凈化技術(shù)與設備的發(fā)展應用趨勢

潔凈技術(shù)又稱(chēng)為生產(chǎn)環(huán)境和污染控制技術(shù)，是近二、三十年來(lái)隨著(zhù)高新技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)綜合性的新興科學(xué)技術(shù)。潔凈技術(shù)專(zhuān)門(mén)研究并提供潔凈的生產(chǎn)工藝環(huán)境和生產(chǎn)過(guò)程中使用的各種高純介質(zhì)，有效地控制微量雜質(zhì)，以保證高科技產(chǎn)品的成品率和可靠性。潔凈技術(shù)通常包括：空氣凈化技術(shù)、空調技術(shù)、水純化技術(shù)、氣體純化技術(shù)、微量雜質(zhì)控制技術(shù)、潔凈環(huán)境的監測技術(shù)及相關(guān)的環(huán)境質(zhì)量的控制技術(shù)。凈化工程技術(shù)在電子、核子、航空航天、生物工程、制藥、精密機械、化工、食品、汽車(chē)制造等高科技工業(yè)領(lǐng)域及現代科學(xué)領(lǐng)域中得到廣泛應用。 　　對于半導體設備來(lái)講，凈化工程技術(shù)在微電子技術(shù)中起著(zhù)十分重要的作用。微電子技術(shù)的核心是集成電路，而集成電路的生產(chǎn)對其工藝環(huán)境和工藝流程中的凈化技術(shù)和設備提出了嚴格的要求。我國在“九五”期間大力發(fā)展以微電子為重點(diǎn)的信息產(chǎn)業(yè)。凈化工程技術(shù)水平在某種意義上已成為衡量一個(gè)國家和地區科學(xué)技術(shù)水平和工業(yè)水平的一個(gè)重要標志。 　　

隨著(zhù)我國人民生活水平提高，人們對生存環(huán)境及生活質(zhì)量提出了越來(lái)越高要求，用水純化設備制備的高純水已受到人們普遍歡迎，凈化工程技術(shù)已開(kāi)始進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)，進(jìn)入人們的現代生活。 　　我國的潔凈技術(shù)和設備與國外先進(jìn)國家相比差距是明顯的，我國1965年才開(kāi)始生產(chǎn)的HEPA過(guò)濾器，比國外晚了十五年。1975年開(kāi)始生產(chǎn)的光散射塵埃粒子計數器比國外晚了二十年。0．1微米潔凈技術(shù)和設備在國際上先進(jìn)國家已成為成熟技術(shù)，我國則剛剛起步。 　　世界各工業(yè)先進(jìn)國家為適應超凈技術(shù)的發(fā)展，對大量使用的高效過(guò)濾器的研究從未中斷，幾年來(lái)一直在開(kāi)發(fā)不同結構不同性能的新產(chǎn)品，美國自1979年開(kāi)始研制0．1微米ULPA過(guò)濾器，1984年美國AAF公司開(kāi)始生產(chǎn)0．1微米無(wú)隔板ULPA過(guò)濾器，目前0．1微米ULPA過(guò)濾器在美國AAF公司、FLANDERS公司和CAMBRIDGE公司已形成商品化生產(chǎn)。日本也已成為世界上生產(chǎn)0．1微米ULPA過(guò)濾器廠(chǎng)家最多的國家，品種繁多，產(chǎn)品系列化，尤其是低壓損型0．1微米ULPA過(guò)濾器的開(kāi)發(fā)成功解決了初阻力大的技術(shù)難題。國際市場(chǎng)對高效空氣過(guò)濾器的需求量很大，且每年均有增長(cháng)，目前日本每年銷(xiāo)售超過(guò)100萬(wàn)臺，按每臺平均價(jià)格200美元計算，銷(xiāo)售額達2億美元。我國高效空氣過(guò)濾器市場(chǎng)需求量已接近每年10萬(wàn)臺，占國際市場(chǎng)的2％~4％，但至今還沒(méi)有0．1微米ULPA過(guò)濾器生產(chǎn)，用于超大規模集成電路生產(chǎn)潔凈廠(chǎng)房及各種高科技領(lǐng)域潔凈廠(chǎng)房的0．1微米ULPA過(guò)濾器目前還要依賴(lài)進(jìn)口。 　　

