集成电路制造厂供配电系统可靠性研究

集成电路制造厂供配电系统可靠性研究

崔忠

 身份证号：342425198710280816

 上海市 201615

 摘要：集成电路制造厂的供配电系统可靠性对于生产的高效稳定进行至关重要。本文从技术角度深入分析了集成电路制造厂供配电系统的特点、可靠性的研究方法以及提高可靠性的措施。研究结果表明，通过采用冗余设计、定期维护、实施监控和报警系统等措施，可以有效提高供配电系统的可靠性，降低生产风险，为集成电路制造产业的可持续发展提供有力保障。

关键词：集成电路制造；供配电系统；可靠性

1引言

集成电路制造是当今高科技产业的重要支柱，其生产过程中对供配电系统的可靠性要求极高。供配电系统的稳定性和可靠性直接影响到集成电路的生产质量和生产效率。本文将对集成电路制造厂供配电系统的可靠性进行深入研究，旨在提高供配电系统的稳定性，降低生产过程中的风险。

2集成电路制造厂供配电系统的特点

2.1负载重

集成电路的制造涉及到微米乃至纳米级别的操作，因此，需要强大的能量来驱动精细的工艺过程。集成电路制作步骤繁多，每个步骤需要专用的机台，最小的串线需求也同时需要数十台工艺机台。同时，为了摊薄成本，集成电路制作厂商必须通过扩大产业规模，才能通过集群效应取得价格优势。另外，除工艺部分用电外，集成电路制造还需要配套动力设施，如空调系统、水处理系统、气化供应系统，动力设备同样需要大量电力供应。因此总体来看，集成电路制造的电力需求量是非常庞大的。以目前主流的12英寸集成电路制造厂为例，为实现盈利，其洁净室面积通常大于5万平方米，机台数量达到数千台，全厂负荷通常大于10MVA，其中动力部分用电约占整体用电40%以上。

2.2 电压等级种类多

集成电路制造是一个高度全球化的产业，工艺设备来自不同国家地区，不同国家的设备电压不同，这就造成集成电路制造厂需要配置种类繁多的电压等级，其中以AC 500V、AC 400V以及AC 215V最为常见。另外，常见的冷冻水机组还分为10kV和6.6kV。电压等级的不同，带来配电设备也种类繁多，对运行管理造成挑战。

2.3连续性要求高

集成电路制造是一个连续的过程，电力供应的中断除导致生产中断外，还可能造成洁净室环境指标的劣化，从而造成工艺机台损坏。另外，集成电路工艺机台属于精密机器，对于电压波动也非常敏感，超过SEMI F47可接受范围的电压波动会导致工艺机台宕机。因此，电力供应连续稳定对于集成电路生产制造尤为重要，任何中断或波动都可能导致产品质量下降或生产效率降低，除造成直接重大经济损失外，还可能面临违约风险。

2.4维护要求高

维护和保养也是确保供配电系统安全性和连续性的重要手段。为了确保供配电系统的长期稳定运行，需要对设备进行定期的维护和保养。这包括对设备的检查、清洁、更换磨损部件等措施。集成电路制造配电系统庞大，设备数量多，但由于生产连续性的要求，通常给与的岁修保养时间很短，无法满足全部维修保养，一部分维保工作需要在日常运行中实施。因此，对于系统以及设备的可维护性要求高。

3提高供配电系统可靠性的措施

3.1优化系统布局和设备选型

合理规划供配电系统的布局和设备选型，是提高供配电系统稳定性和可靠性的重要措施。在规划阶段，需要充分考虑系统的负载分布、运行效率、可扩展性等因素，选择合适的电压等级和电缆规格，合理配置电源和设备，使配电系统尽量应位于负荷中心，控制配电电缆长度，各段母线负荷分布均匀，无功分布合理。在设备选型方面，需要选择品质可靠、性能稳定、运行业绩良好的设备。另外，电力系统规划应重复考虑保护整定需求，减少供电层级，合理规划极差，确保继电保护能够正确、可靠动作。同时，规划还需要考虑设备的可维护性和可扩展性，以降低后期维护、更换以及扩建的成本。

此外，对于特别重要的系统或设备，为保障连续运行，因合理配置UPS、DC bank甚至专用母线等备用电源设备、系统或措施，以应对突发的短时停电以及电压波动。

3.2采用冗余容错设计

通过配置多个备用设备或备用线路，实现设备或线路的互为备份，是提高供配电系统可靠性的关键措施之一。在集成电路制造厂中，由于生产连续性的要求，任何设备或线路的故障都可能导致生产中断和产品质量问题。因此，配置备用设备或线路，可以在主设备或线路出现故障时，迅速切换到备用设备或线路，保证生产的连续进行。这种冗余设计可以显著提高供配电系统的可靠性。在实际应用中，通常采用2N、N+X以及两者混合的供电主架构，满足供电系统冗余以及容错的要求。局部还可以采用并联电路、热备用的方式等来实现设备或线路的互为备份。通过并联电路，多个设备或线路可以同时运行，任何一个设备或线路出现故障，其他设备或线路可以继续运行，保证生产的稳定进行。热备用则是在主设备或线路正常运行时，备用设备或线路也处于通电状态，随时可以接替主设备或线路的运行。

