被访嘉宾简介
本期采访嘉宾来自于联盟求是缘半导体联盟会员单位：苏州中源广科信息科技有限公司（中源广科）创始人张麟博士。
张麟博士2015年毕业于南京大学应用数学系，获博士学位。张麟博士于2016年在苏州创办中源广科，创业8年来，主要开发计算机辅助工程（CAE）中计算流体力学软件和3D建模软件，提供专业的气流组织模拟及微污染控制解决方案。
张麟博士既拥有扎实的学术研究背景，在偏微分方程与流体力学理论、数据挖掘与智能算法方向有深入的研究；又具备丰富的市场应用经验，基于洁净工程应用与云计算，将工业设计过程和实验设计理念融入软件，形成“系统仿真+数值仿真”的云平台架构。作为国内极具潜力的半导体行业微污染控制的创业团队，中源广科团队立志于实现中国CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学，空气计算）软件国产替代，为提升中国半导体行业的微污染控制水平而不懈努力。欢迎您与我们一起听张麟博士分享对CFD在洁净室微污染控制领域的见解和中源广科团队的创业历程。求是缘：您能否为我们介绍“气流组织”的含义、类型，不同的楼宇环境对气流组织的影响有何不同，气流组织在设计过程中应该重点关注哪些因素？张麟：“气流组织”是一个“人造”的词汇，人类生产、生活的环境就是一个空气环境。按照暖通行业、洁净室行业对气流组织的定义：工业的生产制造、人类活动中需要一个特定的环境，为了达到这个环境的要求，所需要配备的一系列的布局就是气流组织。气流组织设计团队最关心的问题：气流组织是否达到业主的要求。比如在生活空间，业主要求客厅、厨房、卫生间等各处环境的干净、清新。当我们了解业主的需求后，设计师就需要根据气流组织自身的规律来设计气流，使其合理流动，我们需要摸着气流的“脾气”走，从而设计出符合需求的气流组织方案。气流常见的脾气（特点）：风吹到墙面，气流无法穿越墙壁而产生打转现象；风吹过来之后，气流会自然而然地往近出风口、大出风口流动。
气流组织根据应用场景可大致分为：单向流，非单向流，混合流。在洁净工程中最为常见的单向流，设计气流组织朝着一个方向流动。因为洁净室内的颗粒物会对工艺生产造成污染，所以需要以最快的速度将颗粒物吹出去，保持干净。面向某些设备自身的需求，还需要为之设计混合流。混合流的气流是上、下、左、右等各个方向混合在一起。涡流也被称为乱流，在某些特定的场景下，乱流也有乱流的优势（好处）。最好的气流组织是要精准地控制整个建筑体里面的每一个气流往想要的方向吹，当然需要付出的代价（成本）也很高。不同需求场景、不同楼宇的气流组织设计各有不同。比如根据购物商场每一层的气流循环、系统自净要求来进行气流组织的规划，通过空调、回风和一系列的结构设计，来确保每一层的气流需求符合业主需求。我们在配合业主进行气流组织设计时，需要考虑的因素很多：地理位置、空间大小、节能、成本、风水偏好等。求是缘：请您再为我们介绍——洁净室存在的功能和价值是什么，洁净室的构成部分，洁净室的等级如何分类？张麟：顾名思义，洁净室存在的价值就是提供一个洁净的空间。洁净室概念最早源于20世纪20年代飞机陀螺仪的生产制造。如果想要陀螺仪保持定向的精度，则需要确保洁净的生产环境，避免生产过程中的油污、碎屑影响陀螺仪的良率。自此开始，环境质量控制成为一个科研分支。人们逐渐认识到：机械本身也害怕被污染。不同的产品要与特定的生产环境匹配起来。归根结底，洁净室的核心价值是为生产工艺提供相匹配的生产环境空间。其构成包括：供风系统、过滤机组、回风通道等一系列组件。我们以半导体Fab洁净室为例来了解其四个立体空间的组成部分：1.上技术层，上技术层是实现送风+上级除尘的功能。包含：供风的系统、过滤系统，确保通过上技术层吹到洁净室的风是干净的。2.中间是生产工艺层，这一层布局了大量的工艺设备（薄膜沉积、光刻、刻蚀等）进行晶圆生产。风机通过吹风加压，形成一个面的压力，将洁净室的颗粒吹落穿过地板孔隙落到地板下方的下技术层。3.下技术层，该层主要配置了直接供应液体、特殊气体给工艺生产设备的辅助设施。4.回风通道，是连接下技术层和上技术层的通道，将室内脏污空气排出到上技术层，经过过滤机组处理后，再给洁净室供风，使室内干净的恒温恒湿的空气可以重复利用。在电子领域，洁净室的等级标准是根据颗粒物的多少来划分。洁净室的等级，根据不同的标准又有相应的划分方法，比如ISO国际标准、美标、欧标、国标，我们常用的是国标和ISO国际标准。