在潔凈室建設規模和技術(shù)水平上，我國與先進(jìn)國家差距更大。日本清水建設公司一家，1982年到1987年期間承建的潔凈室面積達71．8萬(wàn)平方米，而我國目前一年承建的潔凈室總面積還不到10萬(wàn)平方米，但八五期間有較大發(fā)展，1993年承建潔凈室總面積已接近15萬(wàn)平方米。美國的潔凈室建設規模更大，1998年統計已達188．5萬(wàn)平方米。在潔凈工程技術(shù)水平上，80年代末期，國外已大量建成0．1微米級的超凈室，1987年日本三洋新瀉工場(chǎng)建成十級潔凈廠(chǎng)房3000平方米，NIT原木則建成了四個(gè)1000平方米控制0．1微米塵埃的千級廠(chǎng)房，換氣次數高達300次／分。美國在臺灣的TSMCS新廠(chǎng)已建成第四代管道式潔凈室總面積達10000平方米。我國使用的0，1微米十級潔凈室主要依賴(lài)從國外進(jìn)口。由于高潔凈級別的潔凈室造價(jià)十分昂貴，0．1微米十級潔凈室每平方米造價(jià)高達1萬(wàn)美元以上。在大規模集成電路制造裝備的投資中潔凈廠(chǎng)房占有相當高的比例，這與集成電路工藝不斷更新，產(chǎn)品更新?lián)Q代周期越來(lái)越快的發(fā)展趨勢不相適應，嚴重制約了大規模集成電路技術(shù)的發(fā)展。美國ASYST公司、德國MW公司發(fā)展的使用隔離技術(shù)的亞微米生產(chǎn)微環(huán)境系統設備和技術(shù)在近幾年中得到廣泛采用。該項最新的潔凈技術(shù)在100級潔凈度的潔凈廠(chǎng)房中，采用工藝設備局部使用隔離技術(shù)的微環(huán)境，把投資比例壓縮到高級別的微環(huán)境，消除了操作者與工藝設備運行的二次污染源產(chǎn)生對集成電路成品率和可靠性的影響作用。 　　

潔凈技術(shù)和裝備的國際市場(chǎng)十分巨大，日本到80年代末、90年代初潔凈技術(shù)和設備的銷(xiāo)售額已突破35億美元。美國和西歐等先進(jìn)國家潔凈設備和基礎部件的銷(xiāo)售額已達73億美元。據中國電子專(zhuān)用設備工業(yè)協(xié)會(huì )統計，我國主要八家最大的凈化設備廠(chǎng)的銷(xiāo)售額1990年為8217萬(wàn)元，還不足1億，1993年達到14495萬(wàn)元，占國際市場(chǎng)銷(xiāo)售額的0．34％。但隨著(zhù)我國高新技術(shù)的迅速發(fā)展和微電子工業(yè)、光纖工業(yè)、液晶顯示工業(yè)及光電器件工業(yè)、生物工程、醫藥工業(yè)的發(fā)展，我國潛在的巨大的潔凈技術(shù)產(chǎn)品市場(chǎng)，以每年40％~50％的增長(cháng)速度在增加。 　　

包括特種氣體在內的工業(yè)氣體在世界上是一個(gè)新興的工業(yè)領(lǐng)域，隨著(zhù)工業(yè)規模的擴大和科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，至今工業(yè)氣體在世界上已形成了一個(gè)規模宏大的工業(yè)體系。進(jìn)入到八十年代以來(lái)，隨著(zhù)電子工業(yè)、石油化工等高新技術(shù)的發(fā)展，出現了電子氣及其特殊用途的高純氣和混合氣的特種氣體。目前世界工業(yè)氣體總產(chǎn)值占國民生產(chǎn)總值(GNP)的1．5％~2％、但產(chǎn)值增長(cháng)率為國民生產(chǎn)總值增長(cháng)率的2．5倍。1990年美國工業(yè)氣體總銷(xiāo)售額為48億美元，世界最大的法國液化空氣公司為38億美元，世界總銷(xiāo)售額為150億美元，超純氣體和特種氣體約占工業(yè)氣體銷(xiāo)售額的2％~4％，約為3~6億美元。與微電子、激光、光導纖維等工業(yè)發(fā)展配套的高純氣體和特種氣體共150種及15種混合氣，我國僅能生產(chǎn)H2、02、N2、Ar為數不多的幾種，有一部分國內能夠制備，但不夠級別，‘還需依靠進(jìn)口。我國高純氣體純化設備及配套件的年銷(xiāo)售額1993年約為1．2億元，其中大型深冷法制取高純氣體設備占60％~70％。非低溫分離設備占國際市場(chǎng)銷(xiāo)售額的1．2％。隨著(zhù)變壓吸附(PSA)技術(shù)和膜分離技術(shù)的迅速發(fā)展，我國高純氣體制取設備的市場(chǎng)將得到進(jìn)一步擴大。 　　

