近日，据国际半导体产业协会(SEMI)估计，今年厂房建设投资可望攀高至270亿美元，将创下历史新高，我国半导体厂房建设产业景气度持续走高，将迎来新一轮发展机遇。与此同时，更快速、更节能、更高效的半导体建厂要求，已成为当今半导体工程设计领域专家共同面临的挑战。
陆晶，作为中电二公司电子行业设计专家，专注于半导体晶圆制造、芯片制造、先进封测等专业领域项目的设计与建设。拥有二十余年从业经验的他，始终秉持“合适的才是最好的”工作理念，在洁净室大跨度生产区高精度温度控制及半导体工厂空调系统节能减排设计方案的优化上取得了突出业绩。
陆晶 中国电子系统工程第二建设有限公司 设计总院副院长 上海分院院长
自加入中电二公司以来，陆晶先后主持实施了无锡某12英寸先进半导体项目、南方中芯14nm洁净室扩充项目、淄博6英寸碳化硅芯片项目、杭州某半导体制造厂房项目等多项重大工程项目的设计工作，并多次参与行业各项技术课题的开发，参与工程建设强制性国家规范《电子元器件厂项目规范》等多项技术规范的编写，拥有《一种化学过滤器测量取样装置》等多项实用新型专利。
凭借卓越的设计业绩和管理能力，陆晶先后获得2016年“电子工程设计”一等奖、2020年“无锡市五一创新能手”等荣誉表彰。
图：陆晶主导参与的部分半导体项目
图：《一种化学过滤器测量取样装置》专利证书
突破标准，技术赋能设计创新
现阶段半导体工艺设备大多受限于国外进口，而项目建设期通常都早于设备订货期，为了能推进项目进展，项目组需要相关经验数据来指导前期设计。但以往数据大多来自于国外公司，是否适合国内并没有定论。出于设计稳妥的考虑，在没有办法验证的情况，会不断放大富裕系数，严重影响后续施工进度与成本。
此难题在无锡某12英寸半导体项目(下简称“无锡项目”）尤为凸显。由于该项目洁净室建设规模大精度高，在半导体工厂要求365天24小时不停运作的情况下，如遇极端天气，如何把洁净室的温度精度控制在22±0.3°C是团队遇到的一大难题。在缺乏经验数据指导的困境下，陆晶带领团队探索出一条运用CFD技术进行环境模拟的创新之路。
团队通过模拟验证的方式，将以往类似项目的实测运维数据作为参考边界条件，形成模型，为设计数据提供理论支持。在仿真模拟的帮助下，优化了厂房的整体设计，将国内最大回风跨距63M厂房的温度精准的控制在了标准之内。并且在建设完成后，团队又通过调试运维来验证模拟的实际效果，证实模型与最终实际场景匹配度高达100%。通过此次的模拟技术，该项目节省了部分设备和设置，为客户节省造价600万，同时降低环境运维成本15%以上。
图：陆晶在项目现场讨论设计方案优化（左四）
如今，中电二公司CFD仿真模拟技术在半导体领域已展现出不可替代的作用。该技术已成功应用于200多个项目，在公司新实施的半导体行业项目中覆盖率高达90%以上。
节能先行，提高能源利用效率
如何降低能耗，也是半导体工厂建设的一大难题。过去行业内更多聚焦于从降低空调设备运行效率来减少能源耗费，忽略对设计方案的整体性、系统性考虑，节能力度与效果未能发挥到极致。陆晶与团队从多年半导体厂房的实际运维经验出发，统筹分析各系统方案的优缺点，总结出一套技术上先进、经济上合理的空调系统节能减排方案。有效解决项目能耗管理中管理成本过高、节能效果不佳等问题，并带来良好的经济效益和社会效益。
“无锡项目有一块特殊的黄光区建设，不仅需要严格执行超高温湿度精密度要求，同时还需保证其365天24小时正常生产，能耗是巨大的。”陆晶回忆道。“如果还按照传统的解决思路，通过不断加大FFU数量，提高换气风量控制精度与增加温差降低负荷，难以有效提升能耗管理效率。于是我们决定尝试采用CFD模拟仿真技术，通过在不同条件和状况下的温度影响变量的模拟，结合同类型项目累积的实测数据，在满足精度控制需求的前提下，成功将FFU整体布置率从50%降低到35%，仅黄光区就能节省电费30-60万元/年。”
图：无锡项目黄光区成果
另外，在深入半导体工厂的节能减排研究中，陆晶发现，合理的温湿度是决定车间整体能耗高低的重要因素之一。为维持车间所要求的温度和相对湿度，车间的送风进行必要的热、湿处理，这一过程中冷冻机等动力设备会消耗大量的能量。如果能够在这一环节有所攻克，将会为整个行业的节能减排工作大大减负。对此，陆晶带领团队走访了国内多家半导体工厂，了解到多数厂房的温湿度沿用了国外设计方案中的22℃/45%，但对于为何选用该控制点背后的原理并未有所研究。在对工人的访谈中，陆晶和团队也发现许多女工在22℃的环境下会感觉到冷，从而影响到一些微操作。
在陆晶与专业人员就工艺设备的生产环境进行沟通后，了解到工艺生产设备仅对温度波动敏感，对温度没有定义。陆晶决定在将标准温度升高，经过多轮测试与模拟，最终将温湿度控制点锁定为23℃/50%。经青岛物元、复旦大学嘉善实验室、淄博MEMS等项目实践证实，在保证不影响工人操作的前提下，该温湿度的调整能有效调节冷冻机出水温度，减少大量新风除湿负荷，提升设备运行效率，整体节能率提升至少10%。
图：陆晶在项目现场勘查（左一）
因地制宜，合适的才是最好的
面对行业内不加分析盲目采用国外项目经验导致建设成本和运维费用直线上升的现状，陆晶始终坚信“合适的才是最好的”。只有深入踏实的去研究工艺需求和地区差异，认真探究每一个数据的来龙去脉，大胆假设，小心求证，通过实验研究、仿真模拟和运维实测等方式去论证最适合项目制程的实际需求，才是打造出精品工程的唯一途径。也只有因地制宜，根据中国本土情况，用本土数据去验证，才能真正做到以国产化替代助力中国半导体行业实现从落后到赶超的逆袭。
“值得肯定的是，先进的L-EPC模式为半导体厂房建设提供了全新的解决思路和办法，我们有足够的理由相信，未来以高效率建造、高技术水平、高质量管理为核心的EPC服务之路必将成为时代的主流。”陆晶说道。
图：陆晶与中电二公司EPC专家团队讨论EPC设计管理模式（右一）
作为国内高科技工业建筑领域EPC服务的领军企业，中电二公司将始终秉持“以终为始，精益建造”的L-EPC建造理念，持续培育更多半导体高精尖人才，不断强化技术创新能力与建筑全生命周期服务能力，为“切实降低工程内耗，坚定设计施工一体化”不断赋能，助力中国半导体崛起。
