電子工廠高品質(zhì)別潔凈室的建造特點(diǎn)

（一）電子工廠生產(chǎn)工藝對潔凈室生產(chǎn)環(huán)境的特點(diǎn)

電子工廠尤其是微電子和光電子產(chǎn)業(yè)電子工廠潔凈室的生產(chǎn)環(huán)境有以下特點(diǎn)：

排名靠前，生產(chǎn)工藝對單體潔凈室面積的要求越來越大，例如，五代線TFT單體潔凈室的面積為38000m2,而六代線單體潔凈室的面積為50000m2,到了八代線單體潔凈室的面積就高達(dá)80000m2。

第二，生產(chǎn)工藝對潔凈室潔凈度的要求越來越高，隨著工藝的發(fā)展?jié)崈羰业臐崈舳扔蒊SO5級提到ISO4級,ISO3級,有的部分甚至要求到ISO2級,ISO1級(>0.1nm的粒子數(shù),< 10Pc/m3)。

第三，生產(chǎn)工藝對潔凈室內(nèi)溫度，相對濕度的精度的要求越來越精，溫度精度從+0.5c提高到+0.2c或+0.1c，而相對濕度從+5%提高到+3%或+2%。第四，生產(chǎn)環(huán)境不僅僅對建筑圍護(hù)、結(jié)構(gòu)、空氣、水以及氣體、溶劑等原材料有要求，而且對聲、光、電、磁、振等各種環(huán)境都有嚴(yán)格的要求。

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、c磁波、微振動等等。總的來說，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。第五，電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，還進(jìn)一步要求為其服務(wù)的潔凈室要有的另活性，能適應(yīng)電子工業(yè)飛速發(fā)展的需要。

建造電子工廠的高品質(zhì)別潔凈室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(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。這是建造高品質(zhì)別潔凈室很根本的目的。

高品質(zhì)別潔凈室建造投資的費(fèi)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(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（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惋L(fēng)量約6 400 000 m3/h。

該項(xiàng)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高品質(zhì)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（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(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(shí)例說明建造這樣的微電子、光電子工廠高品質(zhì)別潔凈室的建造投資費(fèi)用是非常高的。這是另一個特點(diǎn)。

（三）電子工廠高品質(zhì)別潔凈室的運(yùn)行管理費(fèi)用非常貴

因?yàn)殡娮庸S高品質(zhì)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），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)線高品質(zhì)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），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。

由上述兩個例子來看，電子工廠高品質(zhì)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。這是第三個特點(diǎn)。

（四）電子工廠高品質(zhì)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?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)和高品質(zhì)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，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)、高品質(zhì)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)?，建一個廠房，建造一個高品質(zhì)別潔凈室是大計，不是一年二年就能拆掉重建。因此，在設(shè)計和建造這樣高品質(zhì)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(yàn)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，排名靠前個是不可變的部分，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(hù)、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，建造電子工廠的高品質(zhì)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(diǎn)。

（五）電子工廠高品質(zhì)別潔凈室的性、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，即建造和使用高品質(zhì)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(yán)格要求，設(shè)計和建造潔凈室時必須把可靠放在排名靠前位，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。另外，從角度上講，即建筑結(jié)構(gòu)承重的和防火防爆防毒的更是十分重要的，要遵照“以人為本”的方針，保證人員的生命和保護(hù)工廠財產(chǎn)的更是設(shè)計、建造和使用潔凈室時應(yīng)注意的頭等大事。

因此，努力降低高品質(zhì)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)展的要求和保證高品質(zhì)別潔凈室的、可靠是給潔凈室的設(shè)計和建造者提出的重要課題。

三、電子工廠高品質(zhì)別潔凈室的空調(diào)負(fù)荷特點(diǎn)和節(jié)能

（一）潔凈室的空調(diào)負(fù)荷

潔凈室的凈化空調(diào)負(fù)荷由下面幾部分組成：

1、室內(nèi)負(fù)荷

主要包括：

① 室內(nèi)作業(yè)人員的散熱、散濕負(fù)荷。

② 室內(nèi)照明燈具的散熱負(fù)荷。

③ 潔凈室圍護(hù)結(jié)構(gòu)（墻、頂、地、門、窗）的傳熱、傳濕負(fù)荷。

④ 生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程的散熱、散濕負(fù)荷。

2、潔凈室新風(fēng)處理的熱、濕負(fù)荷。夏季是降溫去濕；冬季是加熱、加濕。

3、空氣輸配時風(fēng)機(jī)（或FFU）的溫升和水泵的溫升負(fù)荷。

（二）高品質(zhì)潔凈室的空調(diào)負(fù)荷特點(diǎn)

