一、高級別潔凈室在電子工廠中的應(yīng)用

本文所指的高級別潔凈室是指潔凈室的潔凈度高（ISO-2、3、4、5級），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)工藝的要求進行嚴格控制的潔凈室。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。

當今世界，微電子和光電子產(chǎn)業(yè)已成為一個國家、一個地區(qū)國民經(jīng)濟和科學技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和平臺，也是衡量一個國家和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和科學技術(shù)水平的重要標志。發(fā)達國家（美國、日本以及歐洲各國）都極為重視，紛紛投入大量的人力、物力、財力進行開發(fā)、研究和生產(chǎn)。我國在“十五”規(guī)劃中也明確指出“重點發(fā)展集成電路、新型元件、器件、計算機和通信設(shè)備。”爭取用10~15年的時間，把我國建設(shè)成為世界電子信息產(chǎn)業(yè)的強國。

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率高達15%。到2010年全世界微電子產(chǎn)品的銷售額將高達6 000~8 000億美元。到那時我國將成為全球第二大半導體市場。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、導波光學、材料力學、微細加工和微電子技術(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”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”已成為我國光電子產(chǎn)業(yè)的新的增長點，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、電子工廠高級別潔凈室的建造特點

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

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、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、微振動等等�？偟膩碚f，微電子和光電子對生產(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)工藝對生產(chǎn)環(huán)境的嚴格要求，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)工藝對生產(chǎn)環(huán)境所要求的條件和參數(shù)：

（二）電子工廠高級別潔凈室的建造投資費用非常高

高級別潔凈室建造投資的費用很高。一般來說，4級（10級）`5級（100級）垂直單向流潔凈室，其室內(nèi)建筑圍護裝修（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（1級）、4級（10級）高潔凈度垂直單向流潔凈室，另外6000 m2為6級（1 000級）、7級（10 000級）非單向流潔凈室�？們艋�送風量約6 400 000 m3/h。

該項目總投資約100億人民幣，其中動力設(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高級別潔凈室建造投資費高達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（1級）、4級（10級）垂直單向流潔凈室的面積約200 m2；其余為5級（100級）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。

由上述兩個實例說明建造這樣的微電子、光電子工廠高級別潔凈室的建造投資費用是非常高的。這是另一個特點。

（三）電子工廠高級別潔凈室的運行管理費用非常貴

因為電子工廠高級別潔凈室的凈化送風量大、工藝設(shè)備局部排風量大、新風量大，溫、濕度要求嚴格，所以送風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，運行費用很貴。

還拿上述兩個項目為例來說明：

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

而深圳某精密光電的基板生產(chǎn)線高級別潔凈室面積約800 m2，凈化送風量1 200 000 m3/h，新風量90 000 m3/h，空調(diào)冷量約2 000 kw。其凈化空調(diào)系統(tǒng)空氣輸配風機（新風機組風機和FFU風機）總耗電量約為300 kw/h，全年電費約130萬元人民幣（每度電按0.6元/度計），而空氣熱濕處理的耗電量約760kw/h，（其中：冷凍機電量為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）全年電費約為330萬元人民幣。全年凈化空調(diào)系統(tǒng)運行總費用高達約460萬元，折合單位面積年運行費用約為5750元/ m2。

由上述兩個例子來看，電子工廠高級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行費用就要高達5000~6000元/ m2人民幣。由此可見它的運行管理費用相當貴。這是第三個特點。

（四）電子工廠高級別潔凈室的適應(yīng)性、靈活性要非常強

微電子集成電路的發(fā)展規(guī)律告訴我們，每隔2~3年就上一個臺階，其芯片的集成度就要增加4倍，特征尺寸（線寬）就要縮小30%，年銷售價格就要下降30%。因為，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)展進步的要求。因為，建一個廠房，建造一個高級別潔凈室是百年大計，不是一年二年就能拆掉重建。因此，在設(shè)計和建造這樣高級別潔凈室時，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)驗告訴我們，從潔凈室的靈活性角度可將潔凈室分為三個層次，第一個是不可變的部分，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；第二個層次是可變便不易改變的部分。如潔凈室的圍護、裝修等；第三個層次是可變且容易改變的部分。如：電氣、動力、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別潔凈室時必須考慮到它們對生產(chǎn)工藝不斷發(fā)展的靈活性和可變性。這是第四個特點。

（五）電子工廠高級別潔凈室的安全性、可靠性要非常好

從前面敘述可以得出這樣一個看法和結(jié)論，即建造和使用高級別潔凈室是要付出極高的代價。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)工藝對生產(chǎn)環(huán)境的嚴格要求，設(shè)計和建造潔凈室時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。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工廠財產(chǎn)的安全更是設(shè)計、建造和使用潔凈室時應(yīng)注意的頭等大事。

因此，努力降低高級別潔凈室的建造投資和運行費用；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別潔凈室的安全、可靠是給潔凈室的設(shè)計和建造者提出的重要課題。

 

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