在半导体制造领域，外延晶片生产对环境洁净度要求极高，尤其是进入ISO 1级（即“十级”或Class 10）超洁净厂房的起重设备——行车系统，必须满足极为严苛的颗粒控制标准。任何微小的发尘都可能导致晶圆表面缺陷、良率下降甚至整批报废。因此，用于此类环境的行车并非普通工业起重机，而是经过专门设计与验证的超洁净室专用行车（UltraCleanroom Crane）。
以下是这类行车如何满足ISO 1级洁净度标准的关键技术措施和系统设计：
一、什么是ISO 1级（十级）洁净度？
根据国际标准 ISO 146441，洁净室等级按单位体积空气中≥0.1μm颗粒的数量划分：
洁净等级 ≥0.1μm 颗粒最大允许浓度（个/m³）
ISO 1 10
ISO 2 100
ISO 3 1,000
> ✅ ISO 1级：每立方米空气中直径≥0.1微米的粒子不超过10个，是目前最高等级的洁净环境之一，主要用于先进制程（如3nm及以下节点）的外延生长、光刻等关键工艺环节。
二、超洁净行车的核心设计原则
为确保不破坏如此高精度的洁净环境，行车系统需遵循“零污染、低振动、全封闭、易清洁”四大原则，从材料选择到结构设计、驱动方式、控制系统全面优化。
三、关键技术实现路径
1. 采用低发尘材料与表面处理
主结构材料：使用高强度铝合金（如6061T6）或不锈钢316L，避免碳钢喷漆结构产生粉尘。
表面处理：
铝合金部件经阳极氧化+封闭处理，提高硬度、耐腐蚀性并减少颗粒释放；
不锈钢件进行镜面抛光（Ra ≤ 0.4μm），防止积尘；
所有紧固件采用不锈钢材质，杜绝锈蚀风险。
2. 全封闭式结构设计
导轨与运行机构密封：采用全封闭轨道罩+刮尘条设计，防止运动过程中金属微粒逸出；
电缆管理系统：使用封闭式工程拖链或无缆化能量链（energy chainfree）设计，避免传统电缆摩擦产生纤维颗粒；
电机与减速机集成封装：所有传动部件内置密封壳体，润滑脂选用食品级/低挥发型号，减少油雾逸散。
3. 低振动、平稳运行控制
伺服电机 + 变频驱动：实现软启动、软停止，加速度可控，避免冲击振动引发空气扰动；
精密定位系统：重复定位精度可达±0.5mm以内，减少反复调整带来的额外运行时间与气流扰动；
减震悬挂系统：行车本体与厂房结构之间设置隔振装置，降低机械振动向洁净室传播。
4. 防静电（ESD）设计
半导体晶片对静电极为敏感，行车必须具备完整防静电路径：
整机接地电阻 ≤ 1Ω；
表面电阻率控制在10⁴–10¹¹ Ω之间（符合ANSI/ESD S20.20标准）；
起吊夹具、吊钩等接触部位采用导电材料或涂覆抗静电涂层。
5. 免维护或长寿命设计
减少现场拆卸维护频率，从而降低人为带入污染的风险；
关键部件如轴承、滑轮等采用自润滑设计，无需定期加油；
模块化结构便于整体更换，维修可在洁净室外进行。
6. 智能监控与数据追溯
配备传感器实时监测运行状态（温度、振动、电流），预防故障发生；
支持与FMS（工厂管理系统）对接，记录每一次吊运任务的时间、位置、操作员信息，实现全程可追溯；
可选配粒子计数器联动系统，在异常发尘时自动报警或停机。
7. 专用起升机构：无链条/无绳设计趋势
传统环链葫芦易产生金属磨损颗粒，已不适合ISO 1级环境。取而代之的是：
纤维绳带式电动葫芦（如Technoflex、Konecranes CleanLift®）：
使用高强度合成纤维绳（如Dyneema®），无金属摩擦；
运行安静、轻便、零金属接触，极大降低发尘源。
直线电机驱动升降系统：无接触升降，彻底消除机械磨损。
四、安装与验证流程
即使设备本身达标，安装过程也必须严格管控：
1. 预清洗与包装：出厂前用超纯水+IPA（异丙醇）清洗所有部件，真空密封包装运输。
2. 洁净间内组装：在ISO 4级或更高环境中由专业人员穿戴洁净服完成总装。
3. 粒子测试验证（Particle Challenge Test）：
在静态和动态条件下，使用激光粒子计数器检测设备周围空气中≥0.1μm颗粒增量；
确保运行时不突破ISO 1级限值。
4. FAT/SAT验收：完成工厂验收测试（FAT）和现场验收测试（SAT），包括功能、安全、洁净度三项指标。
五、典型应用场景
外延炉（Epi Reactor）晶舟上下料；
FOUP（前开式晶圆传送盒）在Load Port间的自动化搬运；
EUV光刻机周边物料转运；
CMP（化学机械抛光）、CVD/PVD设备之间的晶圆传输支持。
六、主流供应商与技术代表
全球范围内能够提供满足ISO 1级洁净度要求行车系统的厂商较少，主要包括：
Kunfeng Group（昆峰重工） – 自主研发铝合金/不锈钢洁净起重机，已应用于国内多家12英寸晶圆厂，这些厂家均具备完整的洁净室设备设计、制造、测试能力，并通过SEMI、UL、CE等认证。
结语
在半导体外延晶片生产的十级超洁净厂房中，行车不仅是物料搬运工具，更是维持超高洁净环境的重要组成部分。其设计远超传统起重设备范畴，融合了材料科学、空气动力学、精密控制、防静电工程与洁净技术于一体。
只有通过全流程洁净管理——从材料选型、结构设计、制造装配到安装验证——才能确保行车真正满足ISO 1级洁净度标准，为先进制程芯片的高良率生产保驾护航。随着我国半导体产业向更高端迈进，对这类“隐形核心装备”的自主可控需求也将日益迫切。
特种设备生产许可证
质量管理体系认证证书
iso9001
昆山特种设备协会分会长单位
昆山特种设备协会理事单位
