半导体行业如何筛选供配电系统方案,从容不迫工业领域重力挑战

信息技术已经广泛深入应用到工业领域的生产、运营、管理等各个环节,工业生产正向精细化发展,各种高端、精密设备大量投入使用。集成电路晶圆代工企业的精密设备,大型钢铁集团轧钢厂所采用的自动化进口设备,海洋作业和船舶的通讯、导航系统,石油化工企业生产线所用的自动控制设备、DCS、计算机等,即便是短暂的电压闪变、跌落或瞬时供电中断也会造成整个生产过程的停滞、产品报废,甚至设备损坏。因此,提升系统的可靠性,是工业企业在动力平台建设过程中首先考虑的问题。

进入21世纪,半导体器件更是无处不在,已成为构筑信息化社会的基石。半导体技术正扮演着多元应用的智能核心,成为一切智能制造的“大脑”。芯片对于一个国家的战略意义是不言而喻的。尤其是随着互联网时代的到来,各行各业对于芯片的需求量也是越来越大,不管是物联网、云计算还是大数据,亦或是其他什么依托于互联网的产业,其背后最大的功臣都是小小的芯片。因为芯片是信息存储的载体,有了芯片才有信息从存储和交互,而随着时代的发展,对芯片的需求量越来愈大,对其质量要求也越来越高。

使用环境和负载是选配工业 UPS 需要考虑的两大因素

随着半导体产业的快速发展,对于电力供应的需求也是与日俱增。如果电力供应跟不上,那么半导体产业的发展也必将会受到巨大的阻碍。就像近日发生的东芝工厂停电事件,虽然停电仅持续了短短十三分钟,但是由于硅晶圆的特性,停电时处于生产工序中的晶圆几乎全部报废,因此东芝的损失非常巨大。

物理环境通常在工业企业选配 UPS
时被忽略。由于受生产、制造现场因素的影响,工业应用环境中普遍存在着高温、潮湿、粉尘量大、空气污染严重等问题。在特殊工业场合,环境中的空气还可能含有腐蚀性气体,或者在震动的情况下发生机体倾斜,这些都容易造成
UPS内部部件短路而发生供电故障。因此,这就要求UPS
具有超强的环境适应能力,以综合的高性能表现来应对恶劣环境的考验。

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一、即使半导体行业再厉害也离不开供电设备的有力保障

作为高端制造行业,半导体行业使用了大量高精密仪器设备,生产过程中通过中央信息系统发出指令由机台设备自动运行。但是,这些高精密生产机台设备很容易受电压暂降和市电断电影响,导致停产、废料、设备损坏等灾难发生。每一次由于断电造成的停机事故,都有可能给半导体行业带来不可估量的经济损失。

因芯片在生产过程中,一旦发生断电,就意味着生产线上所有的晶圆可能全部都要报废。首先,芯片Fab的生产需要超净生产环境,任何自然灾害对建筑的晃动都有可能造成超净环境被污染,而维持超净环境本身也是需要消耗大量电力。而一旦停电,超净环境就可能会被污染,整个产线上的晶圆可能就要报废。同时,芯片生产设备的断电将会带来更大的损失。所以该行业对电能质量要求极为严苛,可靠、稳定、智能、绿色的电力保障是半导体企业数字化高效运转的重要保障。

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二、半导体企业面临的供电问题

半导体的厂务工作要保证生产过程的可靠、持续运行,同时基于能耗的考量,目前半导体厂务也非常强调绿色节能。因此,如何保证生产不间断运行和最大程度实现绿色节能,是半导体厂务目前面临的两大挑战。

虽然半导体厂务的工作范围很广泛,但是可靠供电是厂务工作的首要目标。然而,半导体生产在供电保障上却常常面临两个突出问题。半导体工厂采用两路一级市电供电,能够满足一般情况下的供电需求,但是如果遇到恶劣天气、施工意外等不可预测的突发情况,就会带来市电断电和电压暂降的风险,这将会给半导体生产造成严重后果。

三、UPS系统在半导体行业使用中要考虑哪些方面

目前既可以为长时间市电断电提供保障,又能解决短时间电压暂降问题,只有UPS系统能够做到。UPS系统作为后备电源,为半导体工厂重要的生产工艺设备和厂务辅助设备提供着重要的电力支撑。既然UPS系统是保障半导体工厂供电可靠性的重要屏障,在实际应用中,又需要重点考量产品的哪些关键因素?

1、提高UPS供电设备的可维护性

降低维护时间是提高可用性的另一重要途径。模块化设计可以有效改善易维护性,降低维护时间。UPS设备各个功能单元模块化之后,故障之后只需更换上相应备件即可,大幅降低了维护的技术门槛,运维人员可自行更换维护。不但维护成本可有效降低,故障修复时间也可大幅缩短,从而将业务损失降到最低。另外,模块化易于实现在线维护,即故障修复期间负载可以不断电。如果需要断电才能维护,就需要拉备用电源为负载供电,这样维护非常复杂,而且维护时间很长。

2、提高UPS供电设备的易用性

易用性是供电设备“可用性”的升华,直接影响用户的产品体验。从用户的角度看,需要从以下几个方面改善:①易搬运、易安装。这需要产品体积足够小,重量足够轻,并且是模块化可分解,从而降低搬运和安装的难度。此外UPS是否支持上下进线,是否支持并柜安装等都将影响安装的难度。②易扩容。数据中心一般都有未来的扩容计划,以匹配未来的业务增长需要。而现网的UPS供电设备为了确保可靠性通常供电路径非常复杂,牵一发而动全身,扩容非常不便,即使条件满足也有负载断电的重大风险。这样的供电现状显然是不易用的。如果能够像通信电源一样,功率模块可以热插拔,扩容只需采购功率模块在线插进去,那么扩容的易用性就可大幅改善。③易管理。UPS设备要高度智能化,各个供电节点做到可视化管理,便携化管理。比如,可以开发手机APP进行随身监控和管理。

3、UPS温度等环境要求

UPS电源供电系统应安装在具有足够通风量、凉爽、湿度不高和具有无尘条件的清洁空气的运行环境中。尽管一般UPS所允许的温度范围为0
-40°C之间,然而,如条件允许时,应将环境温度控制在
35°C以下。严禁将UPS安装在具有金属导电性的尘埃的环境中,否则会导致产生短路故障。当然,也不宜将UPS安放在靠近热源的位置上。

不管所配的UPS蓄电池组是否配有带温度补偿的充电器。为了确保电池组的使用寿命,应该将电池房的温度控制在20°C
-25°C之间。

为利于维修和散热,一般希望在机柜的四周留下0.5
-1米的空间。如上出风UPS被靠墙安装时,机柜与墙之间的距离最少应留下0.1米的距离。注意:部分UPS系列采用后出风设计,不能靠墙安装。用户在设计UPS机房的通风冷却系统时,请参看各种UPS的功耗和通风量数据。

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