3.3实施监控和报警系统

通过实时监控供配电系统的运行状态，可以及时发现异常情况并报警，有效防止事故的发生，提高系统的可靠性，监控系统的设计及选型同样需要考虑冗余容错功能。首先，应根据被检测系统和设备特性选择合理的组网模式，考虑到集成电路制造厂设备数量级较大，通常可采用环网结构或双星型结构。另外，由于集成电路制造厂设备空间布置分散，应合理设置就地层、间隔层、站控层，采取分层分级管理。其次，合适的监控系统和设备是关键。需要选择具备高精度、高稳定性的监控设备和系统，能够实时监测供配电系统的各项参数，如电压、电流、功率因数等，，采取。另外，设置合理的报警阈值和报警方式是必要的。根据供配电系统的实际情况，设置合理的报警阈值及报警分级，当参数超过或低于阈值时，系统能够自动报警。报警方式可以采用声、光、短信等多种形式，以便及时通知相关人员处理异常情况。此外，定期对监控系统和设备进行维护和校准也是必要的。由于监控系统和设备长期运行，可能会出现磨损或误差，因此需要定期进行维护和校准，确保其正常运行。最后，监控系统还需要具备数据分析、趋势预测等功能，以便更好地了解设备的运行状态，完善失效模型，辅助预测设备寿命，指及时发现潜在的问题，导设备生命周期管理。

3.4执行定期维护和保养

对供配电系统进行定期的维护和保养是确保设备正常运行的重要措施。在集成电路制造厂中，由于设备的高精密性和高可靠性要求，维护和保养工作尤为重要。首先，建立完善的维护和保养制度是关键，制定定期检查、维保、校验和调整等维护计划，并确保按照制度进行执行。通过定期检查可以及时发现潜在的故障或问题，避免设备在运行中发生故障。其次，针对重要设备应制定设备履历卡制度，详细记录设备运行、维护、维修、停役全过程，确保信息可追溯，进行全生命周期管理。另外，要加强反事故措施落实，及时调整设备维护和保养内容或周期，避免同类型故障反复发生。

3.5采用智能技术

通过应用智能技术，实现供配电系统的自动化和智能化管理，是提高系统运行效率和可靠性的重要措施之一。智能技术可以帮助供配电系统实现远程监控、自动控制、故障诊断等功能，提高系统的自动化水平。通过远程监控，可以实时监测供配电系统的运行状态和参数，及时发现异常情况并采取相应的措施。自动控制技术可以实现自动调节、自动切换等功能，提高系统的稳定性和可靠性。故障诊断技术可以对系统故障进行快速定位和诊断，帮助维护人员快速处理问题。

3.6加强员工培训

提高员工的安全意识和操作技能，是减少人为因素对供配电系统可靠性影响的重要措施。在集成电路制造厂中，由于设备的复杂性和高敏感性，人为操作失误或不当行为可能导致设备损坏或生产事故。首先，加强员工安全意识教育是必要的。通过定期开展安全培训、宣传教育等活动，使员工充分认识到供配电系统安全运行的重要性和个人在其中的作用。同时，还需要建立完善的安全管理制度和操作规程，明确员工的安全职责和操作规范，确保员工在操作过程中遵循相关规定。其次，提高员工操作技能水平是关键。通过定期开展技能培训、实操演练等活动，使员工熟练掌握供配电系统的操作和维护技能。同时，还需要建立完善的技能考核和认证制度，确保员工具备相应的技能水平。此外，加强监督和管理也是必要的。通过建立完善的监督管理制度和奖惩机制，对员工的行为进行规范和约束。对于违反规定的行为需要及时纠正和处罚，对于表现优秀的员工可以给予奖励和表彰。

3.7制定应急预案

针对可能发生的故障或事故，制定相应的应急预案是确保供配电系统在紧急情况下能够迅速应对的重要措施。应急预案应该详细列出各种可能发生的故障或事故及其相应的处理流程，包括故障定位、隔离、恢复供电等措施。为了确保应急预案的有效性，需要定期组织进行演练、评估及调整。通过模拟故障或事故场景，从“人、机、料、法、环”等多维度检验应急预案的可行性和有效性。对于演练发现的错误、漏洞、需要及时对应急预案进行定期的修订和完善，以适应供配电系统或外部环境的发展和变化。此外，建立应急抢修队伍也是必要的。应急抢修队伍应该具备相应的专业技能和设备，能够在紧急情况下迅速到达现场进行抢修工作。

4结语

集成电路制造厂的供配电系统可靠性对于生产的高效稳定进行至关重要。通过对供配电系统的深入研究和采取一系列有效的措施，可以显著提高其可靠性，降低生产风险，从而为集成电路制造产业的可持续发展提供有力保障。

参考文献

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