中华人民共和国国家标准
Code for design of light emitting diode plant
主编部门：中华人民共和国工业和信息化部
批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部
施行日期：2017年7月1日
中华人民共和国住房和城乡建设部公告第1352号
住房城乡建设部关于发布国家标准《发光二极管工厂设计规范》的公告
现批准《发光二极管工厂设计规范》为国家标准，编号为GB 51209-2016，自2017年7月1日起实施。其中，第8.2.3、8.3.3(1)、8.3.9、8.3.11、10.2.9条(款)为强制性条文，必须严格执行。
本规范由我部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。
中华人民共和国住房和城乡建设部
2016年10月24日
根据住房城乡建设部《关于印发<2010年工程建设标准规范制订、修订计划>的通知》(建标[2010]43号)的要求，由工业和信息化部电子工业标准化研究院电子工程标准定额站与中国电子工程设计院会同有关单位共同编制完成。
在规范编制过程中，编写组根据我国发光二极管工厂的设计、建造和运行的实际情况，进行了广泛的调查研究，收集了有关发光二极管工厂的设计要求，认真总结实践经验，同时考虑我国目前生产的现状，参考国外有关的标准规范，广泛征求了国内有关单位与专家意见，最后经审查定稿。
本规范共分13章和3个附录，主要技术内容包括：总则，术语，基本规定，工艺，总图，建筑，结构，动力及气体工程，供暖、通风、空气调节与净化，给水排水，电气，防静电和空间管理等。
本规范中以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。
本规范由住房城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释，由工业和信息化部负责日常管理，由中国电子工程设计院负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议，请寄送中国电子工程设计院(地址：北京市海淀区西四环北路160号，邮政编码：100142，传真：010-88193999)，以便今后修订时参考。
本规范主编单位、参编单位、主要起草人和主要审查人：
主编单位：工业和信息化部电子工业标准化研究院电子工程标准定额站
中国电子工程设计院
参编单位：世源科技工程有限公司
信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司
上海电子工程设计研究院有限公司
厦门市三安光电股份有限公司
主要起草人：罗桥 张东 晁阳 赵广鹏 郑秉孝 李骥 秦学礼 肖红梅 李锦生 吴晓斌 钟景华 张晓敏 韩方俊 薛长立 陈阵 李志伟 黄继红 云庚 王立 赵玉娟
主要审查人：徐征 杜宝强 吕婌宜 张同亿 任兆成 李道本 任向东 施红平 刘国旭
1.0.1 为规范发光二极管工厂设计，做到安全适用、确保生产、经济合理、技术先进、环境保护，制定本规范。
1.0.2 本规范适用于新建、扩建和改建的发光二极管工厂的工程设计。
1.0.3 发光二极管工厂设计除应执行本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
条文说明1.0.1、1.0.2 本规范为发光二极管工厂设计的国家标准，适用于各种类型的发光二极管工厂的新建、扩建和改建设计。
由于发光二极管产品种类较多，技术发展迅速。在发光二极管工厂设计中，经常会采用新技术、新工艺、新材料，甚至会遇到以往设计经验无法解决的问题。为此，特制定本规范，以适应发光二极管工厂设计的要求，使发光二极管工厂设计能满足发光二极管生产的需要，做到安全适用、技术先进、经济合理、节能环保，并能符合国家的法律法规的规定。
2.0.1 发光二极管 light emitting diode(LED)
一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件。
2.0.2 外延 epitaxy
在单晶衬底(基片)上生长一层或多层有一定要求的、与衬底晶向相同或相似的单品层的生长技术。