在划分洁净室的等级时，既要考虑业主的工艺要求，对不同粒径的颗粒物实现不同的控制标准，又要考虑成本。在Fab内，不同的区域又存在不同等级。越是先进的工艺制程，其线宽精度越高、其通道越窄，颗粒物对其良率越致命。工艺设备机台内的微环境洁净等级更严苛，如光刻机台内的洁净甚至高达1级,而一般存放晶圆的空间是10级。求是缘：在洁净室的不同生命周期阶段：需求确认、设计、二次深化设计、建设、运营，每个阶段包含哪些主要内容？CFD在不同阶段如何赋能or贡献其价值？张麟：在功能性的需求确认阶段，主要完成晶圆厂自身业务定位、资金投入、规划建造周期等工作，其实并不一定需要CFD的参与。设计阶段则需要引入暖通团队和CFD工具。在厂房的设计过程中，暖通团队要充分了解并参与到厂房的设计布局中来，既要考虑工艺产线的设计，又要兼顾厂务配套的水、电、气等的布局。一旦二者均已经布局完成，留给暖通团队来完成气流组织的可调配空间就很少了。在设计阶段，暖通团队只是一个框架性的初步参与；后面还有具体的二次深化设计阶段。在此阶段，暖通团队会借助CFD等仿真工具来进行数据收集、仿真，再根据仿真反馈，在细节部分进行具体的调整、优化。建造阶段理论上已经不需要CFD参与。但在实际案例中，往往因为前面几个阶段没有做好，或者业主方需要新的变更，还是需要引入CFD参与其中进行协助。东西（洁净室）本身好很重要，而把东西（洁净室）用好更重要。怎么用好是一个非常关键的问题。Fab内的厂务部门类似小区物业，保障Fab工艺产线的正常生产。洁净室运营阶段多是基于管理规范的落实执行。运营阶段涉及到人员、操作过程等方面的严格管控，一旦管控不严导致颗粒物超过标准，会直接影响芯片良率。对于Fab来讲，一旦工艺调通、量产之后，产线上的设备和工艺参数一般保持不变。考虑到Fab内的工艺生产线的自动化水平很高，人在现场也干预不了太多；现场制造的管控核心指标之一是厂务管理，而厂务管控的核心指标是如何控制洁净室内颗粒物。厂务管控的其它指标如节能，则有其对应的设备系统自动运转、自动监测。求是缘：请您以集成电路制造中的百级洁净室为例，来详细地说明气流组织的特征、微污染控制严苛要求和实施落地，三个方面的难点分别是什么？张麟：气流组织必须要支撑客户的工艺要求。但在行业里也存在一个常见的误区：只要风量足够大就可以把颗粒物压出去。其实不然，因为气流的内部结构性缺陷，决定了即便再大的风量进来也只会在空间内打转，并不能把颗粒压出去。我们必须要先研究气流组织内部的结构性特点，然后再设计相应的解决方案。
不同于面板厂洁净室1-2米高的下技术层，集成电路的百级洁净室的下技术层比较高，至少7米。因此导致集成电路洁净室的下技术层的乱流比较多。集成电路的洁净室的回风道通常是单侧为主，且距离风道的距离长达30米远，这就容易让气流在如此大跨度的空间中不按照设计路线流动，导致气流混乱，出现返尘（返流）问题。返尘是指下技术层的灰尘会返流到洁净室中来，往往是因为正压的保障或者气流组织保障不够而导致的。因此我们在做洁净室的气流组织设计时，必须也要考虑下技术层的气流流动情况，避免其成为颗粒污染来源返流进入洁净室。假设晶圆厂原来的良率是90%，受益于颗粒物的控制助力良率增加了10%，而这良率增加的10%则是纯利润。超越同行的高良率会在市场上形成碾压式的竞争力。我们可比较国际上两家头部Fab因其不同的良率水平所吸引的客户群和盈利能力的差异。求是缘：您能否为我们科普CFD（计算流体力学）的概念、原理、CFD仿真的基本流程，CFD能覆盖哪些细分的应用领域？张麟：CFD计算流体力学的覆盖范围特别广，应用特别多。大到天上飞的航空航天器、水里游的船舶等，小到生活中使用的润肤露，研究每一滴润肤露在皮肤细胞内的停留时间、渗透率等。计算流体力学是一门学科，是基于物理规律的数学表达方式。基于牛顿力学原理，借助于计算机来求解牛顿力学方程。求是缘：作为专业且独立的第三方工业软件服务商，您如何看待CFD仿真软件处于甲乙方之间的微妙生存关系和未来的发展前景？张麟：作为气流组织仿真领域的从业者，我们发自内心地希望业主能用最少的钱就能达成最好的效果。空气怎么跑大家是看不见、摸不着的，但我们可以通过CFD来模拟仿真描述出来。使得空气既能满足我们的设计需求，同时也能按照其自然规律去运动；只有当空气以最自然的规律去流动时，才是最节能、最有效率的方式。最终让空气服务于人的生产、生活所需，实现天人合一的境界。从我们所处的生态合作关系来看，我们既会受雇于业主方（用户），与业主方直接接触，为其直接提供服务。