国家标准《电子工业洁净厂房设计规范》GB50472-2008是设计建造电子工业洁净厂房的重要依据
陈霖新
摘 要：本文归纳了电子工业洁净厂房的特点，并对GB50472-2008规范的典型条款做了介绍，有利于大家对规范的理解和应用。
国内外洁净技术的发展都是随着科学技术的发展、现代产品生产的日新月异，特别是军事工业、电子、航天和生物医药等工业的发展而不断发展的。现代工业产品和现代科学实验活动要求微型化、精密化、高纯度、高质量和高可靠性，微型化的产品如电子计算机，从当初的设置在若干个房间内庞大的机组发展到当今的便携式、微型电脑，它所使用的电子元器件从电子管到半导体分离器件到集成电路再到极大规模集成电路，集成电路的线宽已从几微米发展到当今45nm产品的微型化，这些新科技产品要求具有严格的“洁净生产环境”，洁净技术便是根据产品生产对“洁净生产环境”中的污染物的控制要求、控制方法以及控制设施的日益严格而不断发展。洁净生产环境——洁净厂房、洁净室先后使用过“无尘室”、“无窗厂房”、“密闭厂房”、“空气悬浮粒子受控的房间”等，洁净厂房的设计建造和使用应做到不引入或少引入微粒、应不产生或少产生微粒，应不滞留或少滞留微粒；还应对洁净室内的温度、湿度、压力等参数按产品生产要求进行控制；根据产品生产要求需对洁净室内的气流分布、气流速度以及噪声、振动、静电等进行控制。
洁净技术是一门综合技术，其关键专业技术是生产工艺技术及其工艺设计、空气净化、洁净建筑以及各类产品生产所需的专业技术，如微电子产品生产所需的高纯物质——高纯水、高纯气、高纯化学品的相关专业技术等。这些专业技术在洁净室设计中都是不可缺少的，它们之间必须密切配合，围绕着满足产品生产的需要，相互协调、统筹安排。洁净厂房的设计、建造就是要在做好各相关专业设计的基础上，做好各项安全设施——消防、防火、防爆、安全报警，确保洁净室的安全运行；处理好电源、冷源、热源等动力供应，节约能源；安排好各类配管配线，确保各种流体介质的输送质量，减少材料消耗，方便施工安装和运行维护。
1．电子工业洁净厂房的特点
电子产品尤其是微电子产品生产依赖于洁净技术的发展，或者说洁净技术的发展是微电子产品的更新换代的需要和促进的结果，可以说它们之间是相互促进、共同发展的。以半导体集成电路等微电子产品为代表的电子产品生产用洁净厂房的特点主要有：
（1）严格的空气洁净度和各类杂质的控制要求，半导体集成电路制造是一种高科技制造技术，它是利用高精密机器设备，将物理、化学、电子、机械等技术融合应用于产品制造过程。为了获得微电子产品的高质量、高成品率，必须严格控制芯片缺陷，导致芯片缺陷的因素十分复杂，其污染源可能来自空气中粒子或加工过程中使用的各类工艺介质中的杂质、清洗用纯水中的杂质、工器具等带来的杂质污染等。生产环境控制就是对与产品生产过程相关进行各类污染物的控制，生产环境中微粒的控制是十分重要的内容，当前45nm的极大规模集成电路已投入生产，要求控制洁净室的空气洁净度为ISO1级或2级、控制微粒粒径为0.03µm。随着集成度的不断提高、加工尺寸日益微细化，不仅要求十分严格的空气洁净度等级，而且确保整个产品生产过程中微粒不黏附在芯片上、芯片不受化学污染物的污染、芯片表面不受损伤等。近年来实践表明，带入洁净室或洁净室产生的污染物还有空气中的NOX、SOX、Na+、Cl−；超细玻璃纤维制品中的硼和DOP粒子；操作人员自身产生的NH4+、Na+等；洁净室建造材料散发的各种有机物、金属离子；生产过程使用溶剂、洗涤液散发的各种化学污染物等，为此，化学分子态污染物的严格控制、去除化学分子态污染物的空气净化装置、技术措施以及相应的检测手段正日益广泛应用和不断完善。表1是集成电路制造对化学污染物的控制指标。
表1 集成电路对化学污染物的控制指标
