集成电路制造技术范文

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第1篇

关键词 制冷技术；集成电路制造；宽温区；大功率；高精度

中图分类号：TN305.94 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0105-02

集成电路制造工艺复杂性与装备精密性对温度控制技术提出宽温区、大功率、超精密等严格要求。如刻蚀工艺设备中，由于不同刻蚀方法要求反应腔内的温度不同，需要冷却系统输出温度范围在-20℃～80℃、精度优于±0.5℃的循环冷却介质。硅片基底进行薄膜化学气相沉积工艺时，反应腔内温度达到300℃～1000℃，对冷却系统的温控精度要求不高，主要目的是带走内部大量热量，制冷功率达到100 kW、甚至更高。纳米级（100 nm）光刻机要求内部投影镜头和关键区域的温度稳定在±0.01℃，随着光刻工艺特征线宽（CD）的不断减小该指标还需不断提高，为此要求冷却系统输出的冷却介质的温度控制精度在±0.01℃。

冷却系统中制冷技术是最为关键的技术，制冷技术的选择恰当直接决定水冷系统的指标实现、方案复杂性与经济性等。

1 冷却系统介绍与制冷技术分析

上述冷却系统是专用提供温度、压力、流量受控的循环冷却介质的设备。它对内部加热、制冷执行器进行控制，实现内部循环冷却介质的温度控制，并与被控设备进行管路连接后，输送循环冷却介质至被控设备进行热交换，最终实现对被控设备的温度控制、热量转移的功能。如图1所示水冷系统主要由加热器、制冷系统、水泵、水箱、传感器、冷却水进出口组成，包含循环冷却介质回路、冷却水回路。制冷系统的主要作用是将循环冷却介质带出的热量通过热交换转移至工厂冷却水，最终带出设备。

制冷技术主要有三种方法，利用物质相变的吸热效应实现制冷；利用气体膨胀产生的冷效应进行制冷；利用半导体的热电效应实现制冷。其中以物质相变原理的蒸汽压缩式制冷最为常见，具有制冷效率高、冷却温度低的特点。压缩式制冷适合温度达到-20℃的低温冷却场合，并且对冷量控制技术的研究目前也有很大进展，如数码蜗旋式变频压缩机控制技术、PWM电子膨胀阀等，能够实现较高的温控精度。

热电制冷技术是利用直流电经过不同导体时发生热量转移的原理，利用热电制冷原理制造出的制冷元器件称为半导体制冷片，可以通过调节它电流的大小实现冷量的调节，具有调节精度高、制冷功率小的特点。此外，制冷片的冷却效率与它冷、热面的温差有很大关系，为保证一定的冷却效率，冷热面的温差需要控制在一定范围内，这限制了热电制冷的制冷温度。虽然光刻机内部投影镜头和关键区域的温度控制精度要求高，但主要用来平衡环境空气的温度波动及传感器、板卡的热量，冷却功率小，并且温度点在20℃左右。因此，热电制冷技术十分适合于光刻工艺设备的超精密温度控制。

此外转移热量也可以通过冷却水与循环冷却介质直接进行热交换器实现，即通过水、水强制对流的方式。该方式的传热系数达到2000 W/（m2·k）～15000W/（m2·k），在热交换两侧温差较大时可以实现很大的热交换功率。硅片基底进行薄膜化学气相沉积工艺中，对温度点没有严格精度要求，主要作用是带出大量热量、冷却反应腔体的温度，水、水热交换的制冷方式比较适合。

2 蒸汽压缩制冷系统

蒸汽压缩制冷系统如图2所示：制冷系统由压缩机、冷凝器、气液分离器、干燥过滤器、示液镜、膨胀阀和蒸发器组成。冷却水回路包括水力调节阀，循环冷却介质回路包括流量调节阀。压缩机制冷系统中的蒸发温度是较为恒定温度点，循环冷却介质温度为-20℃时蒸发温度一般设置略低-20℃，如果循环冷却介质的温度变为80℃将造成蒸发温度过高引起高低报警。为此，在高温工况下通过循环冷却介质回路的流量调节阀在换热前进行分流，避免了压缩机高低压报警。控制系统设计采用逻辑PID控制，运用PID算法分别对电子膨胀阀、流量调节阀和加热器的输出量进行调节，其中电子膨胀阀PID控制旨在监控压缩机吸气温度，避免吸气温度过高引起高、低压报警；流量调节阀PID控制旨在控制混流完成后循环冷却介质的温度，使它略低于设定工况；最终通过加热PID控制实现出水口优于±0.5℃的温度控制。

