半導體芯片用于每一種計算機化設備 - 從手機或咖啡機等家用物品到車輛、國防技術或航天器等復雜機器。它們使用高度敏感的材料生產,以形成必須小心處理的精細層。這就是為什么半導體芯片制造、測試和封裝等任務必須在受控的潔凈室環境中進行的原因。
下面,我們將進一步探討半導體潔凈室,包括其常見應用、分類和設計特點。
什么是半導體潔凈室?
在深入了解半導體潔凈室的諸多專業特點之前,讓我們先回顧一下,更好地了解什么是半導體,以及為什么必須在潔凈室內處理半導體。
什么是半導體?
半導體由純硅這種玻璃狀固體材料制成,在熔融狀態下成型,然后切成薄片。半導體因其特殊的導電行為而備受推崇——既像金屬又像絕緣體——是制造計算機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。
半導體芯片是易碎材料。即使是最輕微的不一致也會損害其安全性和有效性,進而損害由這些芯片驅動的機器和設備的安全性和有效性。這就是為什么半導體潔凈室如此重要,以及為什么它們必須遵守嚴格的標準以確保對芯片制造環境的完全控制。
促進半導體產業
2022 年 8 月,美國政府通過了《芯片與科學法案》。該法案旨在促進半導體芯片制造,并將更多芯片帶回美國而不是海外。它批準為美國半導體制造和研究提供近 520 億美元的政府補貼,以及為半導體芯片制造商提供約 240 億美元的投資稅收抵免。
毋庸置疑,該法案對美國半導體行業的影響是十倍。曾經因缺乏資金和資源而不得不暫停半導體項目的工廠現在可以恢復生產。其他半導體芯片制造公司可能會擴大業務。為了做到這一點,他們需要更多的潔凈室。
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半導體潔凈室應用
半導體用于許多行業和應用。每當半導體芯片制造中保持質量和純度至關重要時(始終如此),就需要潔凈室。需要半導體潔凈室的一些最常見的行業和應用包括:
計算機和手機制造業
汽車制造
航空航天和國防制造業
機器人及自動化設備制造
家電制造
生物技術制造
半導體潔凈室分類
由于當今社會對高價值電路元件的需求,半導體潔凈室通常每天 24 小時運行。在整個芯片制造過程中,必須始終保持某些最嚴格的潔凈室等級。
在大多數情況下,半導體潔凈室必須符合ISO 14644-1 4-6 級要求。該標準規定,0.5μm 或更小的顆粒數最多可容納 352-35,200 個。它們還必須符合ISO 14644-2的要求,該標準規定了質量控制系統以維持這些標準。然而,并非所有流程都需要如此嚴格的控制。制造的晶圓的包裝、組裝和測試可以在 ISO 7 級或 ISO 8 級潔凈室中進行。
根據其獨特的應用,半導體潔凈室可能還必須滿足一些行業特定要求,例如汽車應用的ASTM 標準和航空航天應用的NASA 標準。除了 ISO 標準外,通常還需遵守這些標準,以確保半導體潔凈室始終受到控制,并且從中生產的芯片具有一致的質量。
任何低于這些嚴格標準的水平都可能導致缺陷。
半導體潔凈室設計
半導體潔凈室需要堅固的潔凈室設計,以幫助它們達到并保持嚴格的清潔標準,同時還允許輕松移動和工作流程。以下是一些特別重要的半導體潔凈室設計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,半導體潔凈室的清潔度和控制的最大威脅來自在其中工作的人員。這就是為什么半導體潔凈室操作員必須接受專門培訓并配備專門設備以防止污染。
但這種半導體與操作員的關系是雙向的。半導體及其制造電路所需的工藝可能對人體健康有害。因此,設計半導體潔凈室時,務必確保操作員能夠安全完成任務。一些半導體潔凈室甚至配有機器人設備或特殊安全規程,以保護工人免受放射性工藝、有毒化學物質、激光和磁場的傷害。
空氣質量與過濾
如上所述,半導體潔凈室必須具有高水平的空氣質量——任何潔凈室應用都需要一些最潔凈的空氣。這從強大的潔凈室 HVAC 和過濾系統開始,例如HEPA 或 ULPA 過濾器,它們用于處理空氣以去除允許限度內的顆粒。
潔凈室內的機器可能還配有自己的排氣系統,可去除不潔凈的空氣和顆粒物。
其他環境威脅
除了過濾空氣中的顆粒物,半導體潔凈室還必須防范其他環境威脅。控制以下因素尤其重要:
靜電–靜電放電會損壞半導體的導電性能。地板、墻板、家具等必須使用靜電耗散材料。
濕度– 半導體潔凈室中濕度不受控制會導致烘烤時間不一致、表面膨脹和腐蝕以及溶劑蒸發。需要保持 35-65% 之間的恒定相對濕度。
排氣– 半導體潔凈室設備會產生排氣,并將空氣中的污染物帶入空間。必須通過適當的設備清潔和維護以及持續的空氣過濾來控制排氣。
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