（2）生产的连续性和自动化程度的提高、完善，现场作业人员减少。以微电子产品生产为代表的电子产品生产过程的连续性和自动化程度的不断提高、完善以及高精密制造设备的日益广泛应用，使电子工业洁净厂房的形式、构造和整体建造成本都发生了极大的变化，电子工业洁净厂房采用多种使用功能的组合式建筑日益增多；电子产品生产工艺及其制造设备的集成化、过程控制自动化、安全设施的日益完善，从而大大提高了电子产品生产过程的稳定性、安全可靠程度，并大大减少了生产过程所需作业人员，这些都为洁净生产环境创造了良好条件。
（3）一些电子产品生产过程需用包括高纯水、高纯气体的多种高纯物质和特种气体、化学品，而且对与电子产品生产过程直接接触的各种高纯介质——高纯水、高纯气体、高纯化学品等的纯度杂质含量等要求控制得十分严格，微电子产品的微细化，要求供应纯度极高的气体、化学品和纯水，目前纳米级集成电路芯片生产要求气体中杂质浓度控制到19−9或10−12级；要求供应电阻率为18MΩ、杂质浓度为19−9或10−12级的超纯水等。
（4）某些电子产品对振动、静电、电磁干扰、电力供应也有较为严格要求，电子工业洁净厂房一般应具有下列功能设施：净化空调系统、专用净化设备，洁净建筑及装饰，噪声控制、防微振，防静电、防电磁干扰，电气、照明，高纯物质——高纯水、高纯气、高纯化学品供应，安全、报警系统，节能设施，通信设施等。
（5）以微电子产品生产为代表的大面积、大空间、大体量的洁净厂房相继建成，并日渐增多。一个8″晶园生产用洁净厂房的洁净生产区面积可达数千至10 000m2左右、厂房高度20m左右；6代TFT-LCD生产用洁净厂房的洁净生产区面积达30 000多平方米、厂房高度接近30m，其中仅洁净室（区）及其贯通的上下技术夹层的高度可达15～18m。
基于上述电子工业洁净厂房的特点，现有国家标准《洁净厂房设计规范》GB50073中有关规定已不能满足需要，尤其是涉及化学分子污染物的控制，安全、消防等方面的规定，如洁净建筑防火与疏散、易燃易爆气体和化学品的贮存输送、安全消防报警设施等。由国家住房和城乡建设部和国家质量监督检验检疫总局联合发布、并从2009年7月1日实施的国家标准《电子工业洁净厂房设计规范》GB50472，正是以前述的电子工业洁净厂房的特点和工程实践为依据，结合我国电子工业洁净厂房设计建造和运行的实际情况，广泛的调查研究、收集整理相关的专题报告、测试资料，认真总结多年来电子工业洁净厂房设计建造和运行方面的经验，广泛征求了国内有关单位的意见，集思广益进行制定的。国家标准《电子工业洁净厂房设计规范》共分15章和4个附录。主要内容有：总则、术语、电子产品生产环境设计要求、总体设计、工艺设计、洁净室建筑设计、空气净化和空调通风设计、给水排水设计、纯水供应、气体供应、化学品供应、电气设计、防静电与接地设计、噪声控制、微振控制等。该规范是强制性标准，其中设有强制性条文近50条，在规范中以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。
2．典型条文介绍
由于各种电子产品生产工艺（工序）用洁净室（区）对空气洁净度等级、温湿度等均有不同的要求，一些生产集成电路芯片和TFT-LCD工厂的不同制造工序对空气洁净度等级、温湿度的要求是不同的，即使是相同工序在不同制造工厂因其专用工艺技术的不同也是有所不同的，为此在《电子工业洁净厂房设计规范》GB50472中的第3.2.2条、第3.2.3条作了相关规定。
第3.2.2条各种电子产品/有关工序的空气洁净度等级根据产品生产工艺要求确定；无要求时，可参照附录A要求确定。
第3.2.3条洁净室（区）的温度和相对湿度应按表3.2.3确定。表中规定：生产工艺无要求的洁净室温度：冬季≤22℃、夏季≤28℃，相对湿度：冬季30%～50%、夏季40%～70%。