3 热电制冷技术

半导体制冷片经过直流电经过后会形成冷、热端，利用它的冷端可以进行制冷。如图3所示，将制冷片的冷、热端分别贴在冷端散热器与热端散热器，循环冷却介质经过冷端散热器被冷却，半导体制冷片将热量转移至热端散热器，最终冷却水经过热端散热器将热量带走。半导体制冷片与金属壁间为热传导，冷却水、循环冷却介质在散热器内为对流换热。

设计冷、热端散热器时需进行对流换热分析、热传导分析，还应考虑制冷片的温差与制冷量的关系、循环水的温控范围、冷却水的温度波动范围，以及目标制冷功率与最大电流等。降低半导体制冷片冷、热端的温差可以提高制冷效率。热端散热器的换热系数应设计大于冷端散热器，因为它除了转移循环冷却介质带出的热量外还要带出半导体制冷片自身发热的热量。通过控制半导体制冷片的供电电流大小来实现制冷量的调节，供电电路包括功率控制器、整流桥、保护元件等，功率控制器根据输入的控制信号调节输出三相电压的大小，整流桥将交流电压转换为直流电，供给制冷片。温度控制器根据实际温度与目标温度的差值，经处理器的算法运算，最终向功率控制器输出模拟量的控制信号。

4 水、水热交换制冷

循环冷却介质通过换热器与厂务供应的冷却水进行热交换来实现制冷。如图4所示，循环水回路包括温度传感器、流量调节阀；冷却水回路包括温度传感器、流量传感器、流量调节阀。循环冷却介质温度的调节是通过调节与冷却水发生热交换的支路流量实现，温度传感器、流量调节阀形成温度反馈控制系统。冷却水的温度与流量会影响制冷功率，因此在冷却水回路中增加温度、流量传感器进行监测。热交换器的设计与对流量调节阀控制是该方案的关键。

根据厂务冷却水的技术参数及使用工况确定热交换器的设计输入的参数：循环冷却介质侧的最低进水温度48℃、出水温度33℃、制冷功率100 kW、流量100 L/min；冷却水进水最高温度18℃、出水温度43℃、流量60 L/min；经分析换热系数为4350 W/（m2*K）、换热面积2.3 m2。选用西门子两通阀对流量进行调节，选型时应考虑最小调节量、响应时间。选用欧姆龙PLC作为控制器，根据循环冷却介质的当前温度与设定温度对两通阀的开度进行调节，实现温度控制，选用科宝公司流量传感器、温度传感器对冷却水流量、温度进行监测。该方案主要换热器与流量调节阀，简单、经济性高。

5 结论

集成电路制造工艺设备的温度控制涉及宽温区、大功率、超精密的复杂要求，制冷技术是温控技术的关键。本文分析上述温控特点与制冷技术，对宽温区（-20℃～80℃）场合提出蒸汽压缩式制冷方式，对大功率换热（100 kW）场合提出水、水热交换的制冷方式，对超精密（±0.01℃）场合提出热电制冷方式并对各方案的原理实现、控制技术进行探讨，提出旁通式蒸汽压缩机制冷技术、基于流量调节的温度反馈控制系统、基于半导体制冷片的制冷系统设计等。

参考文献

[1]机械工程师手册编委会.机械工程师手册[M].机械工程出版社，2007.

[2]姚汉民，胡松，刑延文.光学投影曝光微纳加工技术[M].北京工业大学出版社，2006.

