电子工厂高级别净化无尘车间的建造
15-02-04
电子工厂高级别净化无尘车间的建造
一、高级别净化无尘车间在电子工厂中的利用
本文所指的高级别无尘车间是指无尘车间的干净度高（ISO-2、3、4、5级），出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出产工艺的要求进行严格节造的无尘车间。这类面积大、环境参数要求高的净化无尘车间宽泛地利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。
当现代界，微电子和光电子产业已成为一个国度、一个地域国民经济和科学技术发展的基础和平台，也是衡量一个国度和地域经济发展和科学技术水平的沉要标志。蓬勃国度（美国、日本以及欧洲列国）都极为器沉，纷纷投入大量的人力、物力、财力进行开发、钻研和出产。我国在“十五”规划中也明确指出“沉点发展集成电路、新型元件、器件、推算机和通讯设备。」伫取用10~15年的功夫，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均匀增长率高达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、资料力学、渺小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大。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美满结合。它对出产环境的参数，原资料的纯度以及出产设备和技术都等同甚至超过大规模集成电路的出产要求。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”之后又佑装中芯”、“宏力”、“贝岭”、“先进”等超大规模集成电路出产线相继建成投产。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出产线建成投产后又有更大规模的“上广电”、“京东方”等TFT-LCD出产线相继建成投产。丽江的“深超”和拥有第六代TFT-LCD出产线的“京东方”也在建设之中。
二、电子工厂高级别净化无尘车间的建造特点
（一）电子工厂出产工艺对无尘车间出产环境的要求极度严格
电子工厂尤其是微电子和光电子产业的电子工厂，工艺出产对大面积高干净度干净室所要求的出产环境不仅仅有：构筑围护、结构、空气、水以及气体、溶剂等原资料，并且还有声、光、电、磁、振等各类环境。例如：构筑大局、层高承沉、围护的装建资料；空气的干净度、温湿度、静压力；水和气体的纯度和沉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，微电子和光电子对出产环境的要求可用“精”、“净”、“纯”、“大”来刻画。
建造电子工厂的高级别无尘车间最沉要的是要使建造的无尘车间应能满足出产工艺对出产环境的严格要求，使之能高效能、高制品率地出产出高质量的电子产品。这是建造高级别无尘车间最底子的主张。下表给出了微电子、光电子出产工艺对出产环境所要求的前提和参数：
电子厂净化车间/SMT净化车间/光电厂净化车间/电子厂无尘车间
（二）电子工厂高级别无尘车间的建造投资用度极度高
高级别无尘车间建造投资的用度很高。通常来说，4级（10级）`5级（100级）垂直单向流干净室，其室内构筑围护装建（蕴含墙、顶、地、门窗等）和净化空调系统（蕴含造冷和空调、净化设备、管路和配件）其建设初投资约莫为10 000~15 000元/m2；若是再加上纯水造备设备和系统管线配件，纯气的产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；供配电和自动节造系统的设备管线配件以及集中式真空排除系统设备配件管线等等，其单元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出产线举例来说，其月投片（8"硅片）30000片，有无尘车间面积约10 000 m2，其中4000 m2 3级（1级）、4级（10级）高干净度垂直单向流无尘车间，另表6000 m2为6级（1 000级）、7级（10 000级）非单向流无尘车间。