近年来，对一些电子工厂的洁净室（区）内的噪声级（空态）的检测资料表明，大部分单向流洁净室（区）内的噪声均可达到小于65dB（A），也有少数洁净室（区）由于各种原因，实际检测的噪声超过65dB（A）。非单向流洁净室（区）内的噪声大部分可达到小于60dB（A）。表2是部分电子工厂洁净室（区）内噪声的实际检测数据。为此在“规范”中作了第3.2.5条的强制性规定：“单向流和混合流洁净室（区）的噪声级（空态）不应大于65dB（A），非单向流洁净室（区）的噪声级（倾家荡产态）不应大于60 dB（A）。”
表2 一些电子工厂洁净室（区）的噪声实测值
在“规范”的第4.2.3条对电子工业洁净厂房的洁净室类型的选择作出了相应的规定：洁净室形式的选择应综合生产工艺要求、节约能源、减少投资和降低运行费用等因素确定，各种空气洁净度等级的电子工业洁净厂房宜采用混合流洁净室。对空气洁净度要求严格时，宜采用微环境等形式。
作出上述规定，是鉴于电子工业洁净厂房是能量消耗大、建设投资大的高科技厂房，为了使这类洁净厂房的建设得到较好的经济效益、节能效益，从洁净室类型的选择开始就应该认真地进行分析研究比较，选择既满足电子产品生产工艺要求，又能做到降低能耗、减少建设投资和降低运行费用等需求。目前在超大规模集成电路工厂采用微环境类型的洁净室，是一种能满足以上要求的混合流洁净室。图1是Ballroom+微环境洁净室与港湾式洁净室的对比图示，图中（a）将要求大面积的单向流平均风速为0.45m/s变化为只有微环境范围内小面积，而大部分空间均采用5级、平均风速约为0.1m/s，所以采用微环境的洁净厂房的能耗小、投资低。
图1 微环境与隧道式洁净室的图示
在“规范”的第5.4节规定了电子工业洁净厂房应根据厂房内的设备和物料的特征、性质、形状等设置物料净化用室及相应的物料净化设施，并在第5.4.2条强制性的规定了：“物料净化用室与洁净室（区）之间应设置气闸室或传递窗。”作上述规定是为了加强具有洁净生产要求的电子产品生产过程，对搬入洁净室（区）的设备和物料进行的净化处理，可按物料的包装方式、物化性质的不同，分别采用真空吸尘、压缩空气吹除、擦拭等不同方法进行物料净化处理等。并应在洁净室（区）的物料净化用室与洁净室（区）之间设置气闸室或传通窗，以确保物料的搬入不影响洁净室（区）的空气洁净度的变化；而且是保持物料出入口处，洁净室（区）与非洁净室（区）静压差的基本条件，也是物料出入口处，洁净室与非洁净室的分界和分隔。
在“规范”中有关建筑设计的防火消防的主要条文如：第6.2.3条、第6.2.7条。
第6.2.3条洁净厂房内防火分区的划分，应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的有关规定。
丙类生产的电子工业洁净厂房的洁净室（区），在关键生产设备设有火灾报警和灭火装置以及回风气流中设有灵敏度严于0.01%obs/m的高灵敏度早期火灾报警探测系统后，其每个防火分区的最大允许建筑面积可按生产工艺要求确定。
从20世纪90年代末以来，我国建设了一批大规模集成电路芯片生产用洁净厂房、TFT-LCD生产用洁净厂房，它们的洁净室面积和防火分区面积均大大超过现行国家标准《洁净厂房设计规范》GB 50073、《建筑设计防火规范》GB 50016规定的面积。这些芯片制造、TFT-LCD制造为代表的高科技洁净厂房具有大面积、大体量的特点，国内外8″~12″芯片生产洁净厂房洁净区面积从6500m2～16 000m2，5、6代TFT-LCD生产用洁净区达36 000m2，8代TFT-LCD已达90 000 m2。这类洁净厂房通常由洁净生产区和各自设有的上、下技术夹层构成，厂房高度约为20~30m。由于芯片制造、TFT-LCD制造的生产工艺设备体量大，制造过程的连续性和自动化传输，所以生产工艺区是不能分隔的，为加强消防技术措施，在美国消防标准NFPA318中要求采用高灵敏（≤0.01%obs/m）早期空气取样式烟雾探测系统，在环境空气中烟雾浓度很低的火情出现初期，探测系统即发出警报，相应消防应急系统即可启动将火情消灭在初始阶段；据了解，国内外的此类高科技洁净厂房都这样设计建造，投产最早的已有十年以上。