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1分钟停机造成的损失,电压暂降对半导体制造有哪些危害?

发布时间:2021-09-02  浏览:109

1分钟停机造成的损失,电压暂降对半导体制造有哪些危害?

随着IT技术、自动化技术以及电力电子技术的发展,工厂生产自动化程度逐渐提高,生产设备对电压暂降问题变得越来越敏感,对电能质量的要求也进一步提高。

而在生产过程中出现的电压暂降等问题,对连续性生产要求高的用户造成了重大的经济损失,并逐渐引起电力部门和行业用户的高度重视。

电压暂降又称电压跌落、电压骤降、电压凹陷、晃电等。是电压有效值在短时间内突然下降又回升的现象。国标GB/T        30137为暂降幅值:90%-1%,短时中断:<1% 持续时间:10ms-1min。

电压暂降的原因有很多,主要有:雷击、短路故障、大电机启动,这些原因发生频次高、且有不易察觉等特征。

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 图注:电压暂降产生的主要原因

由于电网环境的复杂性,所以目前电压暂降是电网运行过程中客观存在且不可避免的现象,国内某封测企业2019年发生暂降11次,损失达200余万元。美国电力研究院(EPRI)分析,工业客户平均每年经历66电压暂降问题。 

       电压暂降是影响半导体行业生产损失最严重、危害最大的电能质量问题。除此之外常见的电能质量问题包括:“功率因数谐波三相不平衡”。

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半导体行业属于连续性生产制程,一旦由于供电质量造成生产暂停需要耗费极大的停工成本,比如核心生产机台(光刻机)暖机就需耗费        24 小时。

半导体制造过程中,微小的粉尘都可能造成晶体管短路烧毁,在溅射镀膜等部分制程甚至需维持真空,一旦出现供电质量问题导致机台设备宕机、制程中止,就会造成废料、设备损坏、甚至停产等严重事故发生。       

一些高精密生产机台设备,如:刻蚀、气相沉积、光刻、加热、清洗、测量仪器、自动检测等设备也很容易受供电质量的影响。

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据统计,半导体行业每一次停机事故所造成的直接和间接经济损失可高达上亿元。为防止电压中断和电压暂降等供电质量问题造成半导体生产设备宕机,就必须在机台设备输入前端配置供电质量保障设备。       

按照国标GB50809《硅集成电路芯片工厂设计规范》和GB51136《薄膜晶体管液晶显示器工厂设计规范》要求,半导体工厂必须配置防电压暂降设备,以防止电压暂降对生产机台设备的影响。         

各类电能管理方案对比,VDC方案能否全面替代UPS?

作为国内电压暂降保护领域的代表厂商,深圳市科雷特能源科技股份有限公司(以下简称科雷特)半导体事业部刘总监近日在第三届深圳国际半导体5G应用展上接受了媒体的采访。

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刘总监谈到,因为半导体、显示制造企业对生产连续性要求特别高,因此此次参加第三届深圳国际半导体5G应用展的主要目的,就是为了进一步推广企业产品,提高知名度,同时希望能为半导体、显示企业提供技术与服务。         

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图注:GRT-VDC电压暂降保护系统

目前市面上电压暂降保护方案主要有三种类型,分别是:UPS、IUPS、电压暂降保护装置。而主要客户涵盖各类需要大量用电,且对连续用电和电能质量有高度要求的企业,如半导体、电子电器、汽车制造、食品医疗、公共设施等。此外,房地产、工业均有成功案例。

VDC的保护方案应用比较灵活,优点是维护工作量低,保护范围广,保护时间可定制,环境适应性强,占地小,可靠近终端设备摆放,且超级电容效率大于99%,使用寿命长。

在配电房装配,也可以单独针对要保护的设备,如光刻机、蚀刻机等单独配置。当然,VDC也无法完全取代UPS。VDC的缺点是初始投资成本较高,因为是只处理电压暂降保护的情况,同时保护时间较短。如果需要保护的时间超过1分钟,一般还是采用UPS或IUPS。 

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图注:GRT-IUPS智慧节能型后备电源

       UPS的不足是能耗较高,运维成本高、电池更换费用高,且每个星期要充放电一次,很多时候UPS的能耗成本会达到整体设备能耗的8~9%,工业级的可能达到10%。         

“我们进行过测算,采用科雷特的iUPS设备能耗是1%,如果以产品使用10年周期计算的话,性价比高,整体设备及损耗的费用可做到UPS的28%,可以说是一个巨大的成本节约。”

国产化带来新利好,半导体供电保护需求爆发进行时

 “简单的说,不管你是哪个行业,只要对用电连续性有高要求的企业。不管是VDC、iUPS(断电+压降保护)都可以用起来。” 

目前显示面板领域的华星光电、京东方、天马微,以及半导体晶圆制造领域的中芯国际、华虹,还有封测领域的安博、化学品清洗材料领域的新宙邦等都跟科雷特有合作,此外科雷特也为华为和代工厂的SMT生产线提供过压降保护方案。    刘总监也提到近年来国产半导体设备厂商进步很快,如中微半导体、北方华创等。国产半导体设备的崛起也带动了科雷特等周边配套供应商一起进入各大晶圆厂的供应链,产生集聚效应。此外,目前国内半导体生产开始要求达到一定的国产化率,这对于国产供电设备供应商是一大利好。

“在半导体领域相比同行,我们还算是比较新的公司。”        尽管如此,科雷特始终以用户需求出发、提供全面周到的用户支持服务。 

相信随着2021年各大晶圆厂继续扩充产能,未来深圳科雷特将在半导体设备领域迎来丰收!