2.0.3 金属有机化合物化学气相沉积 metal-organic chemical vapor deposition(MOCVD)
以Ⅲ族、Ⅱ族元素的金属有机化合物和Ⅴ、Ⅵ族元素的氢化物等作为品体生长原材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体及其多元薄层单晶材料的工艺过程。
2.0.4 空间管理 space management
为有效利用空间、缩短工作流程，对大到整个厂区的建筑物布局、地下管线规划，小到一栋建筑物内部各个专业间的配置协调而进行的设计。
条文说明2.0.1 发光二极管是一种能够将电能转化为光能的固态的半导体器件。发光二极管芯片由两部分组成，一端是P型半导体，其内部空穴占主导地位；另一端是N型半导体，电子占主导地位。两部分连接起来即形成一个“P-N结或结构面”。当电流通过P-N结时空穴与电子复合，能量以光子的形式放出，这就是LED发光的原理。而光的颜色取决于光波长，取决于P-N结的设计。
2.0.2 在一定条件下，通过一定方法，在单品衬底(基片)上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，故称外延生长。
2.0.3 金属有机化合物化学气相淀积是在气相外延生长(VPE)基础上发展起来的一种新型外延生长技术。“金属有机化合物”是指所用的生长原材料为金属有机化合物，发光二极管的MOCVD工艺所用到的金属有机化合物通常包括：MGa、TMA1、TMIn、CP2Mg等。“化学”是指发生化学反应，“气相”是指原材料以气相的状态进入反应室发生反应，“沉积”是指反应后生长的半导体材料分子沉积在衬底表面的过程。
2.0.4 空间管理就是大到整个厂区的规划，包括厂区建筑物布局，地下管线规划；小到一栋建筑物内部各个专业间的配置协调。
发光二极管工厂由于投资较大，成本较高，在空间管理上应力求遵守空间合理布局、平面合理分区，并充分利用空间的原则。
空间管理概念贯穿整个设计和施工建造过程，控制施工安装应尽量避免公用设施系统的各组成设备以及服务路线的冲突。
3.0.1 发光二极管工厂设计应满足发光二极管产品生产工艺要求，并应根据具体情况为今后生产发展或生产工艺改进的需要预留条件。
3.0.2 发光二极管工厂设计应根据生产工艺的特点，采用节能环保的新技术、新设备、新材料。
3.0.3 发光二极管工厂设计应为施工安装、调试检测和安全运行、维护管理创造条件。
条文说明3.0.1 目前，从国内外的工程实践来看，发光二极管工厂的金属有机化合物化学气相沉积设备布置经常采取预留方式设计，改造和扩建的情况也比较多，设计单位在方案设计时应考虑改造、扩建、分期实施的可能性，并为此预留必要的工程条件。
4.1.1 发光二极管工厂工艺设计应符合下列规定：
1 采用效率高的生产工艺；
2 提高工艺流程的合理性；
3 采用经济、适用的工艺参数；
4 具有适度的灵活性和适应性。
4.1.2 工艺设计应满足工艺生产的要求，并为产品的规模化生产、升级改造预留下列条件：
1 工艺设备数量增加、工艺设备占地面积增加所需要的面积条件；
2 工艺设备变更、工艺设备高度增加所需要的空间条件；
3 工艺设备变更、工艺设备数量增加所需要增加的动力条件。
4.1.3 生产线的产能设计应符合经济规模要求；当生产线需分期实施时，工艺设计中应预留动力条件。
4.1.4 工艺设计应明确生产环境和动力供应要求，并应满足生产工艺和设备正常运行的要求。主要工序生产环境要求可按照附录A执行。
4.1.5 工艺设计应明确工艺生产动力品质要求。发光二极管生产工艺动力品质要求可按照附录B执行。
4.1.6 主要生产车间的生产设备宜连续运转，其他辅助生产车间可根据其具体特点灵活配套。
条文说明4.1.4、4.1.5 根据对国内一些发光二极管生产工厂的生产环境要求、工艺动力品质(气体、水)要求的调研数据，通过汇总和比较，在附录A给出了主要工序生产环境要求举例，在附录B给出了工艺动力品质要求举例。在工艺设计时，业主或发包方未提出要求或暂时未提出要求时，可参照本规范附录A、附录B的要求确定。
附录A对于空气洁净度等级只给出一定的范围供参考。比如对于烤盘、吹盘间，属于设备维护用房间，可以放到非净化区内，但由于本规范所调研厂家出于设备维护方便方面的考虑，将其放置在与MOCVD间相邻的房间内，因此对烤盘、吹盘间也采取了净化措施。与此类似的还有MOCVD辅助间，该房间用于放置尾气处理设备、气体纯化等辅助设备，这些设备本身不需要净化环境，只是从易于调试及使用方面考虑，多数发光二极管生产工厂将其放置在与MOCVD间相邻的房间内，也对该房间采取了净化措施。