1、高品質(zhì)別潔凈室（100級，10級，1級）是垂直單向流潔凈室，其送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量非常大，高達(dá)400~500次/h換氣，而且風(fēng)機(jī)的壓頭也很高，一般多在1000~1500Pa，因此風(fēng)機(jī)溫升的負(fù)荷大。按理論計算：在集中送風(fēng)方式的系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)的溫升為1.5℃，僅此一項(xiàng)的負(fù)荷就是500~700W/m2；如果采用FFU送風(fēng)方式，風(fēng)機(jī)溫升的負(fù)荷也要150~250 W/m2。因此，風(fēng)機(jī)溫升的負(fù)荷大是其一個負(fù)荷特點(diǎn)。

2、服務(wù)于微電子和光電子的高品質(zhì)別潔凈室因工藝排風(fēng)量大，所以新風(fēng)量也很大，新風(fēng)量一般在10~20次/h換氣；因此，處理如此多新風(fēng)的負(fù)荷大約為400~800 W/m2；個別工藝的排風(fēng)量更大，固新風(fēng)負(fù)荷也還會更大。因此新風(fēng)負(fù)荷大是其第二個負(fù)荷特點(diǎn)。

3、生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程的散熱、散濕負(fù)荷大，是高品質(zhì)別潔凈室的第三個負(fù)荷特點(diǎn)。生產(chǎn)負(fù)荷的大小是與工藝生產(chǎn)本身的性質(zhì)、生產(chǎn)設(shè)備的密閉、保溫、通風(fēng)以及水冷卻的情況有關(guān)。

4、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱、照明燈具的散熱以及作業(yè)人員的發(fā)熱這三項(xiàng)負(fù)荷相對比較小，三項(xiàng)負(fù)荷之和還不足總空調(diào)負(fù)荷的10%（其中：照明負(fù)荷大約25~30 W/m2；圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷大約20~30 W/m2；作業(yè)人員負(fù)荷大約10~15 W/m2），這是高品質(zhì)別潔凈室第四個負(fù)荷特點(diǎn)。

（三）電子工廠高品質(zhì)別潔凈室空調(diào)凈化系統(tǒng)的節(jié)能

研究高品質(zhì)別潔凈室的空調(diào)凈化系統(tǒng)節(jié)能，應(yīng)首先從分析其空調(diào)負(fù)荷特點(diǎn)入手，抓住空調(diào)負(fù)荷中的主要矛盾，才能事半功倍。從前面可知，高品質(zhì)別潔凈室空調(diào)負(fù)荷中占90%以上的負(fù)荷是：新風(fēng)負(fù)荷、風(fēng)機(jī)溫升負(fù)荷和工藝設(shè)備和工藝過程負(fù)荷三項(xiàng)。這是它的主要矛盾。

1、降低新風(fēng)空調(diào)負(fù)荷的節(jié)能措施

① 減少排風(fēng)量。改進(jìn)工藝和工藝設(shè)備，盡可能不排風(fēng)，少排風(fēng)。采取密閉式排風(fēng)罩在同等的排風(fēng)效果下盡量減少排風(fēng)量。

② 減少正壓漏風(fēng)量。加強(qiáng)潔凈室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的密封性，既能保持潔凈室必要的正壓值，又可減少所需的正壓漏風(fēng)量。

③ 提高新風(fēng)空氣處理設(shè)備的效率。

2、降低風(fēng)機(jī)溫升負(fù)荷的節(jié)能措施

① 在確保潔凈室潔凈度的前提下，盡量減少送風(fēng)量，盡量用局部高凈化來替代完整高凈化。

② 加強(qiáng)空調(diào)設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)的密閉性，減少漏風(fēng)量。

③ 采取凈化送風(fēng)與空調(diào)送風(fēng)分離的送風(fēng)方案，使90%的凈化送風(fēng)量就近循環(huán)以減少風(fēng)機(jī)溫升負(fù)荷。

