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1、2 0 0 9 年 9 月 洁净s空调技术 C C A C 第 3 期 电子洁净厂房工艺冷却水和纯水管材的选择 中国电子工程设计院 王 鹏 摘要 对电子洁净厂房工艺给水不同水质要求所选用的管材进行说明。关键词电子洁净厂房，纯水，工艺冷却水，管材选择。EI e c t r O ni c s CI e a n r o Om Pr o c e s s CO o n g Wa t er a n d DI Wa t e r P i p e Ma t e r i a I S el e c t i O n W la ng Pe ng Ab s t r a c t De s c r i p t i o n o
2、 f p i p e ma t e r i a l me e t i n g d i f f le r e n t wa t e r q u a 1 i c y r e q u i r e me n t s Ke y wo r d s C1 e a J 1 r o o m；D1 wa t e r；P r 0 c e s s CO O 1 i n g Wla t e r；Pi p e M a t e r i a 1 电子洁净厂房工艺给水主要有工艺冷却水及纯 水。工艺冷却水主要应用于各种工艺设备的冷却。由于工艺设备内的冷却管道有很多为管径很细的毛 细管道，为避免毛细管道的结垢，对工艺冷却水的 水质
3、也提 出了相应的要求。纯水主要应用于各种 电子产 品的清洗，纯水 的使用可 以避免水中杂质对电子产品的污染。应用 于电子厂房的纯水的主要特点不只是水的电阻率高，还对颗粒度、总有机碳(T0C)、总硅、溶解氧(Do)、以及各种 离子 的含量有 不 同的要求。1 工艺冷却水管道的选择 半导体、T F T _ L C D等行业的工艺冷却水系统 为避免工艺设备冷却盘管的结垢及堵塞，对工艺冷 却水水质 提 出 了要求。以某半导体厂工艺冷却水设计水质为例：电阻率 3 0 k Q c m 硬度l 5 M Q c m(2 5 )的纯水，而此时 电阻率 已经不是重要的因素，需 根据其他指标的要求进行具体分析。(1
4、)管 材性 能 比较 选择管材的依据主要是管道 的溶出物(见表 1)及 内表 面光洁度。主要应用的管道有 C1 e a n P vC管、洁净 P P管、P vDF管几种。Cl e a n P VC 管采用耐冲击硬质聚氯乙烯制造，其比普通P V C管 含有较少的添加剂。从而减小了管道 内壁的粗糙度(C l e a n P V C管的表面粗糙度小于 0 3 7 1，而普通 P vC管 的表面粗糙度在 1 0 m)以及污染物的析 出。制造 商 主 要 有“积 水 国 际 贸 易 有 限 公 司(S E K I S U I)”、“日本 旭 有 机 材 株 式 会 社(AS AHI A V)”。洁净 P
5、 P管材质为(B)一 P P H均 聚型聚丙烯，具有非常均一、致密的结构和出众的 抗冲击强度。其高结晶度确保了极好的耐化学品性 能，二氧化钛色素 的使用进一步提高了此特性。其 内壁粗糙度及污染物的析出性能与 Cl e a n P VC接 近。制造商主要有乔治 费歇尔管路系统有 限公司(+GF+)。P VDF管材质为聚偏二氟乙烯，是一种 高结晶度，高性能热塑性塑料，可用温度 压力范 围广。其主要特性是力学强度高、韧性好、具有优 异的耐磨性、热稳定性和介 电性，其纯度高，能熔 融成型，对于大多数化学品和溶剂都具有很好的耐 腐蚀性、抗紫外线和核辐射性能好、耐候性好、耐 生物菌类的作用、气体和液体阻隔
6、性好、阻燃性好、发烟量少等优点。聚偏二氟 乙烯是一种纯净的材料，它不含任何添加剂，且其表面光滑，粗糙度小于0 2 m。制造商主要有乔治 费歇尔管路系统有限公司(+GF+)、奥地利 AGRU 公司。5 8 洁净s空调技术 C C C 2 0 0 9 年 表 1管道溶出物数值表 C l 潍P V C 洁净 P P P V DF 检出项目 析出浓度 析出速度 析出浓度 析出速度 析出浓度 析出速度 g lm 2 d a y g d p g d TOC l 2 0 4 O l 4 0 4O 8O 3 0 S i 02 2 0 0 5 9 2 7 0 8 3 2 0 0 6 4 Na OO9 O O 3
7、 1 I 2 O-3 7 O01 0 0 03 K OO3 O 0O 9 O 0 6 0O3 OOl 0 O O3 Ca 039 O 1 2 O O 7 0 o 2 1 1 O-3 5 Fe OO9 O03 O 0 7 OO2 0 O5 0 0 2 Cu OO0 5 OOO1 0 0O 5 0 0O 2 O 00 5 1 8 0 1 8 2 l 6 O 1 8 0 (O 1“m)(0 O 5 m)(0 2 m)(01“m)颗粒(个 mL)5 1 5 l 0 l O 活菌(c J 1 0 o ln L)2 l l O 5 总有机碳 T Oc(g )2 0 2 1 O 0 5 0 总硅(g )5