附录B给出了工艺动力品质(气、水)要求举例。根据选取的工艺设备不同，其对于动力品质的要求会有差别。对于研磨、切割用纯水，所调研发光二极管生产工厂采用的纯水的电阻率为4MΩ·cm，此水质可以满足工艺生产要求。
4.1.6 本条主要考虑发光二极管生产工厂的生产多为大批量生产，从节约能源方面考虑，主要生产车间的生产设备宜采用连续运转的方式，其他辅助生产车间(如原辅材料库等)可以根据生产的要求配套。
4.2.1 生产的基本工序应根据产品的生产工艺确定。生产工序可根据附录C所列的工艺流程确定。
4.2.2 生产的主要工序宜完整，辅助生产工序可通过外协方式完成。
4.2.3 在工艺设计中，根据外协的具体内容及要求设置满足外部协作需要的相关配套设施。
4.2.4 工艺设计应满足发光二极管工厂的生产、辅助生产、管理和运营设施、劳动安全、职业卫生和环境保护等管理、检测、教育和培训设施的设计要求。
条文说明4.2 基本工序与生产协作
4.2.2 发光二极管工厂中的一些辅助功能可以通过外部协助的方式来实现，比如：①原辅材料的厂外运输；②废液、固体废弃物的回收处理；③工艺生产和检测设备的维修；④洁净服清洗；⑤仪表计量。
对于①、②，比较适宜采用外部协助的方式来实现，对于③、④、⑤，可以采用外部协作的方式实现，也可以工厂自己配套来实现。
4.2.3 在工艺设计中要根据外协的具体内容和要求，设置一些相关的配套设施，比如，根据原辅助材料运输车停的位置要求设置停车装卸区，根据废液运输方便的要求设置废液运输通道，根据工艺生产设备和检测设备的维修要求预留设备维修区域的面积，并设置维修间等。
4.2.4 一个完整的发光二极管工厂应该配备生产、辅助生产、管理和运营设施，但除了这些设施外，还应设置劳动安全、职业卫生和环境保护等管理、检测、教育和培训设施。工艺设计应该以此为前提，并满足这些设施的设计要求。
'>《发光二极管工厂设计规范[附条文说明]》GB 51209-2016C.2.1 外延片生产可采用图C.2.1所示基本工艺流程。
图C.2.1 外延片生产基本工艺流程
C.2.2 管芯(芯片)生产工艺流程应包括蓝光、绿光芯片生产工艺流程和红光、黄光芯片生产工艺流程，并应符合下列规定：
1 蓝光、绿光芯片生产可采用图C.2.2-1所示基本工艺流程。
图C.2.2-1 蓝光、绿光芯片生产基本工艺流程
2 红光、黄光芯片生产可采用图C.2.2-2所示基本工艺流程。
图C.2.2-2 红光、黄光芯片生产基本工艺流程
C.2.3 管芯(芯片)封装生产可采用图C.2.3所示基本工艺流程。
图C.2.3 管芯(芯片)封装生产基本工艺流程
条文说明C.2.1 采用金属有机化学气相沉积设备，在衬底(如Al2O3、GaAs)上做外延层(GaN，AlGaInP)和相应的掺杂层如p-GaN层、n-GaN层、p-AlxGayIn1-x-yP层、n-AlxGayIn1-x-yP层等。按照特定程序生长出符合设计要求的外延层(GaN，GaAs、AlxGayIn1-x-yP)。
C.2.2 管芯(芯片)生产工艺流程包括：光刻、刻蚀、减薄、划片、绷片、扩片、测试、分拣等工艺。
光刻：通过一系列生产步骤，在晶圆表面部分区域形成设计所需的薄膜保护层，以便后续工序进行选择性蚀刻。光刻工艺主要包含匀胶、烘干、曝光、显影四个阶段：
①匀胶：在清洗后的外延片上，涂覆一层均匀的光刻胶。
②烘干：在一定条件下烘烤，除去光刻胶中的溶剂，增强黏附性；释放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶玷污设备。
③曝光：在掩模版的遮蔽下，对光刻胶进行选择性曝光，使光刻胶发生化学反应，整个晶面的光刻胶薄膜由起交联反应部分与未起交联反应部分组成。
④显影：采用特定化学溶剂去除起交联反应部分光刻胶或去除未起交联反应部分光刻胶，在晶圆表面部分区域形成设计所需的薄膜保护层。
刻蚀：刻蚀技术分为干法刻蚀和湿法刻蚀；刻蚀的目的是将光刻后暴露的保护层去除，使下面的基质层暴露出来。
