一、高級別潔凈室在電子工廠中的應用

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（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)濟和科學技術發(fā)展的基礎和平臺，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、計算機和通信設備。”爭取用10~15年的時間，把我國建設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為一體，是微電子技術和光電子技術的結(jié)合和擴展。光電子產(chǎn)業(yè)以液晶顯示器（LCD）、等離子技術（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）它是微電子技術與透射式彩色液晶顯示器技術的完美結(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)設備和技術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、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)、凈化設備、管道和配件）其建設初投資大約為10 000~15 000元/m2；如果再加上純水制備設備和系統(tǒng)管線配件，純氣的發(fā)生設備和系統(tǒng)管線配件、廢水廢氣排放設備和系統(tǒng)管線配件；消防系統(tǒng)設備管線配件；供配電和自動控制系統(tǒng)的設備管線配件以及集中式真空清掃系統(tǒng)設備配件管線等等，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的生產(chǎn)環(huán)境技術和高級別潔凈室技術也必須隨之發(fā)展而發(fā)展，才能適應微電子產(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，為其服務的生產(chǎn)環(huán)境技術、高級別潔凈室技術必須具有極大適應性、靈活性以滿足微電子、光電子技術不斷發(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，在設計和建造這樣高級別潔凈室時，就應考慮到生產(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、柱、梁等結(jié)構部分；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)的安全更是設計、建造和使用潔凈室時應注意的頭等大事。

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計和建造者提出的重要課題。

 

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