鉴于上述情况，作了本条的规定，其理由是：① 电子产品生产工艺要求确实不可分时，即由于电子产品工艺的连续性或生产过程的自动化传输设备的需要，洁净室确实不能按防火分区要求进行分隔的电子工厂洁净厂房；② 在洁净厂房内净化空调系统混入新风前的回风气流中应设置高灵敏度早期报警火灾探测器及其报警系统（Very Early Smoke Detection Apparayus，简称VESDA）或称空气采样式烟雾探测系统（Air Sampling Type Smoke Detection System），这类探测系统是主动抽取环境中空气，只要空气中有烟雾，就能及时报警，在火灾形成前数小时，实现早期报警，本条规定的灵敏度是传统探测器的数百倍，做到早期发现，将火源消灭在初始状态；③ 在关键生产设备，主要是使用易引发火情的设备应设有火灾报警和灭火装置。据调研表明在集成电路芯片工厂、TFT-LCD制造工厂等使用易燃、易爆化学品、气体的生产设备都设有火灾报警和灭火装置，为本条规定的实施创造了有利条件。
第6.2.7条洁净厂房的安全出口的设置，应符合下列规定：
1．每一生产层、每个防火分区或每一洁净室的安全出口数目，应符合现行国家标准《洁净厂房设计规范》GB 50073的有关规定；
2．安全出口应分散布置，并应设有明显的疏散标志；安全疏散距离应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的有关规定。安全疏散用门应向疏散方向开启，并应设观察玻璃窗；
3．丙类生产的电子工业洁净厂房，在关键生产设备自带火灾报警和灭火装置以及回风气流中设有灵敏度严于0.01%obs/m的高灵敏度早期火灾报警探测系统后，安全疏散距离可按工艺需要确定，但不得大于本条第2款规定的安全疏散距离的1.5倍。
注：对于玻璃基板尺寸大于1500mm×1850mm的TFT-LCD厂房，且洁净生产区人员密度小于0.02人/m2，其疏散距离应按工艺需要确定，但不得大于120m。
洁净厂房的安全出口的设置，在第1款中规定应符合现行国家标准《洁净厂房设计规范》GB 50073-2001中第5.2.7条的规定。第2款是对安全疏散距离应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB5 0016-2006中第5.7.4条中有关厂房内任一点到最近安全出口的距离不应大于第5.7.4条的规定并根据洁净厂房平面布置要求和洁净室的特点，规定了“安全出口应分散布置，并应设有明显的疏散标志”等，以利于人员的疏散。第3款的规定是由于近年设计建造的微电子工厂洁净厂房的大体量、大面积的实际情况，在有的洁净厂房内任一点到最近安全出口的距离达80～120 m。这类厂房如前所述均设有高灵敏度早期烟雾探测系统，并且此类厂房由于生产工艺设备体积大、连续性生产、自动化传输等因素，致使要实现厂房内任一点到安全出口的距离符合GB 50016的规定十分困难；但这类厂房中操作人员较少，人员密度极低，且人员流动巡查。因此作了本款的定。
“规范”中有关电子工业洁净厂房排烟设施等有如下的规定：
第7.6.1条洁净厂房中的疏散走廊，应设置机械排烟设施。
电子工厂洁净厂房中，不论在上技术夹层或下技术夹层或技术夹道中各种管线均较多，如果再安排机械排烟管道较困难，为了确保洁净厂房安全和一旦出现火情后，有能力及时疏散生产厂房中的工作人员，所以本条规定：洁净厂房的疏散走廊，应设置机械排烟设施。本条是作为强制性条文，所有电子工厂洁净厂房设计、建造时均应认真执行。
这里需要说明的是，本条的规定并不是说所有电子工厂洁净厂房都仅仅在疏散走廊设置机械排烟设施，如果一个具体工程项目，在洁净厂房的技术夹层等的管线布置安排中确有可能布置机械排烟管道，并且工程项目的业主希望洁净厂房设置机械排烟设施时，工程设计单位应密切配合，妥善进行各种管线的安排，做好机械排烟系统的设计。
