IC工厂的防微振设计

在 ４００～１０００ｍｍ 时 ， 隔 振 缝 至 多 也 只 是 这 个 深 度 ， 这 种 深 度是很难使传来的振动有所衰减的， 也就是说， 用隔振缝 （ 沟） 来减弱最常见的中、低频振动基本是无效的。
Ｎｏ ｆ （ Ｈｚ） Ｄｆ （ Ｈｚ） ５＃２ ５＃５
１ １．３５０ １．３５０ ８．２０７Ｅ－ ０３ １．０６３Ｅ－ ０２
ＳＦ＝１５３．６Ｈｚ Δｆ＝０．１５０Ｈｚ ＳＣ＝９．５１４Ｅ－ ０３ Ｎ＝５１３
以南方某 ＩＣ 工厂为例， 隔振缝深 ８００ｍｍ， 在缝的两侧 同时记录振动， 测试结果见表 ５。
ＮＣ＝３４ ｆ＝４．９５０ Ａ１＝６．７９３Ｅ－ ０３ Ａ２＝３．４４６Ｅ－ ０３
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应该指出， ＩＣ 前 工 序 厂 房 的 底 板 厚 度 问 题 ， 不 仅 与 所
制造芯片的加工最小尺寸有关， 而且与工程地质， 周围振
源状况都有密切关系， 因此不可能是一个定值， 但可以有 一个大致范围。表 ４ 是根据工程设计经验底板厚度可参考
的范围。
还应指出， 底板底面与土壤层应紧密接触， 这样， 将
ＩＣ 工厂的防微振设计
中国电子工程设计院 俞渭雄☆ 陈 骝 娄 宇
摘 要 集成电路 （ ＩＣ） 工 厂 设 计 的 核 心 问 题 是 微 污 染 控 制 ， 防 微 振 作 为 控 制 振 动 污 染 ， 在 工 程 设 计 中 占 有 重 要 的 地 位。防微振技术涉及的环节较多， 本文提出依据现场测试与工程实践经验， 把握主要环节， 遵从系统性的观点， 采用科学 的方法， 解决防微振问题。
分析， 从中找出优选方案。
在概念设计阶段， 应进行必要的建筑结构防微振计算
及设备隔振计算。关于建筑结构的防微振计算， 采用有限
元方法， 输入干扰振动信息， 计算结构的响应， 但由于计
算假定与实际状况往往相差较大， 计算只能作为参考， 而
不能作为定量的依据。
５．３ 详细设计应着重考虑的若干问题
５．３．１ 底板 ＩＣ 工 厂 前 工 序 厂 房 位 于±０．００ 以 下 的 地 面 一 般 设 计 为
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可见图 ８ 及图 ９。 钢筋砼结构方案， 造价低于钢结构方案， 精密设备可
在平台上任意位置布置， 不仅满足当前使用， 也适应今后
工艺流程的改变， 但施工工期较长， 钢结构平台施工工期
较短， 造价高， 为了防微振需要， 必需建造独立基础 （ 与
平台脱开） 安装精密设备。
进行多个方案比较， 应从技术、工期及造价进行全面
据， 来指导防微振设计。 实践证明， 这一设计程序行之有效， 不遵守这一程序
往往导至工程有缺陷以致工程无法正常使用， 这种例子， 已屡见不鲜。
５．２ 概念设计 ＩＣ 工 厂 防 微 振 设 计 主 要 是 指 ＩＣ 前 工 序 厂 房 的 防 微 振 设 计 。ＩＣ 前 工 序 厂 房 防 微 振 概 念 设 计 是 详 细 设 计 的 前 导 ， 是整个设计工作的重要一环， 笔者认为， 做好概念设计应 考虑如下环节： （ １） 确认精密设备容许振动值。对于近期已修正的 ＶＣ 曲线， ＶＣ－ Ｄ 及 ＶＣ－ Ｅ 曲线， 已由 ４Ｈｚ 延伸至 １Ｈｚ， 这一延 伸， 防微振设计如何控制低频振动如地脉动频段的振动， 将给设计增加难度， 采取的措施将增加工程造价， 特别对 于那些地脉动值较大的地区， 更应注意。 （ ２） 分析场地环境振动测试数据。场地环境振动包括 常时微动及突发性振动。其数据处理方式不同， 幅值也有 较多差异， 如何衡量及采用这些数据， 在概念设计中要慎 重对待。 （ ３） 设计方案比较。进行多个方案比较， 是概念设计 必须做的， 由于防微振措施的多样性， 工程设计方案也是 多个的， 方案中应考虑 ·工 艺 生 产 区 与 辅 助 区 的 平 面 布 置 、 空 间 关 系 及 划 分 。 ·建 筑 柱 网 及 层 高 。 ·防 微 振 措 施 的 基 本 构 成 及 比 较 。 ·经 济 分 析 。 以防微振措施的基本构成之一防微振平台为例， 对于 钢筋砼结构方案及钢结构方案， 振动传递途径是不同的，
关键词 集成电路 微污染控制 振动源 防微振结构 隔振措施
Ｍｉｃｒｏ － Ｖｉｂ ｒａ ｔ ｉｏ ｎ － Ｐｒｏ ｏ ｆ Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ ｆｏ ｒ ＩＣ Ｆａ ｂ