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门投资约为20亿人民币。占总投资的20%。其主题部门10 000 m2高级别干净室建造投资费高达6000万美元（不含土建结构部门）折合单元面积投资为6000美元/m2，约莫折合人民币50000元/m2。
再举目前在建造即将竣工的丽江某精密光电有限公司建造的TFT-LCD基板出产线，其总面积约800 m2，其中3级（1级）、4级（10级）垂直单向流干净室的面积约200 m2；其余为5级（100级）垂直单向流干净室。
除了土建结构以表干净室的构筑围护装建、冷冻和净化空调系统、废水废气的排放系统、纯水纯气的造备和输配系统、供配电和自动节造系统等的总投资约3200万元人民币，折合单元面积约40000元/ m2人民币。
由上述两个事俘注明建造这样的微电子、光电子工厂高级别无尘车间的建造投资用度是极度高的。这是另一个特点。
（三）电子工厂高级别无尘车间的运行治理用度极度贵
由于电子工厂高级别干净室的净化送风量大、工艺设备部门排风量大、新风量大，温、湿度要求严格，所以送风的空气热湿处置的冷量、热量、加湿量也大，空气输配的能量亏损量大，运行用度很贵。
电子厂净化车间/SMT净化车间/光电厂净化车间/电子厂无尘车间
还拿上述两个项目为例来注明：
上海某超大规模集成电路前工序出产线10 000 m2无尘车间总送风量为6 400 000 m3/h，空气输配的风机总耗电量为3840 kw/h，整年电费为1659万元（每度电按0.6元/度计），空气热湿处置耗电量约8000 kw/h，整年电费为3456万元。整年净化空调系统自身的运行用度高达5115万元人民币。折合单元面积净化空调系统运行用度为5115元/ m2。
而丽江某精密光电的基板出产线高级别无尘车间面积约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，整年电费约130万元人民币（每度电按0.6元/度计），而空气热湿处置的耗电量约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）整年电费约为330万元人民币。整年净化空调系统运行总用度高达约460万元，折合单元面积年运行用度约为5750元/ m2。
由上述两个例子来看，电子工厂高级别无尘车间仅仅维持室内的干净度、温湿度每平方米所花的运行用度就要高达5000~6000元/ m2人民币。由此可见它的运行治理用度相当贵。这是第三个特点。
（四）电子工厂高级别无尘车间的适应性、矫捷性要极度强
微电子集成电路的发展法规通知我们，每隔2~3年就上一个台阶，其芯片的集成度就要增长4倍，特点尺寸（线宽）就要缩幼30%，年销售价值就要降落30%。由于，集成电路又是发展速度极度迅速的产业，随之而来的为其服务的出产环境技术和高级别干净室技术也必须随之发展而发展，能力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。因而，为其服务的出产环境技术、高级别干净室技术必须拥有极大适应性、矫捷性以满足微电子、光电子技术不休发展进取的要求。由于，建一个厂房，建造一个高级别干净室是百年大计，不是一年二年就能拆掉沉建。因而，在设计和建造这样高级别干净室时，就应试虑到出产工艺的发展、调换，使干净室拥有很好的适应性和矫捷性。多年建造经验通知我们，从干净室的矫捷性角度可将干净室分为三个档次，第一个是不成变的部门，无论怎么变动这部门是不能变动的。这就是基础、柱、梁等结构部门；第二个档次是可变便不易扭转的部门。如干净室的围护、装建等；第三个档次是可变且容易扭转的部门。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。因而，建造电子工厂的高级别干净室时必须思考到它们对出产工艺不休发展的矫捷性和可变性。这是第四个特点。