第2篇

关键词：高压输电线；造价分析；控制；措施

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.08.154

1 前言

经济发展直接导致区域用电规模的扩大，在这样的背景下，需要加强电网系统的配电能力，从而对于电力的稳定性和质量带来一定的影响，因此电力系统必须推进输电线路的建设以及完成区域内高压输电线施工。高压输电线路是电力系统建设中的基础项目，但是有在造价管理中存在潜在的风险较多，往往会在一定程度上降低高压输电线路建设的管理水平，因此针对高压输电线路管理存在的问题，提出相应的解决策略，能够有效避免出现投资失控等问题。

2 输电线路工程造价分析

工程造价管理是任何一个项目管理的重要一部分，在高压输电线路施工中也是重要的一部分，规范施工过程中的成本投入以及落实相应的预算支出，可以最大程度的提高施工企业的经济效益。随着我国大规模的投入高压输电线路建设，很多企业的造假管理一直保持高风险，主要体现在以下几个方面：

2.1 多样性

高压输电线路由于线路较长，在施工的过程中，由于不同区域的施工难度和需要的人手材料不同，所以必须重视施工过程中的平衡，实现多主题的控制，避免由于造价管理单一带来的风险；

2.2 动态性

高压输电线路自施工的过程中常常会受到许多因素的影响，造价工程无法保持在一个静态水平上；

2.3 系统性

高压输电线路中各项子工程存在内在的而联系，在进行造价管理的过程中，不能独立进行划分，存在一定的整体和系统性。

3 高压输电工程造价的影响因素

高压输电线路单位主要是以“万元/km”作为指标是，随着我国高压输电工程建设过程中更加的多样化，相应的气离散程度也会越来越复杂，影响高压输电工程造价主要包括以下几个方面：

3.1 自然环境因素

不同地区由于环境差别较多，对于平原地带，其相关的造价较低，对于处于山区和风速较大的地区，其造价也会在一定程度上提高，根据目前相关研究表明，地区的风速没提高一级，相应的杆塔数量会增加3成，相对而言，增加了工程造价。

3.2 技术因素

同样技术原因也会对工程造价产生较大的影响，目前的研究发现，在进行高压输电线路建设中，需要队工线路的输送量，导线的界面和回路等参数进行具体的分析，其中在这些参数中，输送量是影响造价工程最为重要的因素。如果要扩大工程的输送量，就必须在一定程度上增加导线的斜面积，因此在碱性输电网的建设之前，需要选择合理的输电导线，这样能够在一定程度上提高输电能力。

如果上述工作没有统计好，在进行实际施工中，截面积就会大大增加，截面积的巨大变化会造成耗材指标的变化，最终对整个工程的耗材也会产生较大影响。所以，在施工设计的过程中，需要合理的选择导线分裂数，紧凑施工的线路一方面可以通过增加分裂数来完成，另外导线方案的实施和塔形的合理建设也能够降低工程造价，也可以提高输电设备的电气功能。

耐张比是高压输电线路施工的影重要概念，值得是耐张塔的数量和杆塔总数量的比值，由于耐张塔的结构较为复杂，同时耐张塔的结构较为复杂，对于材料和结构的要求更高，因此会增加工程的造假，耐张比需要控制在一定的范围以内。另外，在线路设计中，需要尽量的减少曲折系数，受到区域的影响，曲折系数会有很大的变化，但是无论曲折系数怎么变化，最终需要降低曲折系数，实现造价控制。

4 控制输电线路工程造价的技术措施

4.1 做好施工准备工作

在进行高压输电线路施工之前，对线路进行有效的勘察较为重要，由于高压输电线路较长，同时在进行施工的过程中宏还会涉及到林区的砍伐，房屋的拆迁，合理的规划线路是施工准备工作的重要一步。

线路优化的原则是减少房屋的拆迁，同时还需要避开一些煤炭长等比较稀疏的地带，另外在对地形进行勘察的过程中，还需要沿线地区污染位置的分布图，有效规划高压输电线路周边污区的分布图，能够有效实现绝缘配置优化，在技术上实现串联布置的方式，降低施工成本。

