4 總體設(shè)計(jì)
4．1 位置選擇和總平面布置
4．1．1 電子產(chǎn)品生產(chǎn)用潔凈廠房與其他工業(yè)潔凈廠房的重要區(qū)別之一是一些電子產(chǎn)品生產(chǎn)對化學(xué)污染物有嚴(yán)格的要求，如微電子產(chǎn)品中需嚴(yán)格控制生產(chǎn)環(huán)境中的重金屬、有機(jī)物的含量，在表2中列出集成度從64M發(fā)展到64G時(shí)，重金屬要求從5×1010(原子·cm-2)嚴(yán)格至小于2．5×109(原子·cm-2)；有機(jī)物從1×1014(原子·cm-2)嚴(yán)格至3×1012(原子·cm-2)。據(jù)了解，一些微電子潔凈廠房的產(chǎn)品生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)極微量的Na+、等化學(xué)物質(zhì)對產(chǎn)品生產(chǎn)影響極大，應(yīng)予嚴(yán)格控制。
近年來，國內(nèi)外研究表明，由于全球環(huán)境保護(hù)的嚴(yán)峻形勢和各類工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展、人民生活水平提高都使大氣中污染物種類、濃度發(fā)生了變化，尤其是城市中的工業(yè)燃燒排放物和汽車燃燒排放物的增加，大氣中的微粒濃度、化學(xué)污染物也呈增加趨勢。大氣中化學(xué)污染物與所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、固定燃燒源和移動燃燒源(汽車等)的組成、類型和數(shù)量關(guān)系密切，據(jù)大氣檢測表明，大氣中的化學(xué)物質(zhì)主要有陽離子Ca2+、Na+、Mg2+、K+、，陰離子、Cl-、F-等，還有一些濃度較低的Hg等。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活質(zhì)量的提高，這些物質(zhì)總的趨勢是逐年增加，一些城市或一些具體場所還會由于工業(yè)生產(chǎn)或汽車數(shù)量的增加或氣象條件的變化，有時(shí)或某一時(shí)間段這些化學(xué)物質(zhì)的數(shù)量、濃度都會增加，所以在進(jìn)行電子工廠特別在一些產(chǎn)品生產(chǎn)過程對化學(xué)污染物要求嚴(yán)格的潔凈廠房的選址應(yīng)予充分重視。為此，本條作出了三款的推薦性規(guī)定。
4．1．2 本條規(guī)定電子工業(yè)潔凈廠房的新風(fēng)口與城市交通干道之間的距離。由于城市交通干道上運(yùn)輸車輛運(yùn)行中所產(chǎn)生的污染物主要通過新風(fēng)的吸入對潔凈廠房產(chǎn)生影響，根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50073的相關(guān)規(guī)定，此距離宜大于50m。
近年來，我國各地區(qū)的城市交通于道兩側(cè)或城市交通于道與工廠之間都建設(shè)了綠化帶，這些綠化帶有以草坪為主或樹、草間種或以樹為主等多種形式。測試數(shù)據(jù)表明，各種形式的綠化帶都具有一定吸塵、降低空氣中微粒濃度的作用，所以本條規(guī)定，當(dāng)電子工業(yè)潔凈廠房與交通干道之間設(shè)有城市綠化帶時(shí)，可視具體條件適當(dāng)減少距離。
4．1．3 對于有微振控制要求的電子工業(yè)潔凈廠房的位置選擇時(shí)，應(yīng)實(shí)際測定擬建工廠廠址或已有工廠內(nèi)擬選擇潔凈廠房的場地周圍，現(xiàn)有振源和預(yù)測可能的振源的振動影響。此項(xiàng)測定正逐漸被相關(guān)科技人員和工程項(xiàng)目承建者關(guān)注和重視，但是由于微振控制要求和各類振源對微振控制的影響評價(jià)的技術(shù)復(fù)雜性，所以本條規(guī)定中強(qiáng)調(diào)“實(shí)際測定”和“模擬振源”的影響。