第7.6.2条洁净厂房排烟设施的设置应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的有关规定，当同一防火分区的丙类洁净室（区）人员密度小于0.02人/m2，且安全疏散距离小于80 m时，洁净室（区）可不设机械排烟设施。
本条规定了电子工厂洁净厂房应按照现行国家标准《建筑设计防火规范》 GB 50016的要求设置排烟设施，但由于以集成电路、光电器件生产为代表的高新科技洁净室（区）具有大体量、大面积、人员密度小以及厂房构造、关键工艺生产设备设有安全设施等特点，且此类洁净厂房内各种公用动力、净化空调、高纯物质供应设施、管线较多，布置复杂，使机械排烟管线的布置比较困难，为此作了本条规定。
在“规范”中有关电子工厂洁净厂房中气体供应设施的规定，共有4节26条，其中强制条（款）有：第10.1.5条，第10.1.6条，第10.1.7-2.3条，第10.1.8～1.3.4条，第10.2.5条，第10.2.6条，第10.4.2条，第10.4.3～1.2.3条，第10.4.5条，如：
第10.1.8条洁净厂房的可燃气体管道系统应设置下列安全措施；
1．可燃气体管道设置阀门时应设阀门箱，阀门箱应设气体泄漏报警和事故排风装置，报警装置与相应的事故排风机连锁；
2．接至用气设备的支管和放散管，宜设阻火设施；
3．引至室外的放散管，应设防雷保护设施；
4．应设导除静电的接地设施。
本条为电子工厂洁净厂房内，设有可燃气体管道时，应采取的安全技术措施，制定这些规定的主要理由是：①在使用可燃气体的洁净室厂房内，为避免可燃气体的泄漏引发着火燃烧、爆炸事故，一般是将管路上的阀门设置在阀门箱内，此类阀门箱均设有气体泄漏报警和事故排风装置；否则应在敷设有可燃气体的洁净室（区）吊顶上部的技术夹层或侧面的技术夹道等场所的可燃气体易积聚处（注意这里的易积聚处，应按气体密度确定，是场所的最高或最低的死角或通风不良处），应设气体泄漏报警装置和事故通风装置，并设报警与事故通风的连锁。②目前在电子工厂洁净厂房中的氢气或含氢可燃气体等接至用气设备（无明火）的支管和放散管，为防火回火引发事故，均设有阻火器，但除此之外的可燃气体管道大部分没有设阻火器，所以本条规定“宜设阻火设施”。
在《电子工业洁净厂房设计规范》中，对化学品供应设施作了共3节13条的规定，其中强制性条文有：第11.2.1-1、2、3、5、6、7、8条，第11.2.2条，第11.2.3条，第11.2.5条，第11.3.1条，如：
第11.2.1条洁净厂房内各种化学品储存间（区）的设置，应符合下列规定：
1．化学品储存间（区）的储量不应超过该化学品24h的消耗量；
2．化学品按物化特性分类储存，当物化性质不容许同库储存时，应采用实体墙分隔；
3．危险化学品应储存在单独的储存间或储存分配间内，与相邻房间以耐火极限大于1.50h的隔墙分隔；
4．危险化学品储存、分配间宜靠外墙布置；
5．各类化学品储存、分配间应设机械排风。机械排风应采用应急电源；
6．对于易产生爆炸的危险化学品储存、分配间，地面应采用不发生火花的防静电地面；
7．输送易燃、易爆化学品的管道，应设导除静电的接地措施；
8．接至用户的输送易燃、易爆化学品的总管上，应设自动和手动切断阀。
制定本条的依据和参考材料摘要如下：①在现行国家标准《建筑设计防火规范》（GB 50016）中，第3.3.9条规定。②在现行国家标准《石油化工企业设计防火规范》GB 50106-1999第5.9.1条。③在美国消防协会发布的NFPA318《洁净室消防标准》中，第5.1.1条，危险化学品的储存和分配间应以耐火极限为1.0h的构造物与洁净室分隔。第5.1.3条，洁净室中应把危险化学品控制在使用和维护需要的限值。第5.1.4条，危险化学品的储存和分配间应设有下列机械排风装置：（1）机械排风最低流量为1m3/s·m2地板面积；（2）排风和入口处的开口应防止气体的积聚；（3）机械排风系统应与自动应急电源相连。