4.2 做好杆塔排位设计

杆塔的排位问题一直是设计中的重点，在进行杆塔排位的过程中，可以采用黄金分割法，对噶他的水平在和垂直在和等受力进行分析，从而最终的确定杆塔的数量，研究表明，通过科学设计最大能够降低3%它重。另外在进行施工的过程中，需要做好基础的配置工作，根据杆塔设计的位置，做好土方开挖量的计算，对施工现场的地下水和土石的开挖量进行计算，做好相关钢筋材料使用的预算工作。

4.3 优化材料运输、使用

针对具体的造假控制，一方面按照环境勘测人员勘测的数据，对塔基的平面图做好准确的计算工作，高压输电线路施工需要做到零基础进行开挖，一方面能够降低施工过程中的成本，另外一方面能够降低水土流失，由于工程造价中，运输费用在工程造价中占有非常重要的比例，在材料的选购中，做好采购点的制定和运输方案的选择，能够最终降低造价成本。此外，材料的合理利用是造价管理的重要方面，优化材料，避免材料浪费。因此从这个角度上讲，高压输电线路的施工造价管理贯穿于整个工程造价中，采用全面的造价管理，能够为企业合理的工程造价提供指导，保证在高压输电线路质量安全的前提下，最大程度的降低工程造价。

5 结束语

综上所述，高压输电线路和普通的工程建设存在一定的差异，由于建设较为复杂，同时工程的不确定因素较大，因此在进行高压输电线路施工中，为了实现造价控制，必须在高压输电线路建设之前，做好相应的准备工作，优化线路设计，从而保证高压输电线路质量的前提下，实现高压输电线路的造假控制。

参考文献：

[1]杨巍.高压输电线路工程造价分析及其控制[J].环球市场信息导报：月末版，2014（07）：106.

[2]史玮.浙江省输电线路工程造价管理研究[D].华北电力大学， 2015.

第3篇

关键词：输电线路，线路设计，工程造价

一、设计阶段工程造价控制存在问题分析

1.设计深度不够使工程造价得不到有效控制

近几年来,电力工程的建设项目多、进度要求快, 各级电力勘察设计单位承担的设计任务也大幅增加。一些设计单位在遇到设计任务重、时间紧的时候,往往无法做到深入细致的调查研究,工作敷衍了事,未按国家标准进行设计,对具体设计方案缺乏比较,以及设计水平不高,审查制度不严等,最终造成项目设计深度不够、套用图纸不适等导致设计变更增多, 使工程造价得不到有效控制。

2.工程设计和投资控制联系不够紧密

在实际工作中, 由于送电工程专业技术性强的特点, 一般都是勘测设计人员根据设计委托进行现场调查、勘测和方案比较, 分阶段提供条件给造价人员编制估算或概预算。但是长期以来,技术人员由于缺乏经济观念,往往无法提供编制概预算所需的全部条件;而从事概预算编制的人员不熟悉工程设计和施工的工艺,无法吃透相关定额、标准的内涵,不能主动收集或向技术人员索取所需的全部条件,导致编制的概预算存在缺项、漏项或重复计算、高估冒算的情况,难以真实反映施工现场费用,有效地控制造价。

3.缺乏信息反馈和项目后评价程序

项目完成后由于缺乏造价成本信息反馈和缺少项目的后评价程序使设计单位缺少机会了解实际发生的工程成本, 无法进行事后分析, 在以后工作当中又有可能将问题带入下一个项目中, 不能进一步提高造价控制工作的质量。

二、设计阶段工程造价控制的措施

1.健全设计单位经济责任制,严格控制工程成本,提高竞争意识

设计单位和主管部门对于设计节约和浪费应制定明确的奖罚标准:对因设计原因而造成的工程浪费、工期延误及超出投资限额的损失,要追究设计人员责任;对科学合理、经济的方案予与奖励。促使设计人员增强主观能动性,提高自身素质和相互间竞争的能力, 增强为业主控制投资成本, 提高竞争意识。

2.推行限额设计,全面推广工程典型造价运用工作,加强技术和经济的有机结合

所谓限额设计,就是按照批准的可行性研究报告和投资估算,在保证质量、功能要求的前提下,控制初步设计;按照批准的初步设计编制概算,控制施工图设计和预算;同时,各专业要按分配的投资额来控制设计。限额设计必须贯穿于勘察设计的全过程。