（五）电子工厂高级别干净室的安全性、靠得住性要极度好
早年面叙述能够得出这样一个见解和结论，即建造和使用高级别干净室是要支出极高的价值。但是，为了出产出高靠得住、高质量、高制品率的高科技电子产品还必须具备这样的出产环境。因而，为了满足出产工艺对出产环境的严格要求，设计和建造干净室时必须把安全靠得住放在第一位，即保障所建造的干净室的全数出产环境：干净度、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出产工艺的要求。保障环境参数靠得住，不变不出差错。另表，从安全角度上讲，即构筑结构承沉的安全和防火防爆防毒的安全更是极度沉要的，要遵循“以报答本”的方针，保障人员的性命安全和�；すこР聘坏陌踩巧杓啤⒔ㄔ旌褪褂酶删皇沂备冒盐鹊挠诺却笫�。
因而，致力降低高级别干净室的建造投资和运行用度；致力提高干净室的矫捷性和适应性以满足出产工艺不休发展的要求和保障高级别干净室的安全、靠得住是给干净室的设计和建造者提出的沉要课题。
三、电子工厂高级别无尘车间的空调负荷特点和节能
（一）干净室的空调负荷
干净室的净化空调负荷由下面几部门组成： 、
1、室内负荷
重要蕴含：
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 干净室围护结构（墙、顶、地、门、窗）的传热、传湿负荷。 ④ 出产设备和出产过程的散热、散湿负荷。
2、干净室新风处置的热、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）高级无尘车间的空调负荷特点
1、高级别干净室（100级，10级，1级）是垂直单向流干净室，其送风机的风量极度大，高达400~500次/h换气，并且风机的压头也很高，通常多在1000~1500Pa，因而风机温升的负荷大。按理论推算：在集中送风方式的系统中，风机的温升为1.5℃，仅此一项的负荷就是500~700W/m2；若是选取FFU送风方式，风机温升的负荷也要250~350 W/m2。因而，风机温升的负荷大是其一个负荷特点。
2、服务于微电子和光电子的高级别干净室因工艺排风量大，所以新风量也很大，新风量通常在10~20次/h换气；因而，处置如此多新风的负荷约莫为400~800 W/m2；个别工艺的排风量更大，固新风负荷也还会更大。因而新风负荷大是其第二个负荷特点。
3、出产设备和出产过程的散热、散湿负荷大，是高级别干净室的第三个负荷特点。出产负荷的大幼是与工艺出产自身的性质、出产设备的密关、保温、透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力幼，三项负荷之和还不及总空调负荷的10%（其中：照明负荷约莫25~30 W/m2；围护结构负荷约莫20~30 W/m2；作业人员负荷约莫10~15 W/m2），这是高级别干净住宅四个负荷特点。
（三）电子工厂高级别无尘车间空调净化系统的节能
钻研高级别无尘车间的空调净化系统节能，应首先从分析其空调负荷特点动手，抓住空调负荷中的重要矛盾，能力事半功倍。早年面可知，高级别干净室空调负荷中占90%以上的负荷是：新风负荷、风机温升负荷和工艺设备和工艺过程负荷三项。这是它的重要矛盾。
1、降低新风空调负荷的节能措施
① 削减排风量。改进工艺和工艺设备，尽可能不排风，少排风。采取密关式排风罩在一致的排风成效下尽量削减排风量。
