1分鐘停機(jī)造成的損失，電壓暫降對(duì)半導(dǎo)體制造有哪些危害？

隨著IT技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及電力電子技術(shù)的發(fā)展，工廠生產(chǎn)自動(dòng)化程度逐漸提高，生產(chǎn)設(shè)備對(duì)電壓暫降問(wèn)題變得越來(lái)越敏感，對(duì)電能質(zhì)量的要求也進(jìn)一步提高。

而在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的電壓暫降等問(wèn)題，對(duì)連續(xù)性生產(chǎn)要求高的用戶造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失，并逐漸引起電力部門和行業(yè)用戶的高度重視。

電壓暫降又稱電壓跌落、電壓驟降、電壓凹陷、晃電等。是電壓有效值在短時(shí)間內(nèi)突然下降又回升的現(xiàn)象。國(guó)標(biāo)GB/T        30137為暫降幅值：90%-1%，短時(shí)中斷：＜1% 持續(xù)時(shí)間：10ms-1min。

電壓暫降的原因有很多，主要有：雷擊、短路故障、大電機(jī)啟動(dòng)，這些原因發(fā)生頻次高、且有不易察覺等特征。

 圖注：電壓暫降產(chǎn)生的主要原因

由于電網(wǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，所以目前電壓暫降是電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中客觀存在且不可避免的現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)某封測(cè)企業(yè)2019年發(fā)生暫降11次，損失達(dá)200余萬(wàn)元。美國(guó)電力研究院（EPRI）分析，工業(yè)客戶平均每年經(jīng)歷66次電壓暫降問(wèn)題。 

       電壓暫降是影響半導(dǎo)體行業(yè)生產(chǎn)損失最嚴(yán)重、危害最大的電能質(zhì)量問(wèn)題。除此之外常見的電能質(zhì)量問(wèn)題包括：“功率因數(shù)、諧波和三相不平衡”。

半導(dǎo)體行業(yè)屬于連續(xù)性生產(chǎn)制程，一旦由于供電質(zhì)量造成生產(chǎn)暫停需要耗費(fèi)極大的停工成本，比如核心生產(chǎn)機(jī)臺(tái)（光刻機(jī)）暖機(jī)就需耗費(fèi)        24 小時(shí)。

半導(dǎo)體制造過(guò)程中，微小的粉塵都可能造成晶體管短路燒毀，在濺射鍍膜等部分制程甚至需維持真空，一旦出現(xiàn)供電質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致機(jī)臺(tái)設(shè)備宕機(jī)、制程中止，就會(huì)造成廢料、設(shè)備損壞、甚至停產(chǎn)等嚴(yán)重事故發(fā)生。       

一些高精密生產(chǎn)機(jī)臺(tái)設(shè)備，如：刻蝕、氣相沉積、光刻、加熱、清洗、測(cè)量?jī)x器、自動(dòng)檢測(cè)等設(shè)備也很容易受供電質(zhì)量的影響。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，半導(dǎo)體行業(yè)每一次停機(jī)事故所造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失可高達(dá)上億元。為防止電壓中斷和電壓暫降等供電質(zhì)量問(wèn)題造成半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備宕機(jī)，就必須在機(jī)臺(tái)設(shè)備輸入前端配置供電質(zhì)量保障設(shè)備。       

按照國(guó)標(biāo)GB50809《硅集成電路芯片工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB51136《薄膜晶體管液晶顯示器工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，半導(dǎo)體工廠必須配置防電壓暫降設(shè)備，以防止電壓暫降對(duì)生產(chǎn)機(jī)臺(tái)設(shè)備的影響。         

各類電能管理方案對(duì)比，VDC方案能否全面替代UPS？

作為國(guó)內(nèi)電壓暫降保護(hù)領(lǐng)域的代表廠商，深圳市科雷特能源科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱科雷特）半導(dǎo)體事業(yè)部劉總監(jiān)近日在第三屆深圳國(guó)際半導(dǎo)體5G應(yīng)用展上接受了媒體的采訪。