推行限额设计有利于强化设计人员对工程全过程的造价意识, 有利于经济管理人员及时进行造价计算, 为设计人员提供信息, 使勘测设计小组内部形成有机整体, 克服设计深度不够及勘测设计相互脱节的现象, 改变设计过程不算账、设计完成见分晓的现象, 使投资达到动态控制的目的。同时, 推行限额设计还可以促使设计和造价人员进行项目全寿命费用的分析, 使他们不仅要考虑项目一次性的投资, 还要考虑施工阶段和运行后的经济费用。比如: 在输电线路工程项目设计过程中对于线路选线定位以及在雷区的防雷、冰区的避冰、抗冰、防冰、融冰等对运行成本影响较大设计方案的优化时, 就有利于设计人员进行全面分析、仔细考虑、认真权衡, 最大限度降低工程成本, 在投资限额内控制好工程造价。

送电线路工程典型造价是国家电网公司加强工程造价管理,降低工程造价,提高投资效益的重要手段。在送电线路典型设计的基础上,按照各模块的使用条件,通过对大量实际工程的统计、分析,合理确定典型工程断面,再结合各地区各电压等级线路的特点,科学设定设计所需的边界条件,形成典型方案。然后,典型造价在典型方案的基础上编制完成。典型造价成果体现了科学性,先进性,合理性和适用性。在实际工程设计中,必须按照典型造价进行严格把关,若工程主要条件与典型方案有差异而产生造价费用偏差,应对各项技术经济指标进行严格认真的分析比较,直至该设计方案的造价指标在合理范围内。推广典型造价,有利于科学建立工程造价标准,合理评价工程技术经济指标水平,有效控制工程投资,努力降低电网工程建设成本。

3.优化设计方案,有效控制工程造价

设计是工程建设的灵魂, 设计成果的好坏对造价影响很大,因此必须尽可能地优化设计成果。根据国家发展和改革委员会2007年的《电网工程建设预算编制与计算标准》的规定,架空送电线路工程静态投资主要由四个方面构成:即本体工程费、辅助设施工程费、编制年价差和其他费用。本体工程费一般占65%～75%左右,辅助设施工程费一般占0.3%左右,编制年价差正常情况一般占5%～10%左右;其他费用一般占15%～30%左右。从投资构成上看,编制年价差虽然也占一定的投资比例,但它的高低主要受人工、材料、机械要素的市场价格波动影响,对投资主体来说为不可控因素,故对架空送电线路工程造价控制的重点应该是对本体工程费用控制和其他费用控制。

本体工程由六项单位工程构成:工地运输、土石方工程、基础工程、杆塔工程、架线工程、附件工程。按静态投资对各个因素的敏感程度来排序,较高的是杆塔指标、人力运距、基础混凝土。因此,在设计阶段对本体工程的控制重点应主要控制这三个技术指标。

其他费用从构成上主要包括:建设场地征用及清理费,项目建设管理费、项目建设技术服务费、整套启动试运费、生产准备费、辅助施工费、基本预备费等。除建设场地征用及清理费用外,其它各项费用一般有较明确的开支项目和费用标准,概预算编制也有规定的费率计取标准,管理和控制较容易,工程实践中这些项目很少出现超支问题。因此,对其他费用的控制重点是在建设场地征用及清理费的控制。

(1)优化线路路径

对送电线路来说, 路径优化是设计工作的第一步, 也是控制工程造价的重要措施。路径的选择影响本体工程的多个单位工程,是影响整个工程造价的主要因素。设计人员在设计前,要十分重视沿线气象条件、地形、地质、水文、污秽等级、现有可利用交通条件、重要交叉跨越、重大障碍物拆迁等资料的收集工作。不能片面追求路径最短化,而必须在满足所属地区规划部门要求及避让通信、军事等设施前提下,考虑安全运行、方便施工、降低造价、经济运行、障碍物处理及大跨越情况基础上,对线路路径的多方案进行综合比选,选择技术经济最优的方案,例如:拆除建筑物和居民住房, 砍伐经济林木或防护林,跨越采石厂等都会增加拆迁补偿费用,影响到其他费用中的建设场地征用及清理费的控制;不良地质会增加基础建设投入;而不良地形更会增加工程的总体造价。

