电子工厂高级别洁净室的建造

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（VLS1）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10~15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6000~8000亿美元。

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”、“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超大规模集成电路对生产环境污染控制的要求电子、光电子产品生产对生产环境的要求（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10000~15000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25000~30000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10000m²，其中400m²3级（1级）、4级（10级）高洁净度垂直单向流洁净室，另外6000m²为6级（1000级）、7级（10000级）非单向流洁净室。

总净化送风量约6400000m³/h。

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10000m²高级别洁净室建造投资费高达6000万美元（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10000m²洁净室总送风量为6400000m³/h,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800m²,净化送风量1200000m ³/h，新风量90000m³/h，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、温湿度每平方米所花的运行费用就要高达5000~6000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2~3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1~2年就更新一代，去年前年还是第五代TFT-LCD；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：①室内作业人员的散热、散湿负荷。

②室内照明灯具的散热负荷。

③洁净室围护结构（墙、顶、地、门、窗）的传热、传湿负荷。

④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400~500次/h换气，而且风机的压头也很高，一般多在1000~1500Pa，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500~700W/m²；如果采用FFU送风方式，风机温升的负荷也要250~350W/m²。

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10~20次/h换气；因此，处理如此多新风的负荷大约是400~800W/m²；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25~30W/m²；围护结构负荷大约20~30W/m²；作业人员负荷大约10~15W/m²），这是高级别洁净室的第四个负荷特点。