隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，晶圓尺寸已由3英寸逐步發(fā)展到12英寸，且仍在往更大尺寸努力推進(jìn)。制程工藝早已從原來(lái)的微米級(jí)提升到了納米級(jí)，最先進(jìn)的工藝甚至已經(jīng)達(dá)到5nm，越發(fā)靠近原子之間的間距(約0.5nm)。隨著工藝要求越來(lái)越嚴(yán)苛，對(duì)工廠建設(shè)要求也不斷提高。
集成電路芯片工廠對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的溫度、濕度、潔凈度、防微振等均有著嚴(yán)格的控制要求，且各種配套系統(tǒng)繁多復(fù)雜。因此集成電路芯片工廠的設(shè)計(jì)也被業(yè)內(nèi)公認(rèn)為電子行業(yè)潔凈工程設(shè)計(jì)的皇冠。近幾年，合景凈化工程公司EPC承建了多個(gè)集成電路芯片工廠項(xiàng)目。本文以“某12英寸集成電路芯片工廠”為例，通過(guò)建筑布局和建筑消防兩個(gè)方面對(duì)于此類(lèi)工廠建筑設(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)行探討。業(yè)內(nèi)的Semiconductors通常將集成電路芯片生產(chǎn)工廠稱(chēng)為Fab工廠（Fabrication Plant，F(xiàn)ab）。
1 Fab建筑布局
本文首先從Fab工廠的建筑布局開(kāi)始探討，并從“豎向”和“水平”兩個(gè)維度進(jìn)行分析。
1.1 豎向布置
通過(guò)多年的實(shí)踐總結(jié)，目前國(guó)內(nèi)已建的12英寸Fab工廠基本均采用四層結(jié)構(gòu)，從上至下分別為：上技術(shù)夾層，潔凈生產(chǎn)層，潔凈下技術(shù)夾層和非潔凈下技術(shù)夾層。本項(xiàng)目對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的溫濕度控制要求很高（溫度控制在22℃±1℃，相對(duì)濕度控制在43%±3%），生產(chǎn)大環(huán)境的空氣潔凈等級(jí)為千級(jí)（ISO6級(jí)），光刻等特殊區(qū)域的空氣凈化等級(jí)十級(jí)（IS04級(jí)）。規(guī)范要求空氣凈化等級(jí)（ISO1-4級(jí)）的凈化室應(yīng)采用垂直層流。
本項(xiàng)目潔凈室全部采用垂直層流即：上技術(shù)夾層（送風(fēng)靜壓箱）中的空氣通過(guò)FFU（風(fēng)機(jī)過(guò)濾機(jī)組）輸送至潔凈生產(chǎn)層，氣流通過(guò)高架地板及華夫板孔洞送至潔凈下技術(shù)夾層，再經(jīng)過(guò)回風(fēng)夾道中的DCC(干冷盤(pán)管)回到上技術(shù)夾層，循環(huán)往復(fù)。Fab工廠這種特有的三層結(jié)構(gòu)保證了潔凈空氣氣流的均勻性和穩(wěn)定性。底層的非潔凈技術(shù)夾層用于設(shè)置原材料庫(kù)房（中間倉(cāng)庫(kù)）、成品庫(kù)房（中間倉(cāng)庫(kù)）,純水終端間以及SB支持區(qū)域；因此，從豎向布置來(lái)看，F(xiàn)ab工廠的各層職責(zé)分工明確，為創(chuàng)造高級(jí)別的潔凈環(huán)境奠定了良好的基礎(chǔ)。
1.2 平面布置
本文認(rèn)為Fab工廠的平面布置重點(diǎn)首先是確定柱網(wǎng)尺寸，其次是確定“SB支持區(qū)”和“新風(fēng)機(jī)房”區(qū)域的位置。
1.2.1 底層柱網(wǎng)的確定
工藝生產(chǎn)需要大空間，而微振控制需要結(jié)構(gòu)有較大的剛度（本項(xiàng)目防微振等級(jí)為VC-E）。因此本工廠的潔凈生產(chǎn)層樓面以上采用大柱網(wǎng)，生產(chǎn)層樓面以下的兩個(gè)技術(shù)夾層均采用小柱網(wǎng)。此外，規(guī)范亦要求Fab工廠的柱網(wǎng)尺寸宜為600mm的模數(shù)，以便后期各種標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件（如：高架地板）的安裝。