(2)合理选择导线、地线

导线截面的选择应综合考虑线路的输送目的地负荷容量及负荷增长情况、导线制造、架线施工、运行维护等多方面因素,进行技术、经济的综合比较。发挥地线在防雷保护、通信等方面的综合作用,合理配置OPGW、良导体及普通地线,使选择的导线、地线既要满足技术上的要求,又要保证工程投资的经济合理。

(3)合理规划塔型

影响线路投资最敏感的因素就是塔材量, 不同的杆塔型式在造价、占地、施工、运输和运行安全等方面均不相同。减少每公里塔材的耗钢量是降低造价的最有效途径。如每公里减少1 吨的塔材, 那么每公里可减少材料费及施工费用等各项投资约1 万元。虽然每公里塔材的耗钢量不可能无限制地减少, 但从以往工程统计分析看, 不同的线路在标准相差不多的条件下, 每公里塔材耗钢量可相差几吨。因此,在设计阶段,必须根据工程地形地貌条件, 精心规划工程需要的各种塔型,在满足使用条件下选用耗钢量较少的杆型;同时,降低线路曲折系数, 增加直线杆塔使用比例, 以降低杆塔耗钢指标,从而控制工程造价。还可以结合近、远景规划,使用双回路或多回路铁塔,这样目前工程的造价虽然会高了点,但为以后的工程建设项目预留下线路走廊,避免或减少了下个工程的工地运输、土石方工程、基础工程、杆塔工程的施工工程量及建设场地清理费,从总体上讲还是会大大降低工程造价。

(4)优化杆塔基础形式

杆塔基础作为输电线路结构的重要组成部分,它的造价、工期和劳动消耗量在整个线路工程中占很大比重。其施工工期约占整个工期一半时间,运输量约占整个工程的60%,费用约占整个工程的20%～35%,基础选型、设计及施工的优劣直接影响着线路工程的建设。在基础设计方面, 根据每基杆塔的基础作用力和地形地质条件,优先采用掏挖、嵌固、岩石基础等原状土基础, 并积极采用技术先进的基础型式和杆塔全方位高低腿、不等高基础等, 可大大减少工程中土石方量和混凝土量, 同时也减少了对自然环境和地面植被的破坏, 有效地减少建设场地清理费,节约工程的投资。

4.加强设计变更的管理

在项目建设过程中, 不可避免会发生设计变更。设计变更有业主的功能性变更与设计的技术变更,设计变更管理主要是针对设计的技术变更管理。技术变更又分施工图设计变更与施工中的设计变更,施工中的变更主要是材料设备采购变更和现场施工变更;施工图设计变更会产生基础或结构局部变更,从而影响工程的造价;再者,设计变更管理还涉及到变更所处的时间段的问题,对非发生不可的变更, 设计人员应主动深入了解情况,争取把设计变更控制在最小范围:在设计阶段发生变更,只修改设计图,损失就少;在采购阶段发生变更,不仅要修改图纸,还得要采购新的材料和设备;若是在施工阶段发生变更,不但是设计图和材料设备的变更,而且会造成返工、拆除、重做,势必产生重大变更损失,造成浪费。总之,要严格控制设计变更,变更前要算好账,论证其合理性、必要性再变更,严格履行变更程序,加强设计变更管理,使变更控制在限额内,达到有效地控制工程造价。

5.形成跟踪制度

设计部门应形成跟踪制度,主动跟踪工程项目的建设过程直至工程财务决算。对发生“三超”的工程项目,设计部门应及时总结发生问题的主、次方面原因,区分对待。属于因设计阶段造成的,应针对其发生的原因,制定对应的规范、规定,保证同类型的问题在今后的工程中不再发生。同时,应加强与兄弟设计单位的横向联系,借鉴其优点与不足之处。