② 削减正压漏风量。加强干净室围护结构的密封性，既能维持干净室必要的正压值，又可削减所需的正压漏风量。
③ 提高新风空气处置设备的效能。 2、降低风机温升负荷的节能措施
① 在确保干净室干净度的前提下，尽量削减送风量，尽量用部门高净化来代替全面高净化。
② 加强空调设备和空调系统的密关性，削减漏风量。
③ 采取净化送风与空调送风分离的送风规划，使90%的净化送风量就近循环以削减风机温升负荷。
④ 选取FFU加新风机组加干盘管的送风方式以削减风机温升负荷。 ⑤ 提高风机效能，采取变频措施。
3、工艺设备和工艺过程的发热是工艺出产自身的问题，只能依附工艺自己来解决。 4、除上述措施之表，还可采取如下措施
① 加强水管微风管的保温。
② 削减冷热源的跑、冒、滴、漏。
③ 采取热回收，充分利用废热。
④ 尽量利用天然能源作空调系统的预冷和预热，如：太阳能、地下水、泥土能等。
⑤ 利用蓄冰和蓄热蹬着惠政策。
四、电子工厂高级别无尘车间的消防和排烟
（一）高级别干净室消防的沉要性
1、干净室尤其是高级别干净室，多居于构筑的中心部位，是无表墙、无表窗、无表门又极为密关的无窗厂房或密关厂房。这样的构筑一旦产生火警给人员的分散带来极大的难题，处置不好会给人员和财富带来极大的损失。
2、微电子和光电子用的高级别干净室在出产过程中使用和产生大量的有毒有害、易燃、易爆的特气、烷类、有机物质和酸碱气体（如上节所述），这些物质不仅是助燃、爆炸的物质并且还会伤及人员的性命。一旦产生火警，后果不胜设想。
3、如前所述，高级别干净室的初投资极度昂贵，单就其基建自身单元造价要25000~50000元/m2；其中的出产设备价值贵得越发惊人，有的设备一台就数百万美元，因而，消防对�；ふ庋怪牟聘凰鹗Ь驮椒⒊烈�。
4、干净室内的静电也是诱发火警的隐患，因而要器沉静电的解除。
（二）无尘车间的消防措施
按“干净厂房设计规范”GB 50073-2001划定：
1、在干净室的构筑和装建上面划定：“干净厂房的耐火等级不应低于二级”。干净室的顶棚和壁板（蕴含夹心资料）应为不点火体，且不得选取有机复合伙料”。“顶棚的耐火极限不应低于0.4h，分散走路的顶棚的耐火极限不应低于1.0h，在统一个防火分区内干净区与非干净区之间应设置不点火体隔断，其墙和顶棚的耐火极限不应低于1h，其墙上门、窗的耐火极限不应低于0.6h。”
2、在消防条文中还划定，“在干净室的出产层、上技术夹层和下技术夹层均应设室内消火栓灭火系统。消火栓用水量≥10 l/S，干净厂房内各场所必须设置灭火器”。并且还划定，“干净厂房宜设置预作用式自动喷水灭火系统”。“干净厂房的分散走廊，应设置机械防排烟设施。”“干净室机械防排烟系统宜与透风和净化空调系统合用，但必须采取靠得住的防火安全措施。”
3、还划定，“干净室使用可燃气体处应设可燃气体的报警装置和变乱排风装置，报警装置应与相应的变乱排风机联锁”，“无尘车间的地面应拥有导静电性，地面表层应选取静电耗散性资料造作，其表表电阻率应为105~1012欧姆，并且设置有导电泄放和接地措施。对地的泄放电阻值应为105~109欧姆”。“干净室的净化空调系统应采取防静电接地措施”等。
（三）高级别无尘车间的防排烟
前面已叙述过，在“干净厂房设计规范”GB 50073-2001中明确划定：“干净厂房的分散走琅爪设置机械防排烟设施”。“干净室机械防排烟系统宜与透风、净化空调系统合用，但必须采取靠得住的防火安全措施，并应切合现行的国度尺度“构筑设计防火规范（GBJ-16）”。而在两规范中均没有明确要求干净室肯定要设置机械排烟系统。并且，这样的干净室净化级别高，顶棚满布高效过滤器（HEPA），面积很大（大多在4000m2 ~ 10000m2），又因出产工艺的原因，不成能划分成若干个防烟分区，因而排烟量极大，设置排烟系统的难度很大。并且各处所的消防部门对这一要求的把握也不尽一致。但这一类型的干净室往往都投保于国表的保险公司，这些保险公司为了自身的利益都要求对干净室设置排烟系统，不然就要提高投保用度。通常对这样的干净室设置排烟系统，目前常用的有下排烟和上排烟的两种方式：