劉總監(jiān)談到，因?yàn)榘雽?dǎo)體、顯示制造企業(yè)對(duì)生產(chǎn)連續(xù)性要求特別高，因此此次參加第三屆深圳國(guó)際半導(dǎo)體5G應(yīng)用展的主要目的，就是為了進(jìn)一步推廣企業(yè)產(chǎn)品，提高知名度，同時(shí)希望能為半導(dǎo)體、顯示企業(yè)提供技術(shù)與服務(wù)。         

圖注：GRT-VDC電壓暫降保護(hù)系統(tǒng)

目前市面上電壓暫降保護(hù)方案主要有三種類型，分別是：UPS、IUPS、電壓暫降保護(hù)裝置。而主要客戶涵蓋各類需要大量用電，且對(duì)連續(xù)用電和電能質(zhì)量有高度要求的企業(yè)，如半導(dǎo)體、電子電器、汽車制造、食品醫(yī)療、公共設(shè)施等。此外，房地產(chǎn)、工業(yè)均有成功案例。

VDC的保護(hù)方案應(yīng)用比較靈活，優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)工作量低，保護(hù)范圍廣，保護(hù)時(shí)間可定制，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，占地小，可靠近終端設(shè)備擺放，且超級(jí)電容效率大于99%，使用壽命長(zhǎng)。

在配電房裝配，也可以單獨(dú)針對(duì)要保護(hù)的設(shè)備，如光刻機(jī)、蝕刻機(jī)等單獨(dú)配置。當(dāng)然，VDC也無(wú)法完全取代UPS。VDC的缺點(diǎn)是初始投資成本較高，因?yàn)槭侵惶幚黼妷簳航当Ｗo(hù)的情況，同時(shí)保護(hù)時(shí)間較短。如果需要保護(hù)的時(shí)間超過(guò)1分鐘，一般還是采用UPS或IUPS。 

圖注：GRT-IUPS智慧節(jié)能型后備電源

       UPS的不足是能耗較高，運(yùn)維成本高、電池更換費(fèi)用高，且每個(gè)星期要充放電一次，很多時(shí)候UPS的能耗成本會(huì)達(dá)到整體設(shè)備能耗的8~9%，工業(yè)級(jí)的可能達(dá)到10%。         

“我們進(jìn)行過(guò)測(cè)算，采用科雷特的iUPS設(shè)備能耗是1%，如果以產(chǎn)品使用10年周期計(jì)算的話，性價(jià)比高，整體設(shè)備及損耗的費(fèi)用可做到UPS的28%，可以說(shuō)是一個(gè)巨大的成本節(jié)約?！?/p>

國(guó)產(chǎn)化帶來(lái)新利好，半導(dǎo)體供電保護(hù)需求爆發(fā)進(jìn)行時(shí)

 “簡(jiǎn)單的說(shuō)，不管你是哪個(gè)行業(yè)，只要對(duì)用電連續(xù)性有高要求的企業(yè)。不管是VDC、iUPS（斷電+壓降保護(hù)）都可以用起來(lái)。” 

目前顯示面板領(lǐng)域的華星光電、京東方、天馬微，以及半導(dǎo)體晶圓制造領(lǐng)域的中芯國(guó)際、華虹，還有封測(cè)領(lǐng)域的安博、化學(xué)品清洗材料領(lǐng)域的新宙邦等都跟科雷特有合作，此外科雷特也為華為和代工廠的SMT生產(chǎn)線提供過(guò)壓降保護(hù)方案。    劉總監(jiān)也提到近年來(lái)國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備廠商進(jìn)步很快，如中微半導(dǎo)體、北方華創(chuàng)等。國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備的崛起也帶動(dòng)了科雷特等周邊配套供應(yīng)商一起進(jìn)入各大晶圓廠的供應(yīng)鏈，產(chǎn)生集聚效應(yīng)。此外，目前國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體生產(chǎn)開始要求達(dá)到一定的國(guó)產(chǎn)化率，這對(duì)于國(guó)產(chǎn)供電設(shè)備供應(yīng)商是一大利好。

“在半導(dǎo)體領(lǐng)域相比同行，我們還算是比較新的公司。”        盡管如此，科雷特始終以用戶需求出發(fā)、提供全面周到的用戶支持服務(wù)。 

相信隨著2021年各大晶圓廠繼續(xù)擴(kuò)充產(chǎn)能，未來(lái)深圳科雷特將在半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域迎來(lái)豐收！