總結(jié)近年國(guó)內(nèi)已建多個(gè)12英寸Fab工廠柱網(wǎng)的常用尺寸為：7.2m×7.2m，6.0m×6.0m，4.8m×4.8m；柱網(wǎng)越小建筑剛度越大，對(duì)于抗微振越有利，但對(duì)于主體結(jié)構(gòu)的抗震不利，且空間的利用率也隨之降低。綜合考慮上述因素，并結(jié)合多次防微振測(cè)試及結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)的有限元計(jì)算分析，最終選擇了6.0m×6.0m的柱網(wǎng)。此柱網(wǎng)尺寸，不僅較好地滿(mǎn)足各功能用房的布置，且完美兼顧解決了防微振和結(jié)構(gòu)抗震的矛盾。
1.2.2 SB支持區(qū)的布置
SB支持區(qū)是Fab工廠的重要支持服務(wù)區(qū)，主要用于大宗氣體、特氣、酸類(lèi)、堿類(lèi)、有機(jī)化類(lèi)等化學(xué)品的存放、分配與收集，方案初期考慮布置方式如圖2所示的3種方式。
Fab工廠會(huì)使用大量的易燃易爆、毒性化學(xué)品，且種類(lèi)繁多。不同類(lèi)別或同種類(lèi)別但相互禁忌的化學(xué)品均應(yīng)分開(kāi)存放。此外，根據(jù)規(guī)范要求甲乙類(lèi)氣體、危險(xiǎn)化學(xué)品，甚至惰性氣體的存放和分配間應(yīng)靠外墻布置，且酸性，堿性，有機(jī)類(lèi)化學(xué)品存放收集間相對(duì)應(yīng)的室外還應(yīng)預(yù)留足夠的槽罐車(chē)裝卸場(chǎng)地面積。
（1）方式1，SB區(qū)域沿建筑物的短邊布置，沒(méi)有足夠的外墻長(zhǎng)度，難以滿(mǎn)足所有需靠外墻布置房間的建設(shè)需求。
（2）方式2，雖有足夠的外墻長(zhǎng)度，但凈深度的尺寸不足。經(jīng)過(guò)研究，并且綜合了方式1、方式2的優(yōu)缺點(diǎn)。
（3）最終形成了方式3，很好地滿(mǎn)足了本項(xiàng)目的所有建設(shè)需求。
集成電路潔凈車(chē)間 合景凈化工程公司
1.2.3 新風(fēng)機(jī)房的布置
新風(fēng)機(jī)房通常設(shè)置在Fab工廠的屋面，常見(jiàn)的設(shè)置方式有圖3所示的3種方式。
（1）方式1，新風(fēng)機(jī)房設(shè)置在建筑物長(zhǎng)邊的一端，新風(fēng)送風(fēng)距離最長(zhǎng)，適用于產(chǎn)能小，建筑體量小的芯片工廠。
（2）方式2，新風(fēng)機(jī)房設(shè)置在建筑物短邊的兩側(cè)，每側(cè)的機(jī)房負(fù)擔(dān)鄰近區(qū)域的空調(diào)負(fù)荷，送風(fēng)距離最短。但因空調(diào)機(jī)房高于大屋面，導(dǎo)致中間屋頂區(qū)域排水被阻，造成一定的漏水隱患；此外較高的兩側(cè)機(jī)房對(duì)于外觀的設(shè)計(jì)也帶來(lái)一定的困難。
（3）方式3，新風(fēng)機(jī)房設(shè)置在建筑物的中央，處理后的新風(fēng)可直接送至下方的上技術(shù)夾層（送風(fēng)靜壓箱）內(nèi)。中間高，兩側(cè)低的布局既有利于屋頂排水的通暢，更能較好地控制女兒墻的高度。
通過(guò)比選，本項(xiàng)目最終選擇了方式3。但值得注意的是：此類(lèi)布置，新風(fēng)機(jī)房的底部會(huì)減少下方上技術(shù)夾層（靜壓箱）的高度。為了確保空氣氣流的平穩(wěn)運(yùn)行及日后FFU日常維護(hù)，必須保證一定的凈高，筆者建議的最小凈高為1.5m。
2 建筑消防
消防設(shè)計(jì)Fab工廠設(shè)計(jì)的另一難點(diǎn)，只有做好消防設(shè)計(jì)才能確保人員和生產(chǎn)的安全。
2.1 火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)的確定
Fab工廠會(huì)使用大量的甲乙類(lèi)特氣和危險(xiǎn)化學(xué)品，早期大家對(duì)于此類(lèi)工廠的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)的理解各不相同?，F(xiàn)有《硅集成電路芯片工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》中5.3.1條明確：“硅集成電路芯片廠房的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)應(yīng)為丙類(lèi)，耐火等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)”。規(guī)范的發(fā)行使各部門(mén)（設(shè)計(jì)單位、政府職能部門(mén)、圖紙審查機(jī)構(gòu)等）對(duì)此問(wèn)題達(dá)成了良好的共識(shí)。