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Ｂｙ ＹＵ Ｗｅ ｉｘｏｎｇ ★， ＣＨＥＮ Ｌｉｕ ａ ｎｄ ＬＯＵ Ｙｕ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ Ｍｉｃｒｏ－ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｔｈｅ ｈａｒｄｃｏｒｅ ｉｎ ＩＣ ｆａｂ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ． Ｂｅｉｎｇ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ， ｍｉｃｒｏ－ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ－ ｐｒｏｏｆ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ． Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ－ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ－ ｐｒｏｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎｖｏｌｖｅｓ ｑｕｉｔｅ ｓｏｍｅ ｌｉｎｋｓ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｗｅ ｓｕｇｇｅｓｔ ｔｈａｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｉｔｅ ｔｅｓｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ， ｈｏｌｄ ｍａｊｏｒ ｌｉｎｋｓ ａｎｄ ｆｏｌｌｏｗ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｉｄｅａｓ ｓｏ ａｓ ｔｏ ｆｉｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｍｉｃｒｏ－ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ－ ｐｒｏｏｆ．
动波 （ 常见的汽车振动影响） ，
其波长为
ＬＲ＝
ＣＲ ｆ
＝
１２８ １２
＝
Ｎｏ ｆ （ Ｈｚ） Ｄｆ （ Ｈｚ） ５＃１ ５＃４
１ ３．０００ ３．０００ ０．５２０Ｅ－ ０２ ２．５２９Ｅ－ ０２
２ ３．７５０ ０．７５０ １．６３０Ｅ－ ０２ ２．４８０Ｅ－ ０２
３ ４．２００ ０．４５０ ６．８３９Ｅ－ ０２ １．８８６Ｅ－ ０２
厚重的钢筋砼底板， 这种厚重的底板能明显减弱外界传来
的振动， 因为它质量大 （ 厚重） ， 而且由于它和下层土壤紧
密接触， 刚度大， 且有较好的阻尼值， 因此具有良好的减
振Biblioteka Baidu果。
以 南 方 某 工 程 为 例 ， 底 板 厚 ８００ｍｍ， 当 底 板 施 工 完 ，
上部结构未建造时， 在常时微动及附近有车辆经过时同时 测试土层及底板顶面振动， 进行对比， 其结果是： 在 ４－ ８Ｈｚ 的频段， 振动减弱了 ５６％～７５％， 而＞８Ｈｚ 频段， 振动减 弱了 ８５％以上。图 １０ 为常时微动时的频谱叠合对比， 其中 １＃ 测点在土层， ２＃ 在底板上。图 １１ 为其时域波形。
（ ４） 阶段设计的必要性： 由于防微振的微振动量是很 小的， 影响微振动量的因素多而且变化大， 为了保证工程 设计达到防微振指标， 必需进行分阶段设计， 才能使工程 设计具有成功的最大可能性。
ＩＣ 工厂防微振设计带有 一 定 的 风 险 性 ， 为 了 把 风 险 降 至最低， 使成功率最大化， 就必须有一套设计程序加以保 证， 根据实践经验， ＩＣ 工厂防微 振 应 遵 守 的 设 计 程 序 如 图 ７ 所示。
可以采用复合地基或桩基础， 在设备隔振方面更是方案多 样， 措施不同， 等等。也就是说， 不论采取什么样的防微 振措施， 最终的目标是一样的。然而也必需指出， 由于防 微振方案不同， 措施不同， 引起的工程造价也不同， 更需 对方案进行权衡比较。另外， 由于措施的多样性， 在评论 防微振方案的措施时， 单一的对某一措施进行评论， 是不 全面的， 对方案要进行综合分析比较， 才有意义。
２ ２．１００ ０．７５０ ６．２７３Ｅ－ ０３ ８．８８９Ｅ－ ０３
３ ２．８５０ ０．７５０ １．４１７Ｅ－ ０２ １．０８８Ｅ－ ０２
