000萬美元（不含土建結(jié)構(gòu)部分）折合單位面積投資為6000美元/m2，大約折合人民幣50000元/m2。

再舉目前正在建造即將竣工的深圳某精密光電有限公司建造的TFT-LCD基板生產(chǎn)線，其總面積約800 m2，其中3級(jí)（1級(jí)）、4級(jí)（10級(jí)）垂直單向流潔凈室的面積約200 m2；其余為5級(jí)（100級(jí)）垂直單向流潔凈室。

除了土建結(jié)構(gòu)以外潔凈室的建筑圍護(hù)裝修、冷凍和凈化空調(diào)系統(tǒng)、廢水廢氣的排放系統(tǒng)、純水純氣的制備和輸配系統(tǒng)、供配電和自動(dòng)控制系統(tǒng)等的總投資約3200萬元人民幣，折合單位面積約40000元/ m2人民幣。

由上述兩個(gè)實(shí)例說明建造這樣的微電子、光電子工廠高級(jí)別潔凈室的建造投資費(fèi)用是非常高的。這是另一個(gè)特點(diǎn)。

（三）電子工廠高級(jí)別潔凈室的運(yùn)行管理費(fèi)用非常貴

因?yàn)殡娮庸�廠高級(jí)別潔凈室的凈化送風(fēng)量大、工藝設(shè)備局部排風(fēng)量大、新風(fēng)量大，溫、濕度要求嚴(yán)格，所以送風(fēng)的空氣熱濕處理的冷量、熱量、加濕量也大，空氣輸配的能量消耗量大，運(yùn)行費(fèi)用很貴。

還拿上述兩個(gè)項(xiàng)目為例來說明：

上海某超大規(guī)模集成電路前工序生產(chǎn)線10 000 m2潔凈室總送風(fēng)量為6 400 000 m3/h，空氣輸配的風(fēng)機(jī)總耗電量為3840 kw/h，全年電費(fèi)為1659萬元（每度電按0.6元/度計(jì)），空氣熱濕處理耗電量約8000 kw/h，全年電費(fèi)為3456萬元。全年凈化空調(diào)系統(tǒng)本身的運(yùn)行費(fèi)用高達(dá)5115萬元人民幣。折合單位面積凈化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用為5115元/ m2。

而深圳某精密光電的基板生產(chǎn)線高級(jí)別潔凈室面積約800 m2，凈化送風(fēng)量1 200 000 m3/h，新風(fēng)量90 000 m3/h，空調(diào)冷量約2 000 kw。其凈化空調(diào)系統(tǒng)空氣輸配風(fēng)機(jī)（新風(fēng)機(jī)組風(fēng)機(jī)和FFU風(fēng)機(jī)）總耗電量約為300 kw/h，全年電費(fèi)約130萬元人民幣（每度電按0.6元/度計(jì)），而空氣熱濕處理的耗電量約760kw/h，（其中：冷凍機(jī)電量為400kW，冷凍水泵電量為本130kW，冷卻水泵電量為160kW，干冷水泵電量為44kW，冷卻塔電量為22kW）全年電費(fèi)約為330萬元人民幣。全年凈化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行總費(fèi)用高達(dá)約460萬元，折合單位面積年運(yùn)行費(fèi)用約為5750元/ m2。

由上述兩個(gè)例子來看，電子工廠高級(jí)別潔凈室僅僅保持室內(nèi)的潔凈度、溫濕度每平方米所花的運(yùn)行費(fèi)用就要高達(dá)5000~6000元/ m2人民幣。由此可見它的運(yùn)行管理費(fèi)用相當(dāng)貴。這是第三個(gè)特點(diǎn)。

（四）電子工廠高級(jí)別潔凈室的適應(yīng)性、靈活性要非常強(qiáng)

微電子集成電路的發(fā)展規(guī)律告訴我們，每隔2~3年就上一個(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%，年銷售價(jià)格就要下降30%。因?yàn)�，集成電路又是發(fā)展速度十分迅速的產(chǎn)業(yè)，隨之而來的為其服務(wù)的生產(chǎn)環(huán)境技術(shù)和高級(jí)別潔凈室技術(shù)也必須隨之發(fā)展而發(fā)展，才能適應(yīng)微電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。

繼微電子之后發(fā)展起來的光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度比微電子產(chǎn)業(yè)還快。如TFT-LCD技術(shù)每1~2年就更新一代，去年前年還是第五代TFT-LCD；今年就發(fā)展到第六代產(chǎn)品了。因此，為其服務(wù)的生產(chǎn)環(huán)境技術(shù)、高級(jí)別潔凈室技術(shù)必須具有極大適應(yīng)性、靈活性以滿足微電子、光電子技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步的要求。因?yàn)�，建一個(gè)廠房，建造一個(gè)高級(jí)別潔凈室是百年大計(jì)，不是一年二年就能拆掉重建。因此，在設(shè)計(jì)和建造這樣高級(jí)別潔凈室時(shí)，就應(yīng)考慮到生產(chǎn)工藝的發(fā)展、變更，使?jié)崈羰揖哂泻芎玫倪m應(yīng)性和靈活性。多年建造經(jīng)驗(yàn)告訴我們，從潔凈室的靈活性角度可將潔凈室分為三個(gè)層次，第一個(gè)是不可變的部分，無論怎樣變化這部分是不能變化的。這就是基礎(chǔ)、柱、梁等結(jié)構(gòu)部分；第二個(gè)層次是可變便不易改變的部分。如潔凈室的圍護(hù)、裝修等；第三個(gè)層次是可變且容易改變的部分。如：電氣、動(dòng)力、空氣、水、氣體、溶劑等的供給系統(tǒng)和廢氣、廢水、廢液、廢料和排放系統(tǒng)。因此，建造電子工廠的高級(jí)別潔凈室時(shí)必須考慮到它們對(duì)生產(chǎn)工藝不斷發(fā)展的靈活性和可變性。這是第四個(gè)特點(diǎn)。

（五）電子工廠高級(jí)別潔凈室的安全性、可靠性要非常好

從前面敘述可以得出這樣一個(gè)看法和結(jié)論，即建造和使用高級(jí)別潔凈室是要付出極高的代價(jià)。但是，為了生產(chǎn)出高可靠、高質(zhì)量、高成品率的高科技電子產(chǎn)品還必須具備這樣的生產(chǎn)環(huán)境。因此，為了滿足生產(chǎn)工藝對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的嚴(yán)格要求，設(shè)計(jì)和建造潔凈室時(shí)必須把安全可靠放在第一位，即保證所建造的潔凈室的全部生產(chǎn)環(huán)境：潔凈度、溫濕度、風(fēng)速、壓力、噪聲、照度以及靜電微振、電磁等等都必須百分之百的滿足生產(chǎn)工藝的要求。保證環(huán)境參數(shù)可靠，穩(wěn)定不出差錯(cuò)。另外，從安全角度上講，即建筑結(jié)構(gòu)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“以人為本”的方針，保證人員的生命安全和保護(hù)工廠財(cái)產(chǎn)的安全更是設(shè)計(jì)、建造和使用潔凈室時(shí)應(yīng)注意的頭等大事。

因此，努力降低高級(jí)別潔凈室的建造投資和運(yùn)行費(fèi)用；努力提高潔凈室的靈活性和適應(yīng)性以滿足生產(chǎn)工藝不斷發(fā)展的要求和保證高級(jí)別潔凈室的安全、可靠是給潔凈室的設(shè)計(jì)和建造者提出的重要課題。

 

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