①干法刻蚀：利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基(处于激发态的分子、原子及各种原子基团等)与材料发生化学反应或通过轰击等物理作用选择性腐蚀基材的过程，刻蚀气氛通常含有F、Cl等离子体或碳等离子体，因此刻蚀气体通常使用CF4、Cl2、BCl3这一类的气体。
②湿法刻蚀：通过化学反应的方法对基材腐蚀的过程，根据不同的工艺要求而选择不同的刻蚀剂，最常用的是以氢氟酸、盐酸、硫酸、硝酸等和纯水配成的刻蚀液。刻蚀完成后，要用酸、碱和纯水反复冲洗，以保证刻痕的清洁。
减薄、划片、绷片、扩片：对于氮化镓(或砷化镓)的衬底，先将已制作好管芯的一面用石蜡粘合在陶瓷盖上保护起来，在减薄机上用不同粒度大小的金刚砂对衬底进行减薄。将减薄后晶片粘在带黏性的薄膜上，用激光划片机划出或用金刚石锯片机切割出每一个单独的管芯。将划片后的晶片在绷片机上绷紧，用适当的力量和刀具击打划痕以使基片在划痕处裂开。最后在扩片机上将黏附衬底的薄膜伸张，使管芯与管芯之间分离一定间距，并黏附在薄膜上。
测试、分拣：在分拣机上根据不同的测试数据按照一定的分类规则对管芯进行分类。
C.2.3 管芯(芯片)封装生产工艺流程包括：装片、金线键合、固化、切筋。
装片：将发光二极管芯片安装在相应的支架位置上。
金线键合：键合的目的是将电极引到发光二极管芯片上，完成产品内外引线的连接作用。
固化：对芯片进行包封，以产生器件的光学和防护特性。
切筋：由于发光二极管在生产中是连在一起的，采用切筋工艺切断发光二极管支架的连筋。
1 为便于在执行本规范条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：
1)表示很严格，非这样做不可的：
正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”；
2)表示严格，在正常情况下均应这样做的：
正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”；
3)表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的：
正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；
4)表示有选择，在一定条件下可以这样做的.采用“可”。
2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为：“应符合……的规定”或“应按……执行”。
《建筑给水排水设计规范》GB 50015
《建筑设计防火规范》GB 50016
《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50019
《氧气站设计规范》GB 50030
《建筑照明设计标准》GB 50034
《供配电系统设计规范》GB 50052
《建筑物防雷设计规范》GB 50057
《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058
《洁净厂房设计规范》GB 50073
《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084
《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116
《建筑灭火器配置设计规范》GB 50140
《氢气站设计规范》GB 50177
《工业企业总平面设计规范》GB 50187
《建筑内部装修设计防火规范》GB 50222
《通风与空调工程施工质量验收规范》GB 50243
《工业金属管道设计规范》GB 50316
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343
《电子工业洁净厂房设计规范》GB 50472
《电子工程防静电设计规范》GB 50611
《特种气体系统工程技术规范》GB 50646
《大宗气体纯化及输送系统工程技术规范》GB 50724
《电子工程环境保护设计规范》GB 50814
《锅炉大气污染物排放标准》GB 13271
《大气污染物综合排放标准》GB 16297
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