8、0 5 l 0 5 溶解氧 DO(g )2 O 5 5 O 1 0 0 Na、K、c a、Mg(一)0 O 5 0 0 2 1 1 Cl()0 O 5 0 O 5 l 1 水温()2 3 2 2 3 2 2 3 2 2 3 2 水压(MP a)O 3 0 O 5 O _ 3 0 O 5 O 2 5 0 O 5 O 2 5 O 0 5 类似于 6英寸半导体前工序、矸 L C D的水质 可选择 C l e a n P vC管或洁净 P P管。C l e a n P vC管从 8 O年代 即应用于半导体行业，现在在纯水中得到了广泛的应用。其优点在于由于 得到 了广泛的应用，故而供应商都有一定量的库存
9、，所以交货周期较短，安装技术也比较简单，通常进 行半天的教室和现场培训即可。其缺点在于，管道 的粘结和安装的质量。这也是众多的半导体厂中有 大量 的P vC管道系统失效和漏水问题的原因。P V C 管路系统失效主要是粘结质量不好所造成的，P V C 的连接方法主要是胶水粘接，这要求胶水能使粘接 部位 的表面软化，软化部位然后被压紧，它的粘接 质量 同操作人员的技术的相关性非常大，而且不同 和管件的粘接部位要非常干净且光滑，并且管路要 求完全地插入管件。但是由于插入粘接的特性，实 际粘接部位是看不见的，缺 陷可能存在，并将对整 个系统造成极大的风险。由于 P P是热熔焊接的，所以没有 P VC那
10、样担 心的沾污，如粘接溶剂和其他有机溶剂等在P V C管 道中经常使用的稳定剂。而这些粘接剂及有机溶剂 会产生有机物 沾污(T 0C)。另外，P P管道的红 外热熔焊接采用计算机控制避免了人工操作 的质量 参差不齐，并能对焊点进行 1 0 0 的检查。这使得 P P管道相对于 c l e a n P v c在安装质量上更有保证。但是P P管道在管路 管件的价格及安装费用上要高 于 Cl e a n PVC。第 3 期 电子洁净厂房工艺冷却水和纯水管材 的选择 根据英特尔遍布全球 的封装测试厂的报告，每 年都有大量 的P VC管路系统失效和漏水 问题，失 效是 由多种原因引起 的，其中就包括不适
11、 当的粘接，缺少支撑，安装过程 中没有对准所引起的冲击等。因此在英特尔新建的封装测试厂 已开始广泛采用洁 净 P P管取代 C l e a n P Vc作为首选管材。类似于 8英寸半导体前工序或更高水质要求的 以 P VDF管道为主。如表 2 所示，8英寸半导体对纯水水质指标的 要求相当严格，C l e a I l P VC及洁净 P P已不能满足其 要求，而 P V DF管道的溶出物及管道 内壁光洁度都 远强于 C l e a I 1 P V C及洁净 P P，故而只能选择 P v D F 管道。在 国 内的半 导体生产 中也有 8英寸采 用 C l e a J 1 一 P V C管道的成功
12、案例，但经过实测分析后发 现，这类生产厂的产品都是从 6英寸升级至 8英寸 的，也就是在 6 英寸纯水管道系统运行若干年后升 级为 8 英寸的，而 C l e a n P v C管路系统经过长时间 运行后，其溶出的离子呈逐步减少的趋势。以某电 子厂为例，一期厂房纯水系统未设置专门的除T O C 紫外线灯，仅依靠制备过程 中对 T OC的去除，在 运 行 了若 干年 后，其 回水 管 道 ToC 可 以达 到 1 5 p p m，而二期新建的纯水系统，设置 了专用的除 T Oc紫外线灯，在系统开始运行阶段 的站房出口 T oc，也只有 5 O p p m。正是由于这种特性，所以 纯水系统在投产前
13、需经过相 当长时间的冲洗运行。所 以在从 6 英寸升级到 8英寸的生产 中，经过若干 年冲洗的 C l e a J l P VC管道也是有可能达到使用要求 的。而 P VD F管道可以在短时间内冲洗到较低 的指 标，如表 3所示。为了节省初投资，纯水回水管 道可以采用 C l e a n P VC或者洁净 P P管代替 P vD F，由于纯水回水需经过抛光系统的再次处理，所以即 使回水中有较多的溶出物也不影响供水的水质，只 是会影响抛光系统的维护费用，但长时间运行后维 护费用的差别会逐步减小。表 3测试高纯水中P V DF管道的析出离子值 f p p b)清洗次数 l 5 l O 1 5 Na
14、 O I 1 O O 2 O 0 2 0 0 2 K O O 8 0 O 2 0 O 2 O 0 2 Zn O O 3 一 0 0 2 O O 2 0 0 2 F e O 0 2 0 0 2 0 O 2 O 0 2 A l O 0 2 0 O 2 O O 2 O 0 2 S i 0 5 O 5 O 5 O 5 ToC 3 O 2 0 l 5 1 O F 0 1 O 1 O 1 0 1 Cr O 1 0 1 O 1 0 1 NO2。0 1 O 1 0 1 0 1 Br 0 1 O 1 0 1 0 1 NO3 0 1 O 1 O 1 O 1 HP O。01 0 I O 1 0 1 S o4 2。O
15、8 2 0 2 O O 1 0 1 3结 论 综上所述，笔者认 为，对水质有较高要求的 电子洁净厂房的工艺冷却水，管道应首选S c h 1 O S 级 不锈钢管及 S c h 8 0 P vC管。类似 6 英寸半导体前工序及 L C D厂房的水 质，可使用 C l e a n P vC与洁净 P P管道，但洁净 P P 在连接方式及 施工质量 上有 明显 的优势，故而，洁净P P 管可以代替c l e a J l P V c 在纯水系统管道中得 到更广 泛 的应用。类似 8 英寸及 1 2英寸半导体厂房的水质，需采 用 P VD F管道作为首选。由6英寸升级到 8英寸半 导体水质的管道系统，可采用 已运行多年的C1 e a n P V C管路系统而不必更换成 P VDF管路系统。