“规范”中，电气设计的第十二章设有配电、照明、通信与安全保护装置、自动控制和接地，共5节34条，其中第12.1.8条，第12.2.3-1条，第12.2.4条，第12.3.2条，第12.3.4-1.3条，第12.3.6条，第12.3.7条，第12.3.8条，第12.4.4条为强制性条文。典型条文如：
第12.2.1条洁净室（区）的主要生产用房间一般照明的照度值宜为300～500Lx；辅助工作室、人员净化和物料净化用室、气闸室、走廊等的照度值宜为200～300Lx。
根据现行国家标准《建筑照明设计标准》（GB 50034-2004）中的规定，照度值均为作业面或参考平面上的维持平均照度值，并在该标准的第5章中规定了各类建筑的照明标准值，现将该标准中有关电子工业的部分摘录于表3中。
表3 电子工业建筑一般照明标准值
据调查表明，近年来设计、建造的一些大规模集成电路芯片制造工厂、TFT-LCD制造工厂的洁净室（区）的照度值大部分为500lx，也有的采用300lx；更衣室、支持区和化学品储存分配间等，大部分为300～500lx，也有的采用150~200lx。根据上述情况，制定了本条的规定。
第12.3.4条洁净厂房内火灾探测器的设置应符合下列规定：
1．根据生产工艺布置和公用动力系统的装设情况，洁净生产区、技术夹层、机房、站房等均应设火灾探测器，其中洁净生产区、技术夹层应设智能型探测器；
2．当洁净厂房防火分区面积超过现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的规定时或顶部安装点式探测器不能满足现行规范设计要求时，在洁净室（区）内净化空调系统混入新风前的回风气流中应设置灵敏度严于0.01% obs/m的早期烟雾报警探测器；
3．硅烷储存、分配间（区），应设红外线-紫外线火焰探测器；
4．洁净生产区、走道和技术夹层（不含不通行的技术夹层）应设置手动报警按钮和声光报警装置。
制定本条的主要依据是：①电子工厂洁净厂房内火灾探测器选择时，应充分考虑洁净室（区）的环境条件及房间构造特点，如高度、面积、空气流向、流速、有无对火灾探测器的干扰等，以及火灾探测器的特性和技术指标。选用智能型探测器可比较可靠的探测火灾。②在一些芯片制造和第五代、六代以上液晶显示器生产用洁净厂房，洁净生产区的面积较大，防火分区的面积大大超过现行国家标准《建筑设计防火规范》（GB 50016）规定的最大容许建筑面积，为强化消防设计技术措施，本条明确规定应在洁净室（区）内净化空调系统混入新风前的回风气流中，应设置高灵敏度的早期烟雾探测器，把着眼点放在不可见烟雾的探测，尽早发现火情，把火灾消灭在萌发阶段，为避免事态扩大争取到更多的宝贵时间。据了解，近年来这类洁净厂房均在回风气流中安装了高灵敏度早期报警火灾探测器，虽然费用较高，安装、维护要求严格，但仍然得到用户和消防部门的认可。③硅烷储存区应采用火焰探测器，因为在室温下，硅烷是一种在空气中可以自燃的气体，硅烷一旦泄漏，很快燃烧，不产生烟雾，所以红外-紫外线（UV-IR）双重扫描的火焰探测器，对硅烷产生的火灾反应速度最快。
3．结束语
1．国家标准《电子工厂洁净厂房设计规范》GB50472是依据电子工厂洁净厂房的特点，参照国际标准，经过国内调研后制定。
2．GB50472是强制性标准，其中的“强制性条文”必须严格遵守。许多推荐性条文也是行之有效的要求、规定，对电子工业洁净厂房的设计、建造、运行具有指导性。
3．在“规范”实施中，不可避免有各种各样意见、疑问，希望能结合工程实践，欢迎提出建议，加强沟通交流，进行补充、完善。
（陈霖新，《电子工业洁净厂房设计规范》第一起草人，政府特殊津贴专家）
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