电子工厂高级别洁净室的建造（上）
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（LS1）、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）；发光二级管（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”规划中也明确指出“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6 000~8 000亿美元。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、导波光学、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50 000亿美元。
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、静电、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”、“净”、“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应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：
（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10 000~15 000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25 000~30 000元/m2。
现以1998年已建成投产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10 000 m2，其中4000 m2 3级（1级）、4级（10级）高洁净度垂直单向流洁净室，另外6000 m2为6级（1 000级）、7级（10 000级）非单向流洁净室。总净化送风量约6 400 000 m3/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10 000 m2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6000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800 m2，其中3级（1级）、4级（10级）垂直单向流洁净室的面积约200 m2；其余为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、纯水纯气的制备和输配系统、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，温、湿度要求严格，所以送风的空气热湿处理的冷量、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10 000 m2洁净室总送风量为6 400 000 m3/h，空气输配的风机总耗电量为3840 kw/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8000 kw/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800 m2，净化送风量1 200 000 m3/h，新风量90 000 m3/h，空调冷量约2 000 kw。其净化空调系统空气输配风机（新风机组风机和FFU风机）总耗电量约为300 kw/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约760kw/h，（其中：冷冻机电量为400kW，冷冻水泵电量为本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进步的要求。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，从洁净室的灵活性角度可将洁净室分为三个层次，第一个是不可变的部分，无论怎样变化这部分是不能变化的。这就是基础、柱、梁等结构部分；第二个层次是可变便不易改变的部分。如洁净室的围护、装修等；第三个层次是可变且容易改变的部分。如：电气、动力、空气、水、气体、溶剂等的供给系统和废气、废水、废液、废料和排放系统。因此，建造电子工厂的高级别洁净室时必须考虑到它们对生产工艺不断发展的灵活性和可变性。这是第四个特点。
（五）电子工厂高级别洁净室的安全性、可靠性要非常好
从前面叙述可以得出这样一个看法和结论，即建造和使用高级别洁净室是要付出极高的代价。但是，为了生产出高可靠、高质量、高成品率的高科技电子产品还必须具备这样的生产环境。因此，为了满足生产工艺对生产环境的严格要求，设计和建造洁净室时必须把安全可靠放在第一位，即保证所建造的洁净室的全部生产环境：洁净度、温湿度、风速、压力、噪声、照度以及静电微振、电磁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。
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