④ 采用FFU加新風(fēng)機(jī)組加干盤管的送風(fēng)方式以減少風(fēng)機(jī)溫升負(fù)荷。

⑤ 提高風(fēng)機(jī)效率，采取變頻措施。

3、工藝設(shè)備和工藝過程的發(fā)熱是工藝生產(chǎn)本身的問題，只能依靠工藝自己來解決。

4、除上述措施之外，還可采取如下措施

① 加強(qiáng)水管和風(fēng)管的保溫。

② 減少冷熱源的跑、冒、滴、漏。

③ 采取熱回收，充分利用廢熱。

④ 盡量利用天然能源作空調(diào)系統(tǒng)的預(yù)冷和預(yù)熱，如：太陽能、地下水、土壤能等。

⑤ 利用蓄冰和蓄熱等優(yōu)惠政策。

四、電子工廠高品質(zhì)別潔凈室的消防和排煙

（一）高品質(zhì)別潔凈室消防的重要性

1、潔凈室尤其是高品質(zhì)別潔凈室，多居于建筑的中心部位，是無外墻、無外窗、無外門又極為密閉的無窗廠房或密閉廠房。這樣的建筑一旦發(fā)生火災(zāi)給人員的疏散帶來極大的困難，處理不好會給人員和財產(chǎn)帶來極大的損失。

2、微電子和光電子用的高品質(zhì)別潔凈室在生產(chǎn)過程中使用和產(chǎn)生大量的有毒有害、易燃、易爆的特氣、烷類、有機(jī)物質(zhì)和酸堿氣體（如上節(jié)所述），這些物質(zhì)不僅是助燃、爆炸的物質(zhì)而且還會傷及人員的生命。一旦產(chǎn)生火災(zāi)，后果不堪設(shè)想。

3、如前所述，高品質(zhì)別潔凈室的初投資十分昂貴，單就其基建本身單位造價要25000~50000元/m2；其中的生產(chǎn)設(shè)備價格貴得更加驚人，有的設(shè)備一臺就數(shù)百萬美元，因此，消防對保護(hù)這樣建筑的財產(chǎn)損失就更加重要了。

4、潔凈室內(nèi)的靜電也是誘發(fā)火災(zāi)的隱患，因此要重視靜電的。

（二）潔凈室的消防措施

按“潔凈廠房設(shè)計規(guī)范”GB 50073-2001規(guī)定：

1、在潔凈室的建筑和裝修上面規(guī)定：“潔凈廠房的耐火等級不應(yīng)低于二級”。潔凈室的頂棚和壁板（包括夾心材料）應(yīng)為不燃燒體，且不得采用有機(jī)復(fù)合材料”。“頂棚的耐火極限不應(yīng)低于0.4h，疏散走道的頂棚的耐火極限不應(yīng)低于1.0h，在同一個防火分區(qū)內(nèi)潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間應(yīng)設(shè)置不燃燒體隔斷，其墻和頂棚的耐火極限不應(yīng)低于1h，其墻上門、窗的耐火極限不應(yīng)低于0.6h。”

2、在消防條文中還規(guī)定，“在潔凈室的生產(chǎn)層、上技術(shù)夾層和下技術(shù)夾層均應(yīng)設(shè)室內(nèi)消火栓滅火系統(tǒng)。消火栓用水量≥10 l/S，潔凈廠房內(nèi)各場所必須設(shè)置滅火器”。并且還規(guī)定，“潔凈廠房宜設(shè)置預(yù)作用式自動噴水滅火系統(tǒng)”。“潔凈廠房的疏散走廊，應(yīng)設(shè)置機(jī)械防排煙設(shè)施。”“潔凈室機(jī)械防排煙系統(tǒng)宜與通風(fēng)和凈化空調(diào)系統(tǒng)合用，但必須采取可靠的防火措施。”