在超純水純化處理技術(shù)和設備方面，美國處于領(lǐng)先地位，日本、英國和德國也在世界市場(chǎng)上達到一定水平和規模。反滲透器中空纖維式產(chǎn)品以美國DUPONT公司最著(zhù)名，生產(chǎn)卷式反滲透器主要有美國UOP公司，日本東麗公司和美國GVLFENVIROMENT SYSTEM公司。脫鹽率一般均能達到95％以上。目的我國生產(chǎn)的反滲透器脫鹽率只能達到85％左右。超濾材料和超濾裝置無(wú)論是醋酸纖維素、聚嚙等，還是分管式、中空或卷式，國外都有商品化的成套超濾設備供應，如美國VAPONICS公司供應的帶有自動(dòng)化學(xué)清洗的超濾裝置。我國還處于起步階段�？傮w來(lái)講我國純水處理技術(shù)和設備與微電子工業(yè)等一大批高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求差距還很大。1993年全國純水設備制造行業(yè)銷(xiāo)售額約為1億元，約占國際市場(chǎng)的5％。 　　

我國經(jīng)過(guò)六五,七五,八五連續不斷的努力，在凈化設備和技術(shù)領(lǐng)域與國際先進(jìn)水平的差距正在縮小。 八五期間蘇凈集團公司承擔國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項目“O．1微米空氣凈化設備的研制”，通過(guò)“八五”科技攻關(guān)已研制成功“0．1微米無(wú)隔板ULPA過(guò)濾器”；研制成功我國空氣凈化技術(shù)的最高水平“0．1微米10級超凈室”，控溫精度達±0．2℃，濕度控制精度±4％，為發(fā)展我國硅片圖形線(xiàn)寬1微米的超大規模集成電路提供關(guān)鍵設備，打破了西方發(fā)達國家對我國的技術(shù)封鎖；研制成功的“0．1微米激光塵埃粒子計數器”，達到國際先進(jìn)水平，使我國成為世界上能生產(chǎn)0．1微米激光粒子計數器為數不多的國家之一。 　　

在八五期間，凈化空調系統工程的設計采用了美國聯(lián)邦209E標準已達到國外同類(lèi)產(chǎn)品九十年代初的設計水平，在國內遙遙領(lǐng)先，并在西昌衛星發(fā)射基地、秦山核電站中央控制室、北京正負離子對撞機等國家重點(diǎn)工程中應用。 　　

]九五期間原國家計委和電子工業(yè)部下達國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項目“使用隔離技術(shù)的亞微米生產(chǎn)微環(huán)境系統設備的研制”。跟蹤國際九十年代凈化技術(shù)和設備的先進(jìn)技術(shù)，已由蘇凈集團公司通過(guò)與同濟大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京理工大學(xué)的產(chǎn)學(xué)研合作，于1998年研制成功“標準機械接口SMIF系統設備”和“靈敏跟蹤STS系統設備”的樣機。使我國在高級別空氣凈化技術(shù)和設備領(lǐng)域進(jìn)入世界先進(jìn)水平。 　　

在超純水制造設備的研制和生產(chǎn)方面，蘇凈集團公司從美國PERMUTIT公司引進(jìn)了“空氣沖刷型多介質(zhì)過(guò)濾器設計和制造”、“防止純水污染的鋼材襯膠容器設計和制造”、“反滲透器組裝”、“氮氣保護水箱的設計和制造”、“脫氣塔的設計和制造”等五項專(zhuān)有技術(shù)和生產(chǎn)銷(xiāo)售許可證，經(jīng)過(guò)消化吸收制造的18MΩ．Cm(25℃)超純水設備，出水水質(zhì)達到美國ASTM—El級純水標準。八五期間承擔江蘇省火炬項目，建立了超純水系統CAD計算機輔助設計工作站和超純水測試實(shí)驗室，建成了RO反滲透機組的組裝生產(chǎn)線(xiàn)，產(chǎn)品水平達到國際先進(jìn)水平，大大縮短了我國在該技術(shù)領(lǐng)域與國際上的差距。 　　

超純水設備在我國具有廣泛而又巨大的市場(chǎng)前景，出水水質(zhì)達到美國ASTM—E1級純水標準可以在眾多技術(shù)中應用，目前我國生產(chǎn)的超純水設備和系統已在上海大眾、北京切諾基、一汽奧迪、二汽富康等眾多汽車(chē)行業(yè)中得到廣泛應用，在水處理工藝中增加超濾、殺菌和臭氧處理后，已在制藥、生物制品、化妝品行業(yè)得到廣泛應用。廣東健力寶、杭州娃哈哈等我國著(zhù)名飲料品牌也均采用了我國生產(chǎn)的超純水設備和系統。九五期間我國緊緊跟蹤國際上高純氣體制造技術(shù)和設備的發(fā)展，采用膜分離法制氮、制氫、和富氧，推出了第二代膜分離制氮裝置，每小時(shí)產(chǎn)氮能力200m3，組合裝置可達到1400m3／h，氮氣純度可達到99．9％以上。同時(shí)廣泛采用變壓吸附(PSA)技術(shù)制氫、制氧和制氮，采用真空變壓吸附(VPSA)技術(shù)生產(chǎn)純度為99．95％的氮氣和99. 5％的氧氣。

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