半導(dǎo)體芯片用于每一種計(jì)算機(jī)化設(shè)備 - 從手機(jī)或咖啡機(jī)等家用物品到車輛、國(guó)防技術(shù)或航天器等復(fù)雜機(jī)器。它們使用高度敏感的材料生產(chǎn)，以形成必須小心處理的精細(xì)層。這就是為什么半導(dǎo)體芯片制造、測(cè)試和封裝等任務(wù)必須在受控的潔凈室環(huán)境中進(jìn)行的原因。

下面，我們將進(jìn)一步探討半導(dǎo)體潔凈室，包括其常見應(yīng)用、分類和設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

什么是半導(dǎo)體潔凈室？

在深入了解半導(dǎo)體潔凈室的諸多專業(yè)特點(diǎn)之前，讓我們先回顧一下，更好地了解什么是半導(dǎo)體，以及為什么必須在潔凈室內(nèi)處理半導(dǎo)體。

什么是半導(dǎo)體？

半導(dǎo)體由純硅這種玻璃狀固體材料制成，在熔融狀態(tài)下成型，然后切成薄片。半導(dǎo)體因其特殊的導(dǎo)電行為而備受推崇——既像金屬又像絕緣體——是制造計(jì)算機(jī)芯片和電路的重要成分。晶圓是一種基板，用于集成電路或芯片的基底。

半導(dǎo)體芯片是易碎材料。即使是最輕微的不一致也會(huì)損害其安全性和有效性，進(jìn)而損害由這些芯片驅(qū)動(dòng)的機(jī)器和設(shè)備的安全性和有效性。這就是為什么半導(dǎo)體潔凈室如此重要，以及為什么它們必須遵守嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)以確保對(duì)芯片制造環(huán)境的完全控制。

促進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)

2022 年 8 月，美國(guó)政府通過(guò)了《芯片與科學(xué)法案》。該法案旨在促進(jìn)半導(dǎo)體芯片制造，并將更多芯片帶回美國(guó)而不是海外。它批準(zhǔn)為美國(guó)半導(dǎo)體制造和研究提供近 520 億美元的政府補(bǔ)貼，以及為半導(dǎo)體芯片制造商提供約 240 億美元的投資稅收抵免。

毋庸置疑，該法案對(duì)美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的影響是十倍。曾經(jīng)因缺乏資金和資源而不得不暫停半導(dǎo)體項(xiàng)目的工廠現(xiàn)在可以恢復(fù)生產(chǎn)。其他半導(dǎo)體芯片制造公司可能會(huì)擴(kuò)大業(yè)務(wù)。為了做到這一點(diǎn)，他們需要更多的潔凈室。

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半導(dǎo)體潔凈室應(yīng)用

半導(dǎo)體用于許多行業(yè)和應(yīng)用。每當(dāng)半導(dǎo)體芯片制造中保持質(zhì)量和純度至關(guān)重要時(shí)（始終如此），就需要潔凈室。需要半導(dǎo)體潔凈室的一些最常見的行業(yè)和應(yīng)用包括：

• 計(jì)算機(jī)和手機(jī)制造業(yè)

• 汽車制造

• 航空航天和國(guó)防制造業(yè)

• 機(jī)器人及自動(dòng)化設(shè)備制造

• 家電制造

• 生物技術(shù)制造

半導(dǎo)體潔凈室分類

由于當(dāng)今社會(huì)對(duì)高價(jià)值電路元件的需求，半導(dǎo)體潔凈室通常每天 24 小時(shí)運(yùn)行。在整個(gè)芯片制造過(guò)程中，必須始終保持某些最嚴(yán)格的潔凈室等級(jí)。

在大多數(shù)情況下，半導(dǎo)體潔凈室必須符合ISO 14644-1 4-6 級(jí)要求。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，0.5μm 或更小的顆粒數(shù)最多可容納 352-35,200 個(gè)。它們還必須符合ISO 14644-2的要求，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了質(zhì)量控制系統(tǒng)以維持這些標(biāo)準(zhǔn)。然而，并非所有流程都需要如此嚴(yán)格的控制。制造的晶圓的包裝、組裝和測(cè)試可以在 ISO 7 級(jí)或 ISO 8 級(jí)潔凈室中進(jìn)行。

根據(jù)其獨(dú)特的應(yīng)用，半導(dǎo)體潔凈室可能還必須滿足一些行業(yè)特定要求，例如汽車應(yīng)用的ASTM 標(biāo)準(zhǔn)和航空航天應(yīng)用的NASA 標(biāo)準(zhǔn)。除了 ISO 標(biāo)準(zhǔn)外，通常還需遵守這些標(biāo)準(zhǔn)，以確保半導(dǎo)體潔凈室始終受到控制，并且從中生產(chǎn)的芯片具有一致的質(zhì)量。

任何低于這些嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的水平都可能導(dǎo)致缺陷。

半導(dǎo)體潔凈室設(shè)計(jì)

半導(dǎo)體潔凈室需要堅(jiān)固的潔凈室設(shè)計(jì)，以幫助它們達(dá)到并保持嚴(yán)格的清潔標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還允許輕松移動(dòng)和工作流程。以下是一些特別重要的半導(dǎo)體潔凈室設(shè)計(jì)方面需要考慮的方面。

操作員和操作員流程

就像任何其他類型的潔凈室一樣，半導(dǎo)體潔凈室的清潔度和控制的最大威脅來(lái)自在其中工作的人員。這就是為什么半導(dǎo)體潔凈室操作員必須接受專門培訓(xùn)并配備專門設(shè)備以防止污染。

但這種半導(dǎo)體與操作員的關(guān)系是雙向的。半導(dǎo)體及其制造電路所需的工藝可能對(duì)人體健康有害。因此，設(shè)計(jì)半導(dǎo)體潔凈室時(shí)，務(wù)必確保操作員能夠安全完成任務(wù)。一些半導(dǎo)體潔凈室甚至配有機(jī)器人設(shè)備或特殊安全規(guī)程，以保護(hù)工人免受放射性工藝、有毒化學(xué)物質(zhì)、激光和磁場(chǎng)的傷害。

空氣質(zhì)量與過(guò)濾

如上所述，半導(dǎo)體潔凈室必須具有高水平的空氣質(zhì)量——任何潔凈室應(yīng)用都需要一些最潔凈的空氣。這從強(qiáng)大的潔凈室 HVAC 和過(guò)濾系統(tǒng)開始，例如HEPA 或 ULPA 過(guò)濾器，它們用于處理空氣以去除允許限度內(nèi)的顆粒。

潔凈室內(nèi)的機(jī)器可能還配有自己的排氣系統(tǒng)，可去除不潔凈的空氣和顆粒物。

其他環(huán)境威脅

除了過(guò)濾空氣中的顆粒物，半導(dǎo)體潔凈室還必須防范其他環(huán)境威脅。控制以下因素尤其重要：

• 靜電–靜電放電會(huì)損壞半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。地板、墻板、家具等必須使用靜電耗散材料。

• 濕度– 半導(dǎo)體潔凈室中濕度不受控制會(huì)導(dǎo)致烘烤時(shí)間不一致、表面膨脹和腐蝕以及溶劑蒸發(fā)。需要保持 35-65% 之間的恒定相對(duì)濕度。

• 排氣– 半導(dǎo)體潔凈室設(shè)備會(huì)產(chǎn)生排氣，并將空氣中的污染物帶入空間。必須通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)備清潔和維護(hù)以及持續(xù)的空氣過(guò)濾來(lái)控制排氣。

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