2.2 防火分區(qū)設(shè)計(jì)
Fab工廠的二層、三層、四層在空間上是連通的，防火分區(qū)的面積遠(yuǎn)超《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的相應(yīng)規(guī)定。《硅集成電路芯片工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》5.3.3條規(guī)定：“潔凈區(qū)的上技術(shù)夾層、下技術(shù)夾層和潔凈生產(chǎn)層，當(dāng)按其構(gòu)造特點(diǎn)和用途作為同一防火分區(qū)時(shí)，上、下技術(shù)夾層的面積可不計(jì)入防火分區(qū)的建筑面積，但應(yīng)分別采取相應(yīng)消防措施”。
《電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確“丙類(lèi)生產(chǎn)的電子工業(yè)潔凈廠房的潔凈室（區(qū)），在關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備設(shè)有火災(zāi)報(bào)警和滅火裝置以及回風(fēng)氣流中設(shè)有靈敏度嚴(yán)于0.01%obs/m的高靈敏度早期火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)后，其每個(gè)防火分區(qū)的最大允許建筑面積可按生產(chǎn)工藝要求確定”。
綜上所述，本項(xiàng)目按規(guī)范要求采取了所有的消防安全措施，故將生產(chǎn)層與其上、下技術(shù)夾層合并為同一防火分區(qū)。上下技術(shù)夾層不計(jì)入防火分區(qū)的建筑面積，但是計(jì)入建筑物的建筑面積。
2.3 防泄爆設(shè)計(jì)
Fab工廠會(huì)使用到可燃、有毒氣體以及甲乙類(lèi)化學(xué)品，例如：氫氣（H2）、硅烷（SiH4）、砷烷（AsH3）、磷烷（PH3）、丙酮、異丙醇、氫氟酸等。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的要求，此類(lèi)房間需要考慮防泄爆措施。因此，本項(xiàng)目將此類(lèi)房間集中靠外墻設(shè)置，并將該區(qū)域設(shè)成獨(dú)立的防火分區(qū)，與其他功能區(qū)域采用防火、防爆墻體隔離，聯(lián)通處采用門(mén)斗形式。
不同類(lèi)別或同種類(lèi)別但相互禁忌的化學(xué)品均亦應(yīng)分開(kāi)存放，各存放區(qū)之間用防火墻隔開(kāi)。有防爆要求的每個(gè)隔間均設(shè)有獨(dú)立對(duì)外的安全出口，鄰近疏散口的間距大于5m。
房間外墻均需采用小于60kg/m2輕質(zhì)材料作為泄爆墻，同時(shí)這些房間的外墻應(yīng)保證離開(kāi)廠區(qū)次要道路5m及以上，廠區(qū)主要道路10m及以上。
泄爆面積應(yīng)通過(guò)計(jì)算獲得，不同化學(xué)品的泄爆面積相差很大，現(xiàn)以“硅烷”的泄爆面積計(jì)算為例進(jìn)行計(jì)算。
實(shí)際泄爆面積A1計(jì)算為式（1）。
A1＝10×3.375＋93.7－8×0.8＝121.05 m2
滿(mǎn)足規(guī)范最小泄爆面積A2為式（2）。
A2＝10CV2/3
其中，V 廠房容積（m3）C，泄壓比m2/m3（硅烷取值 0.11）。
10×0.11×(100×4.5)2/3＝64.6m2 （３）
A1>A2 結(jié)論：實(shí)際泄爆面積滿(mǎn)足規(guī)范要求。
2.4 專(zhuān)用消防口的設(shè)置