3、還規(guī)定，“潔凈室使用可燃?xì)怏w處應(yīng)設(shè)可燃?xì)怏w的報警裝置和事故排風(fēng)裝置，報警裝置應(yīng)與相應(yīng)的事故排風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖”，“潔凈室的地面應(yīng)具有導(dǎo)靜電性，地面表層應(yīng)采用靜電耗散性材料制作，其表面電阻率應(yīng)為105~1012歐姆，并且設(shè)置有導(dǎo)電泄放和接地措施。對地的泄放電阻值應(yīng)為105~109歐姆”。“潔凈室的凈化空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)采取防靜電接地措施”等。

（三）高品質(zhì)別潔凈室的防排煙

前面已敘述過，在“潔凈廠房設(shè)計規(guī)范”GB 50073-2001中明確規(guī)定：“潔凈廠房的疏散走廊應(yīng)設(shè)置機(jī)械防排煙設(shè)施”。“潔凈室機(jī)械防排煙系統(tǒng)宜與通風(fēng)、凈化空調(diào)系統(tǒng)合用，但必須采取可靠的防火措施，并應(yīng)符合現(xiàn)行的我國標(biāo)準(zhǔn)“建筑設(shè)計防火規(guī)范（GBJ-16）”。而在兩規(guī)范中均沒有明確要求潔凈室要設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)。而且，這樣的潔凈室凈化級別高，頂棚滿布高效過濾器（HEPA），面積很大（大多在4000m2 ~ 10000m2），又因生產(chǎn)工藝的原因，不可能劃分成若干個防煙分區(qū)，因此排煙量極大，設(shè)置排煙系統(tǒng)的難度很大。而且各地方的消防部門對這一要求的掌握也不盡一致。但這一類型的潔凈室往往都投保于國外的保險公司，這些保險公司為了自身的利益都要求對潔凈室設(shè)置排煙系統(tǒng)，否則就要提高投保費(fèi)用。一般對這樣的潔凈室設(shè)置排煙系統(tǒng)，目前常用的有下排煙和上排煙的兩種方式：

1、下排煙方式：下排煙一般是在潔凈室的回風(fēng)技術(shù)夾層（下技術(shù)夾層）或回風(fēng)豎井內(nèi)設(shè)置排煙口，當(dāng)潔凈室發(fā)生火災(zāi)時，開啟排煙口，聯(lián)鎖啟動排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙。此時新風(fēng)機(jī)組繼續(xù)進(jìn)行補(bǔ)充新風(fēng)，新風(fēng)由FFU送入潔凈室。但是，采用下排煙方式時應(yīng)特別注意，F(xiàn)FU向下送風(fēng)的風(fēng)速應(yīng)大于煙氣上升的速度排煙效果好，否則煙氣就會在潔凈室的頂部集聚，影響煙氣的排除。一般情況下，F(xiàn)FU的送風(fēng)速度為0.25~0.5m/s，而火災(zāi)的熱釋放只要大于3Kw時煙氣的上升速度就會大于0.5m/s。故一般下排煙的方式只有在火災(zāi)剛剛發(fā)生時排煙效果才好。下排煙方式在國外的集成電路生產(chǎn)廠采用的較多，但的消防部門一般不容易接受。

2、上排煙方式：上排煙一般是在潔凈室吊頂上設(shè)置排煙口，當(dāng)潔凈室發(fā)生火災(zāi)時，開啟排煙口，聯(lián)鎖啟動排煙機(jī)，此時新風(fēng)機(jī)組照常運(yùn)行，補(bǔ)充新風(fēng)。因排煙氣流方向與煙氣上升方向一致，因此排煙效果好。但很大的問題是排煙口的設(shè)置問題，對于非單向流潔凈室高效過濾器在吊頂上不是滿布的，這一問題還容易解決，但對于高品質(zhì)別垂直單向流潔凈室而言，

吊頂上滿布了高效過濾器或FFU，排煙口的設(shè)置就成了一個大問題。還好，目前已有一些凈化設(shè)備公司已經(jīng)開發(fā)了FFU和排煙口相結(jié)合的產(chǎn)品，這就很巧妙地解決了這一難題。

還有一個由于工藝的要求不能將整個大面積的潔凈室劃分為若干個防煙分區(qū)的問題，目前還只能將4000~10000m2的潔凈室看做一個防煙分區(qū)。因此排煙量非常大，為了減少排煙量，通常把工藝設(shè)備的局部排風(fēng)系統(tǒng)也兼作排煙系統(tǒng)來滿足偌大的排煙量的要求。