我们还会与业主委托的工程方or设计方直接接触并合作。当然，不同的合作方，大家的关注点并不完全一样。在洁净行业，CFD尚未成为一个标准流程进入到设计、制造的流程中来。因此也导致了CFD在这个过程中的身份比较微妙。我们始终要面对的两个问题：向上你（CFD）对谁负责？向下谁对你（CFD）负责？CFD说到底是一个设计问题。业界常见的误区：大家不愿意把钱花在看不见的部分。其实，往往看不见的部分才是真正最重要的。在我们业界，设计费低到惨不忍睹的地步。设计是自然规律的“裁判”，因为只有更懂自然规律，才能将设计做好。设计更像是一个“裁判”，理应参与到整个项目过程。我个人看好CFD在未来数字化时代中的应用前景。未来企业会拥有镜像的数字化，CFD会融合到其数字化孪生体系中去，参与到需求→设计→优化→执行→交付整个流程中去，成为数字化解决方案的核心部分之一，形成一个标准化的工具流程。一个技术能否融入产业的核心，就在于“不用这个技术所产生的损失”和“使用这个技术所付出的成本”之间的对比。半导体制造工艺越来越先进，必然需要匹配更精细的控制水平，必然需要引入精细化控制的工具，CFD也会自然而然地融入到产业中。求是缘：您能否再进一步为我们介绍一下中源广科自主研发的空气动力学仿真软件：Clabso系列的特色及其应用范围？张麟：Clabso系列是基于洁净工程背景所打造的一个暖通工程仿真软件，我们最早围绕洁净领域开发，使用的专业术语、常用的曲线和场景描述都紧贴洁净工程。Clabso覆盖暖通的大部分应用场景：数据中心的热仿真、锂电池内的热管理、恒温恒湿、医疗、颗粒物、大气污染等等。求是缘：创业八年来，中源广科团队已经服务全国上百家不同领域的客户。您能否为我们分享一些有特色的服务案例，以及您创业过程中的心得体会？张麟：我们曾经服务的一个热管理项目为例：只是加设了一块普通的挡板，随之却实现了40%的节能效果。这件事情让我意识到，业界对于气流的认知还停留在低阶。业界还存在的常见误区：“只要持续加大风压，就能使气流产生预期的变化”。其实这个做法既错误又耗能。我们必须深入地去研究气流内部的结构特性，根据结构特性去设计出合适的解决方案。创业8年来，我们合作的客户多达上百家，覆盖300多个项目。我最大的体会：随着合作深入，客户会逐渐认可中源广科团队CFD的价值并愿意为此支付一定的成本，我们以专业的服务为合作方的设计方案给予背书、支撑。客户的认可既体现了我们CFD的价值所在，更是让我们明白还有更长的路要走，需要做的工作还很多。从项目性能优化、环境、节能等维度来看，真正的最大受益方是项目使用方。我们希望能够通过有效的管道让更多的使用方、更多的产业人了解CFD的价值，真正地把CFD的价值在产业内传递到位。求是缘：作为求是缘半导体联盟的会员单位，您如何看待联盟与会员单位之间的关系？您认为联盟应该在哪些方面继续优化，更好地服务产业会员？张麟：作为求是缘半导体联盟的会员单位，我们加入联盟主要是希望能够与我需要的资源对接。联盟的存在的意义和价值点就在于：联盟能汇聚产业资源。联盟汇聚资源的能力愈强，联盟的价值愈大，让会员能够得到的收获亦愈多。作为第三方产业组织，求是缘半导体联盟是以非营利组织的身份出现，功利味道没有那么浓；若是这类产业组织太商务了，反而不合适。此外，我建议联盟能够考虑推出一个评选优秀会员单位的机制。联盟可依托并联合多家大甲方业主会员资源，根据会员单位的业务类型，设计不同的评选指标：如订单的履行情况、服务口碑、供应商稽核……。以此，来为联盟的产业上下游生态提供参考，提升产业透明度和产业效率。Business is business，回归商业本质，一项技术能否融入产业的核心，就在于“不用这个技术所产生的损失”和“使用这个技术所付出的成本”之间的对比。说到底，就是大家如何算清楚一笔账。但是现实中，大家又不愿意把钱花在看不见的部分；其实，往往看不见的部分才是真正最重要的。CFD仿真软件作为新一代数字检测与空气计算技术解决方案在国内普及还有很长的一段路要走，强推这条路是行不通的。基于数字化时代、生产过程的精细化管控要求，再受益于设计工具软件在产业内价值的传递和理念普及，我们一方面让CFD展现其功能价值；另一方面，更要让客户真正认可CFD的价值并愿意为此买单。期待国内的工具软件产业健康发展的生态早日实现。
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