1、下排烟方式：下排烟通常是在干净室的回风技术夹层（下技术夹层）或回风竖井内设置排烟口，当干净室产生火警时，开启排烟口，联锁启动排烟风机进行排烟。此时新风机组持续进行补充新风，新风由FFU送入干净室。但是，选取下排烟方式时应出格把稳，FFU向下送风的风速应大于烟气上升的速度排烟成效好，不然烟气就会在干净室的顶部集聚，影响烟气的排除。通常情况下，FFU的送风速度为0.25~0.5m/s，而火警的热开释只有大于3Kw时烟气的上升速度就会大于0.5m/s。故通常下排烟的方式只有在火警刚刚产生时排烟成效才好。下排烟方式在国表的集成电路出产厂选取的较多，但国内的消防部门通常不容易接受。
2、上排烟方式：上排烟通常是在干净室吊顶上设置排烟口，当干净室产生火警时，开启排烟口，联锁启动排烟机，此时新风机组照常运行，补充新风。因排烟气流方向与烟气上升方向一致，因而排烟成效好。但最大的问题是排烟口的设置问题，对于非单向流干净室高效过滤器在吊顶上不是满布的，这一问题还容易解决，但对于高级别垂直单向流干净室而言， 吊顶上满布了高效过滤器或FFU，排烟口的设置就成了一个大问题�；购�，目前已有一些净化设备公司已经开发了FFU和排烟口相结合的产品，这就很奇妙地解决了这一难题。
还有一个由于工艺的要求不能将整个大面积的干净室划分为若干个防烟分区的问题，目前还只能将4000~10000m2的干净室看做一个防烟分区。因而排烟量极度大，为了削减排烟量，通常把工艺设备的部门排风系统也兼作排烟系统来满足偌大的排烟量的要求。
（四）我国某TFT-LCD高级别无尘车间消防的设计事俘
1、设计前与本地消防主管部门联系，提前汇报，加强沟通，介绍工程情况和消防设计规划并申述路理，征求消防主管部门定见，如有难题，分析原因，获得理解，找到前途，保障安全。消防的设计准则是以防为主，实时发现火情，将火警扑灭在初期，尽量削减损失。
2、具体消防措施
① 报警措施：
沉要的工艺设备自身自带消防设备和温赣注烟感探头，能做到实时报警，实时灭火。
实现早期报警。选取空气采样器和温感探头结合报警，能作到对明火和阴火都能早期预测，早期报警。
由于，选取空气采样器的探测来采集空气中的粒子来进行分析，对于阴火要比烟感和温感早预知、早报警。对于明火温感探头要比空气采样器和烟感探头早预知、早报警。
② 选取自动喷淋灭火系统和消火栓灭火系统
在干净室和高低技术夹层内均设消火栓灭火系统。 在干净室和高低技术夹层内均设预作用自动喷淋灭火系统。
③ 设防排烟系统
分散走廊设置机械防排烟系统，保障人员分散安全。
利用工艺设备的部门排风兼作火警时的排烟系统，并选取双速排风机。
④ 对于工艺出产用的易燃易爆的火警危险物品（特气、烷类、有机物质??）做到火警时能迅速撤离现场，有毒有害的全数迅速排空，通常排风不间断运行，实时启动变乱排风系统。
⑤ 对于易燃易爆、有毒有害气体而言，在气源和使用气体的出产设备之间设中央分配箱。分配箱与气源和设备之间均设有堵截阀门。在正常状态下，分配箱内的气体与气源是断开的，即便发滋变乱也不致于造成危险气体的大量泄漏�；鹁被挂陆胤峙湎溆胧褂蒙璞钢涞牧�，以利灭火和排空。
⑥ 火警时的自动节造法式
早期工作所有正常
火警产生，即空气采样器和温感探头提前感知和报警后：
组织人员立即分散。
关关着火处的FFU，预防火警时烟气顺气流四处漫延。非着火处的FFU
持续运行，HEPA可过滤烟尘冷盘管可降低烟气温度。
预作用喷淋灭火系统排气、充水，但不立即喷淋，当着火处的玻璃泡碎后，
自动喷淋灭火，这样可提早作用2分钟，以�；げ蛔呕鸫Φ某霾璞�。
终场新风机组的运行。
启动排烟系统，有助人员分散。
火栽祓来了，明火出现了，终场全数透风、空调、净化设备运行，选取其
他步骤救火，此时人员已全数分散结束。