4．1．4 近年來，電子工業(yè)潔凈廠房的總平面布置時(shí)，在充分考慮電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝特點(diǎn)和具體工程項(xiàng)目中潔凈廠房內(nèi)各功能區(qū)(包括潔凈生產(chǎn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、非潔凈生產(chǎn)區(qū)、公用動力系統(tǒng)和辦公等功能區(qū))合理布置的情況下，在合理進(jìn)行人流、物流組織，方便運(yùn)行維護(hù)管理、合理布置公用動力管線、降低能量消耗、確保安全生產(chǎn)的條件下，常常將電子工業(yè)潔凈廠房按組合式、大體量的綜合性廠房布置，這些電子工廠投入使用后得到了各方面的認(rèn)同。
4．1．5、4．1．6 為減少電子工業(yè)潔凈廠房周圍的塵源或散發(fā)微粒的數(shù)量，在規(guī)范中規(guī)定，在潔凈廠房周圍及其周邊或?qū)τ谠O(shè)有潔凈廠房的電子工廠內(nèi)相關(guān)道路的路面選擇時(shí)，應(yīng)選擇整體性能好、不易產(chǎn)生裂縫的材料，不得選用容易發(fā)塵材料鋪砌，通常推薦采用瀝青路面。
目前，電子工業(yè)潔凈廠房周圍進(jìn)行綠化時(shí)，一般可以采用鋪草坪的方式或草坪間種灌木等樹種的方式。由于電子產(chǎn)品的品種較多，不可能推薦一種綠化方式，考慮到種植各類樹種、花草等可能產(chǎn)生花粉等塵粒，并且微粒的化學(xué)組成十分復(fù)雜，為確保產(chǎn)品質(zhì)量，本規(guī)范中規(guī)定：不宜種植對生產(chǎn)環(huán)境和產(chǎn)品質(zhì)量有影響的植物。
4．1．7 本條編寫的依據(jù)是現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016—2006中相關(guān)的規(guī)定。電子工業(yè)潔凈廠房內(nèi)均設(shè)有人凈設(shè)施、物凈設(shè)施等技術(shù)措施，潔凈廠房內(nèi)的疏散走道常常是曲折、多變，一旦出現(xiàn)火情后，為了方便消防人員能夠及時(shí)到達(dá)出事地點(diǎn)，為此，本條對潔凈廠房消防車道的設(shè)置不規(guī)定廠房占地面積下限值。
4．2 潔凈室型式
4．2．1 隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，近年來，電子產(chǎn)品生產(chǎn)用潔凈室有多種形式，下面根據(jù)在電子工廠中已實(shí)際應(yīng)用的各種類型的潔凈室形式進(jìn)行簡要描述。
1 根據(jù)電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝要求，空氣潔凈度等級和平面或空間布置要求，微電子廠房潔凈室布置形式一般有隧道式或港灣式、開放式、島形布置等，見圖1。據(jù)調(diào)查表明，集成電路芯片制造用潔凈室一般采用隧道式和開放式，其中隧道式潔凈室主要用于5″、6″芯片制造廠，生產(chǎn)工藝設(shè)備跨潔凈生產(chǎn)區(qū)和設(shè)備維護(hù)區(qū)，潔凈生產(chǎn)區(qū)對潔凈度要求嚴(yán)格，而維護(hù)區(qū)的空氣潔凈度等級較低。目前8″、12″芯片制造工廠普遍采用開放式潔凈室加微環(huán)境(minienvironment)的方式，將芯片制造過程對空氣潔凈度要求十分嚴(yán)格的硅片加工過程(1～4級)布置在微環(huán)境裝置內(nèi)，而開放式潔凈室的潔凈度等級只需5～6級，這種潔凈室形式既可做到工藝布置的靈活性，又可做到減少建設(shè)投資和降低能量消耗、降低運(yùn)行費(fèi)用等。