《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》7.2.4、7.2.5條規(guī)定：“廠房的外墻應(yīng)在每層適當(dāng)位置設(shè)置可供消防救援人員進(jìn)入的窗口，且窗口間距不宜大于20m”。但是《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.10條規(guī)定：“潔凈廠房同層潔凈室（區(qū)）外墻應(yīng)設(shè)可供消防人員通往廠房潔凈室（區(qū)）的門(mén)窗，其門(mén)窗洞口間距大于80m時(shí)，應(yīng)再該段外墻的適當(dāng)位置專(zhuān)用消防口”。兩本規(guī)范對(duì)專(zhuān)用消防口的設(shè)置間距要求不一致。
本項(xiàng)目所在地的消防部門(mén)并不認(rèn)可按80m的間距設(shè)置，理由是《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》最新版的發(fā)行時(shí)間更新。
Fab工廠的室內(nèi)環(huán)境潔凈度、溫濕度控制要求高。窗戶(hù)的密閉性和隔熱性能均無(wú)法與實(shí)體墻體相比，陽(yáng)光輻射透過(guò)外窗進(jìn)入室內(nèi)會(huì)直接造成局部區(qū)域溫度波動(dòng)，無(wú)法滿(mǎn)足環(huán)境控制要求，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致產(chǎn)品良品率的下降。
本文認(rèn)為工業(yè)建筑在保障人員安全的同時(shí)，亦應(yīng)充分尊重工藝布置及其環(huán)境控制要求。經(jīng)過(guò)多方專(zhuān)家論證及與消防部門(mén)多次溝通，最后消防部門(mén)同意：“潔凈層按40m間距設(shè)置專(zhuān)用消防口，其他樓層按《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》嚴(yán)格執(zhí)行。
本工廠沿外墻設(shè)置回風(fēng)夾道，消防救援人員從消防口進(jìn)入建筑物后需穿越豎井才能到達(dá)潔凈室。為確保救援人員可以安全、迅速到達(dá)火情發(fā)生點(diǎn)，本項(xiàng)目在回風(fēng)夾道上設(shè)置了聯(lián)系通道，該通道的樓板滿(mǎn)足耐火極限1.5h。
Fab電子工廠的建筑設(shè)計(jì)極其復(fù)雜，由于篇幅有限不能面面俱到。上述內(nèi)容僅為本文的一些經(jīng)驗(yàn)之談。
參考文獻(xiàn)
[1] GB50016-2014 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,2014.
[2] GB50809-2012 硅集成電路芯片工廠設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,2012.
[3] GB50073-2013 潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,2013.
[4] GB50472-2008 電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,2008.
[5] GB51370-2019 薄膜太陽(yáng)能電池工廠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,2019.
22年初心不變，只為做好一件事，合景智慧建設(shè)（廣東）有限公司始終認(rèn)為，一個(gè)好的產(chǎn)品，必須是優(yōu)質(zhì)的潔凈空間所賦予的品質(zhì)。合景凈化，行業(yè)知名品牌凈化工程公司，您值得托付。
186 6511 0000
![[完工案例]飛鶴乳業(yè)廠房?jī)艋こ探ㄔO(shè)總包項(xiàng)目完工視頻111](http://i364x9.cn/article_file/1690191387693_c.png)
![[施工現(xiàn)場(chǎng)]半導(dǎo)體芯片十級(jí)百級(jí)無(wú)塵車(chē)間施工視頻111](http://i364x9.cn/article_file/1750054391705.jpg)
![[完工案例]鵬輝能源潔凈廠房建設(shè)總包項(xiàng)目完工視頻111](http://i364x9.cn/article_file/1692436812963_c.png)
![[馬來(lái)西亞工程項(xiàng)目]醫(yī)療器械GMP總包項(xiàng)目案例111](http://i364x9.cn/article_file/1754292803847_c.png)
工信部備案號(hào)：