４ ３．４５０ ０．６００ １．２６９Ｅ－ ０２ １．１１９Ｅ－ ０２
５ ４．９５０ １．５００ ６．７９３Ｅ－ ０３ ３．４４６Ｅ－ ０３
单踪频域分析
ＮＡＭ： ２
其特点是： １、防微振设计是分阶段进行的， 只有这样才能保证工 程成功的最大可能性。 ２、强调依靠在工程各阶段的微振动实测， 取得真实数
☆俞渭雄， 男， １９３５ 年生， 大专， 高工， 原主任工程师 １００８４０ 北京 ３０７ 信箱防微振工程设计研究所 （ ０１０） ６８２０７６０８ 收稿日期： ２００６－ ０８－ １０
使土壤与底板共同工作， 有效减弱了振动能量。在软弱地
层地区， 如我国南方的淤泥质土层， 常为非固结状态， 为
防止土层的下陷， 采用加固地基土， 形成复合地基， 将有
效阻止土层下陷， 保证底板与土层的共同工作， 实践证明
具有良好的效果。
工艺区底板与周围支持区底板之间是否需要设隔振缝，
往往一些片面的认识误导了设计。一般认为， 只要设缝，
１０．６７ｍ， 缝 （ 沟 ） 深 应 为Ｈ≥０．３×１０．６７＝３．２ｍ， 这 样 深 的 缝 （ 沟） ， 不仅构造困难， 造 价 也 高 ， ＩＣ 前 工 序 厂 房 底 板 厚 度
１＃ ２＃
ｆ１：０．００００ ｆ２：７６．８０４９
１０：２７：４１ ０９－ ０８－ １９９７
ＩＮＶ－ ＤＡＳＰ５．３０
或基础周围设隔振沟， 就能起隔振作用。但理论研究和实
践证明， 表面波 （ 瑞雷波） 在土层的传播性质， 其垂直与
水平向是随深度的增加而衰减， 这种衰减与土壤特性有着
密 切 关 系 。 实 践 证 明 ， 当 隔 振 缝 （ 沟 ） 的 深 度 Ｈ≥０．３ＬＲ 时， 垂直 向 振 动 才 开 始 衰 减 ， ＬＲ 为 表 面 波 波 长 。例 如 ， 某 地区 土 层 表 面 波 波 速 ＣＲ＝１２８ｍ ／ｓｅｃ， 对 于 频 率 为 １２Ｈｚ 的 振
（ 续上期）
５ ＩＣ 工厂的防微振设计
５．１ 防微振设计的特点及设计程序 ＩＣ 工厂防微振设计有如下特点： （ １） 振源的多样性： 以厂外振源为例， 铁路列车、地 铁、城市道路汽车、附近工厂机械、机场飞机及车辆、建 设工程施工机械等运行的振动影响， 由于 ＩＣ 工厂所在地区 不同， 厂外振动源的类型及其组合也不同， 而且由于地质 状况的差异， 这些振源的振动传播规律及强度有相当差异， 对 ＩＣ 工 厂 的 影 响 也 往 往 有 较 大 差 异 。 再 者 ， 对 于 厂 内 振 源， 由于工厂总平 面 布 置 的 差 异 ， 以 及 ＩＣ （ 精 密 ） 厂 房 内 工艺布置及动力区位置不同， 选择动力设备的型号、数量 不同， 其振源组合及振动影响也有着很大差别。因此， 在 工程设计前及工程进展的中间阶段必需进行微振动测试， 获得数据， 作为设计依据。 （ ２） 工艺的多变性及工程设计的前瞻性： 由于 ＩＣ 工业 发展十分迅速， 产品更新快， 因此在工厂设计中要考虑由 于产品更新引起工艺流程的变化及工艺设备布置的改变， 往往在设计中不仅要考虑在线产品的要求， 还需要考虑下 一代产品的要求， 也就是说， 往往防微振要求不仅要满足 目前生产需要， 还要满足下一代产品的需要。 （ ３） 防微振措施的多样性： 为了满足 ＩＣ 工厂精密设备 防微振要求， 采取的措施可以是多样的， 以建筑结构为例， 可以采用砼结构、钢结构或组合结构， 以地基基础为例，
４ ６．６００ ２．４００ １．７３Ｅ－ ０２ ８．３８７Ｅ－ ０３
５ ８．４０１ １．０００ ４．２７８Ｅ－ ０２ ６．５４５Ｅ－ ０３
单踪频域分析
ＮＡＭ： ２
ＳＦ＝１５３．６Ｈｚ Δｆ＝０．１５０Ｈｚ ＳＣ＝５．３３０Ｅ－ ０２ Ｎ＝５１３
ＮＣ＝５７ ｆ＝８．４０１ Ａ１＝４．２７９Ｅ－ ０２ Ａ２＝６．５４５Ｅ－ ０３
Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ ＩＣ Ｍｉｃｒｏ－ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅｓ Ｍｉｃｒｏ－ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ－ ｐｒｏｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ
★Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅ ｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅ ｅ ｒｉｎｇ Ｄｅ ｓ ｉｇｎ Ｉｎｓ ｔｉｔｕｔｅ