集成电路厂房供配电设计概述

Summary： 集成电路厂房因其特殊的工艺需求，造成厂房的建筑布局及用电分布 具有特殊性。本文通过具体项目案例，总结分析在集成电路厂房中供配电的设 计要点，以探索更加合理成熟的设计方案。

Keys： 集成电路；供配电；洁净厂房

绪论

近年来芯片已取代石油成为我国第一大宗的进口商品，进口总额超过2200亿美 元。然而我国芯片的自给率仍十分低，一旦遭遇外国政治环境影响，芯片将成 为限制我国高科技行业的快速增长。在芯片行业中大致分为IC设计、芯片制造

及芯片封装三大板块，芯片制造仍是我们的短板。但是我国芯片制造从上世纪

国外引进以来，在数十年的积累与发展中也积累了一定的经验，本文将结合实

际集成电路厂房项目，总结厂房供配电设计中的要点，为完善我国集成电路厂

房设计提供一点经验。

一、集成电路厂房供配电方案介绍

芯片厂房的供电有三个特点：一是用电量需求大；二是对用电可靠性要求高；

三是对电能质量要求高。

• 1.1 芯片厂房对用电量的要求

芯片厂房的核心设备为光刻机，目前主流的设备为深紫外光光刻机（DUV）及更

为先进的极紫外光光刻机（EUV）。由于光源在转换的过程中能量损失很大，所

以对电能的需求格外的高。按照以往项目的经验，芯片厂房洁净室的单位能耗

可能高达2.5KW/㎡。所以芯片厂房往往需要单独设置110KV变电站或220KV变电

站。

1.2 芯片厂房对用电可靠性的要求

芯片厂房对供电的可靠性很高，如果发生动力辅助设备的停电，将难以保证厂

房内的洁净度，甚至污染生产环境及部分产品；若工艺设备断电，将至整个批

次产品报废，经济损失十分巨大，国外芯片厂曾发生过一次故障导致上千万损

失的记录。所以根据《硅集成电路芯片工厂设计规范》GB50809-2012 第9.1.2

条规定：硅集成电路芯片工厂用电负荷等级应为一级。目前成熟的做法是，设

两台变压器为一组，变压器电源引自上级不同电源的母线段，每台的负载率为

50%以下，当一台变压器故障或需检修时，通过开关操作可以实现一台变压器可

以为本组变压器下所有负荷供电。

• 1.3 芯片厂房对电能质量的要求

芯片厂房生产中许多设备是十分精密的，所以对电压波动极其敏感。光刻机是

其中最为精密的设备，大于4毫秒的电压波动就将引发光刻机的宕机。目前采用

的方案是核心工艺设备使用UPS电源，这将有效的控制电能质量的问题。

二、实际项目案例

以下将通过绍兴某芯片厂房项目来具体介绍在集成电路芯片厂房项目中供配电

系统的设计。

2.1项目概况

本项目为绍兴某集成电路芯片厂房，建设总用地面积138386㎡，总建筑面积

147334.58㎡，规划共用19个单体，主要建筑为芯片生产厂房1，模组生产厂房

• 1，动力厂房1，生产调度及研发厂房1,110kV变电站及其他仓库门卫等小子项。

本次主要以芯片生产厂房1为案例分析介绍芯片厂房的供配电设计。

• 2.2设计资料收集

根据前期方案设计，本次芯片厂房规划设计为4层的丙类多层厂房，建筑高度

26.75米，占地面积14776.99㎡，建筑面积47251.67㎡。其中2层部分及三层为

洁净室，洁净室面积约为17000㎡左右。

一期工艺用电量为23000kVA。机械专业提资动力设备用电量约20000KVA。

2.3 供电系统设计

本工程用电负荷中部分重要动力设备、通信设备、生命安全设备及消防设备负

荷属于一级用电负荷，其余负荷属于二、三级用电负荷。

供电电源：本工程拟从市政变电站引来2路110kV电源供电,110kV变电站系统由

业主委托当地电业部门进行设计。

应急电源：在110kV变电站内设置3台功率2000kVA（常用）/10kV的柴油发电机

组作为备用电源。柴油发电机组启动信号取自110kV变电站总进线断路器分闸触

点及BA控制系统,并在30s内成功启动。

变配电站：按照本期工程各建筑用电负荷量的大小，拟在F1-芯片生产厂房1一

层设置一座10kV分配电站，内置高低压配电柜及配电变压器；四层设置一座

10kV分配电站，内置高低压配电柜及配电变压器；

在C1-动力厂房1三层设置10kV分配电站，内置高低压配电柜及配电变压器；

在E1-生产调度及研发厂房1一层设置10kV分配电站，内置高低压配电柜及配电

变压器。

一级负荷(厂区主要负荷供配电模式又称N电)：

各终端变电站内的低压变配电装置均采用“双终端”结构，两台终端配电变压器

容量均为100%备用，以进一步提高配电的可靠性及灵活性。

一级特别重要负荷(应急电源系统又称E电)：

将10kV市电与柴油机电源在高压段经高压应急-市电转换开关（ATS）切换送至

各应急变压器降至所需要的应急负荷设备电压对应急负荷设备供电。对需要双

路供电的应急负荷设备（如消防设备）则从应急低压配电母线及正常低压配电

母线各引来一路电源线路并在末端进行自动切换。

一级特别重要负荷(UPS系统又称U电)：

将10kV市电与柴油机电源在高压段经高压应急-市电转换开关（ATS）切换送至

各应急变压器降至所需要的应急负荷设备电压对应急负荷设备供电。UPS电源

分别引自普通电源变压器及应急电源变压器。

2.4 动力配电系统设计

2.4.1 工艺设备配电

工艺设备配电一般有两种方式，一是用电缆放射式配电，二是用母线树干式配

电。两种方式各有优缺点，当工艺设备总功率较大时，使用母线配电的方式更

加经济。而且由于工艺机台等敏感信息业主有保密的需求，所以往往使用母线

加插接口配电的方式业主后期能更加灵活的分配电源。

本项目变电站设在厂房一层，工艺机台的配电箱设在二层，采用母线配电的方

式。设有30条1600A至2500A大小的密集型母线槽，从1层变电站集中开孔穿至二

层，再按功能区域均布至工艺机台附近。

2.4.2 工艺排气系统配电

芯片厂房的生产需要用到多种化学品，生产过程中会产生各种废气，部分气体

是有腐蚀性的气体，部分气体是有毒有害气体，要将各种废气环保无害的排放