2 按氣流流型劃分潔凈室時(shí)，可劃分為單向流潔凈室、非單向流潔凈室和混合流潔凈室。
1)單層潔凈室，在單向流潔凈生產(chǎn)區(qū)的上部、下部設(shè)有上下技術(shù)夾層，上技術(shù)夾層內(nèi)設(shè)置空氣過濾裝置、風(fēng)管和公用動力管線；下技術(shù)夾層為回風(fēng)道。這種形式適用于規(guī)模較小的潔凈室。
2)多層潔凈室，在單向流潔凈生產(chǎn)區(qū)吊頂格柵以上設(shè)有送風(fēng)靜壓箱或循環(huán)空氣處理設(shè)備或空氣過濾單元機(jī)組等的上技術(shù)層；在單向流潔凈生產(chǎn)區(qū)的活動地板以下設(shè)有回風(fēng)靜壓箱或輔助生產(chǎn)設(shè)備或公用動力設(shè)備、管線等的下技術(shù)層。有的電子工業(yè)潔凈廠房的下技術(shù)層根據(jù)需要可為一層或二層。
非單向流潔凈室是采用非單向流氣流流型的潔凈室，主要用于空氣潔凈度等級為6～9級的潔凈室，此類潔凈室當(dāng)單側(cè)回風(fēng)時(shí)其寬度一般不大于6m。混合流潔凈室是在同一潔凈室內(nèi)，同時(shí)存在單向流和非單向流兩種氣流流型的潔凈室(區(qū))。
4．2．2 制定本條的主要依據(jù)是：
1 近年來，在大規(guī)模集成電路生產(chǎn)(前工序)用潔凈廠房、TFT-LCD生產(chǎn)用潔凈廠房的建造、設(shè)計(jì)中，基本上采用多層的布置方式，在潔凈生產(chǎn)層吊頂格柵以上的上技術(shù)夾層常常作為送風(fēng)靜壓箱，潔凈空氣通過FFU向潔凈生產(chǎn)層送風(fēng)，實(shí)際上，潔凈生產(chǎn)層與上技術(shù)夾層是相通的；而潔凈生產(chǎn)層的下部是活動地板及其支撐件和鋼筋混凝土多孔板，在活動地板等以下是作為回風(fēng)靜壓箱的下技術(shù)夾層，在下技術(shù)夾層常常還設(shè)置一些公用動力設(shè)備、輔助生產(chǎn)設(shè)備和公用動力管線等，潔凈生產(chǎn)層的回風(fēng)通過活動地板、多孔板回至下技術(shù)夾層，實(shí)際上，下技術(shù)夾層與潔凈生產(chǎn)層是相通的，所以可以認(rèn)為：電子工廠潔凈廠房垂直單向流潔凈室的空間包括活動地板以下的下技術(shù)夾層，潔凈生產(chǎn)層和吊頂以上的上技術(shù)夾層。
2 在美國國家消防協(xié)會(NFPA)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范NFPA 318((潔凈廠房消防標(biāo)準(zhǔn)》(Standard for the procection of cleanroom)(2000年版)的第1．5．5條中規(guī)定：“潔凈室的范圍包括活動地板下的下技術(shù)夾層和吊頂上面的上技術(shù)夾層?！蓖瑫r(shí)在NFPA 318的總則中明確，該標(biāo)準(zhǔn)適用于半導(dǎo)體工廠的潔凈室。
4．2．3 電子工廠潔凈廠房是能源消耗量大、建設(shè)投資大的廠房，為了使?jié)崈魪S房的建設(shè)獲得較好的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益，從潔凈室型式的選擇開始就應(yīng)該認(rèn)真地分析比較，選擇既滿足電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝要求，又能做到降低能耗、減少建設(shè)投資和降低運(yùn)行費(fèi)用等需求。目前在超大規(guī)模集成電路工廠采用微環(huán)境類型的潔凈室，是一種能滿足以上要求的混合流潔凈室。