電子超純水一般指電阻率>15 MΩ·cm(25℃)的純水,在此情形下,電阻率已非關(guān)鍵要素,需依據(jù)其他指標(biāo)的要求展開(kāi)具體剖析。那么,電子無(wú)塵車間純水管材該如何選擇呢?
(1)管材性能比較
選擇管材的主要依據(jù)在于管道的溶出物以及內(nèi)表面光潔度。主要應(yīng)用的管道包括 Clean-PVC 管、潔凈 PP 管、PVDF 管幾種。Clean-PVC 管通過(guò)耐沖擊硬質(zhì)聚氯乙烯制造,其相比普通 PVC 管包含較少的添加劑。由此降低了管道內(nèi)壁的粗糙度(Clean-PVC 管的表面粗糙度小于 0.37μm,而普通 PVC 管的表面粗糙度在 1.0μm)以及污染物的析出量。潔凈 PP 管的材質(zhì)為(β)-PP-H 均聚型聚丙烯,具備十分均勻、致密的結(jié)構(gòu)以及出色的抗沖擊強(qiáng)度。其高結(jié)晶度確保了極為卓越的耐化學(xué)品性能,二氧化鈦色素的運(yùn)用進(jìn)一步提升了此特性。其內(nèi)壁粗糙度及污染物的析出性能與 Clean-PVC 相近。PVDF 管的材質(zhì)為聚偏二氟乙烯,屬于一種高結(jié)晶度、高性能的熱塑性塑料,適用的溫度/ 壓力范圍廣泛。其主要特性為力學(xué)強(qiáng)度高、韌性優(yōu)良、擁有杰出的耐磨性、熱穩(wěn)定性和介電性,純度頗高,能夠熔融成型,對(duì)于大多數(shù)化學(xué)品和溶劑都具備良好的耐腐蝕性,抗紫外線和核輻射性能出色、耐候性良好、能抵御生物菌類的影響、氣體和液體阻隔性佳、阻燃性良好、發(fā)煙量少等優(yōu)點(diǎn)。聚偏二氟乙烯是一種純凈的材料,不含任何添加劑,并且其表面光滑,粗糙度小于 0.2μm。
(2)純水管材的選擇
類似于 6 英寸半導(dǎo)體前工序、TFT-LCD 的水質(zhì),可以選擇 Clean-PVC 管或潔凈 PP 管。Clean-PVC 管自 80 年代就應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè),當(dāng)下在純水中獲得了廣泛運(yùn)用。其優(yōu)勢(shì)在于因得到了廣泛應(yīng)用,所以供應(yīng)商都存有一定量的庫(kù)存,故而交貨周期較短,安裝技術(shù)也相對(duì)簡(jiǎn)單,通常進(jìn)行半天的教室和現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)即可。其劣勢(shì)在于管道的粘結(jié)和安裝質(zhì)量。這也是眾多半導(dǎo)體廠中存在大量 PVC 管道系統(tǒng)失效和漏水問(wèn)題的緣由。PVC 管路系統(tǒng)失效主要是粘結(jié)質(zhì)量不佳所致,PVC 的連接方式主要是膠水粘接,這要求膠水能使粘接部位的表面軟化,軟化部位隨后被壓緊,它的粘接質(zhì)量與操作人員的技術(shù)關(guān)聯(lián)極大,而且不同的人以及不同部位的粘接質(zhì)量一致性極差。粘接要求有充足的膠水被涂抹并且均勻性要求極高,管路和管件的粘接部位要極為干凈且光滑,并且管路需要完全地插入管件。然而由于插入粘接的特性,實(shí)際粘接部位是不可見(jiàn)的,缺陷或許存在,并將給整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)巨大風(fēng)險(xiǎn)。由于 PP 是熱熔焊接的,所以不存在 PVC 那樣令人擔(dān)憂的沾污,比如粘接溶劑和其他有機(jī)溶劑等在 PVC 管道中頻繁使用的穩(wěn)定劑。而這些粘接劑及有機(jī)溶劑會(huì)引發(fā)有機(jī)物沾污(TOC)。另外,PP 管道的紅外熱熔焊接采用計(jì)算機(jī)控制,避免了人工操作的質(zhì)量參差不齊,并能夠?qū)更c(diǎn)進(jìn)行 100%的檢查。這使得 PP 管道相較于 Clean-PVC 在安裝質(zhì)量上更具保障。但是 PP 管道在管路/管件的價(jià)格及安裝費(fèi)用上要高于 Clean-PVC。依據(jù)英特爾遍布全球的封裝測(cè)試廠的報(bào)告,每年都有大量的 PVC 管路系統(tǒng)失效和漏水問(wèn)題,失效由多種原因?qū)е?,其中包含不恰?dāng)?shù)恼辰?、缺少支撐、安裝過(guò)程中沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)引發(fā)的沖擊等等。因此在英特爾新建的封裝測(cè)試廠已開(kāi)始廣泛采用潔凈 PP 管替代 Clean-PVC 作為首選管材。類似于 8 英寸半導(dǎo)體前工序或更高水質(zhì)要求的以 PVDF 管道為主。8 英寸半導(dǎo)體對(duì)純水水質(zhì)指標(biāo)的要求極其嚴(yán)格,Clean-PVC 及潔凈 PP 已無(wú)法滿足其需求,而 PVDF 管道的溶出物及管道內(nèi)壁光潔度都遠(yuǎn)超 Clean-PVC 及潔凈 PP,所以只能選擇 PVDF 管道。在國(guó)內(nèi)的半導(dǎo)體生產(chǎn)中也有 8 英寸采用 Clean-PVC 管道的成功案例,但經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)分析后發(fā)現(xiàn),這類生產(chǎn)廠的產(chǎn)品皆是從 6 英寸升級(jí)至 8 英寸的,也就是在 6 英寸純水管道系統(tǒng)運(yùn)行若干年后升級(jí)為 8 英寸的,而 Clean-PVC 管路系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后,其溶出的離子呈現(xiàn)逐步減少的趨勢(shì)。以某電子廠為例,一期廠房純水系統(tǒng)未設(shè)置專門的除 TOC 紫外線燈,僅依靠制備過(guò)程中對(duì) TOC 的去除,在運(yùn)行了若干年后,其回水管道 TOC 能夠達(dá)到 15ppm,而二期新建的純水系統(tǒng),設(shè)置了專用的除 TOC 紫外線燈,在系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行階段的站房出口 TOC,也僅有 50 ppm。正是由于這種特性,所以純水系統(tǒng)在投產(chǎn)前需經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的沖洗運(yùn)行。所以在從 6 英寸升級(jí)到 8 英寸的生產(chǎn)中,經(jīng)過(guò)若干年沖洗的 Clean-PVC 管道也是有達(dá)到使用要求的可能。而 PVDF 管道能夠在短時(shí)間內(nèi)沖洗到較低的指標(biāo)。為了節(jié)省初投資,純水回水管道可以采用 Clean-PVC 或者潔凈 PP 管代替 PVDF,由于純水回水需經(jīng)過(guò)拋光系統(tǒng)的再次處理,所以即便回水中有較多的溶出物也不會(huì)影響供水的水質(zhì),只是會(huì)影響拋光系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用,但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后維護(hù)費(fèi)用的差別會(huì)逐漸減小。