圖2是Ballroom+微環(huán)境潔凈室與港灣式潔凈室的對比圖示，圖中(a)將要求大面積的單向流平均風(fēng)速為0．45m／s變化為只有微環(huán)境范圍內(nèi)小面積，而大部分空間均采用5～6級、平均風(fēng)速約為0．1m／s。兩種方式的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的比較見表17，從表中數(shù)據(jù)可見：Ballroom+微環(huán)境潔凈室能量消耗少，也可做到總體建設(shè)投資少，所以當(dāng)空氣潔凈度等級要求十分嚴(yán)格時(shí)，宜采用此種類型。
4．3 潔凈室布置和綜合協(xié)調(diào)
4．3．2 潔凈室(區(qū))的空間布置，主要應(yīng)做到：滿足產(chǎn)品生產(chǎn)工藝要求，合理布置產(chǎn)品生產(chǎn)工藝設(shè)備，特別是高、大設(shè)備的安排，合理布置物料運(yùn)輸系統(tǒng)，使電子產(chǎn)品生產(chǎn)做到有效、靈活和操作方便。與此同時(shí)，由于電子工業(yè)潔凈廠房中各種公用動力設(shè)施和管線、產(chǎn)品生產(chǎn)工藝所需管線、凈化空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)管和末端裝置、電氣照明設(shè)施等種類繁多，在進(jìn)行潔凈室(區(qū))的空間布置時(shí)應(yīng)充分兼顧以上各項(xiàng)內(nèi)容，并做妥善安排。根據(jù)已有或正在建設(shè)中的電子工業(yè)潔凈廠房的空間布置狀況表明：單層垂直單向流潔凈室的上技術(shù)夾層的空間尺寸一般為2．0～2．5m；當(dāng)采用活動地板時(shí)，下技術(shù)夾層為1．0～1．5m，有的面積較小的潔凈室只有0．6～0．8m。所謂“多層”垂直單向流潔凈室，上技術(shù)夾層空間尺寸是根據(jù)其使用功能和建筑結(jié)構(gòu)確定，如在此空間是否安裝循環(huán)風(fēng)處理裝置以及風(fēng)管及過濾器或FFU的外形尺寸等確定，一般上技術(shù)夾層空間尺寸3．0m左右，有的可達(dá)4．0m；下技術(shù)夾層一般不僅是凈化空調(diào)系統(tǒng)的回風(fēng)靜壓箱，常常還設(shè)置有公用動力設(shè)施、生產(chǎn)輔助設(shè)施等，為了運(yùn)行管理方便和必須的安全保護(hù)距離，一般下技術(shù)夾層空間尺寸為4．0m。
非單向流潔凈室只設(shè)有上技術(shù)夾層或技術(shù)夾道，目前各種用途的非單向流潔凈室的上技術(shù)夾層的空間尺寸一般為1．5～2．0m，視具體工程項(xiàng)目安排的使用功能和布置在此空間的公用動力設(shè)施、管線的多少和外形尺寸確定。
4．3．3 現(xiàn)今電子工業(yè)潔凈廠房，一般推薦使用大開間的開放式生產(chǎn)設(shè)備布置，所以本條規(guī)定在潔凈室(區(qū))內(nèi)應(yīng)少設(shè)隔間、少分隔，只有本條規(guī)定的三種情況，才予以分隔。其中第1款是安全生產(chǎn)和消防的需要，必須進(jìn)行分隔。列為強(qiáng)制性條文。第2款，是從方便管理和節(jié)約能源出發(fā)，對經(jīng)常不同時(shí)使用的生產(chǎn)區(qū)域或房間之間進(jìn)行分隔。第3款，是從排放有害氣體或化學(xué)污染物會發(fā)生交叉污染或影響電子產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，應(yīng)將此類工序、設(shè)備進(jìn)行分隔設(shè)獨(dú)立房間，但若采取可靠的排風(fēng)處理措施，能夠確保不發(fā)生交叉污染或影響產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，也可不予分隔。
