一、输配管道洁净技术的概念
电子厂房中气体管道输送的高纯、洁净气体是指满足气体的“三度”要求的气体。首先要求气体纯度达到一定的标准,例如99. 999%;其次是干燥度,这是指气体中微量水分的含量,一般以露点表示,例如常压露点—70℃; 最后是洁净度,这是指气体中含有的污染物质的数量。对于粒径为μm的离子单位为多少粒/m3,而对于压缩空气使用mg/m3表示。
此外还有对于空气中污染物的粒径大小的分类,这里所指的污染物粒子主要包括腐蚀、磨损、冲刷产生的金属粒子,噬菌体、微生物以及含湿气体凝结的液滴,大气尘埃粒子等。按照粒子粒径的不同可大致的分为三类:超微粒子,粒径一般小于0.1μm;粒子,粒径在0.lμm~5μm;大粒子,粒径大于5μm。
由于在大气中不可避免的存在大量的粒径处于1~0.01 μ m的污染物粒子,而这些粒子在进入“空分制气”、“中空纤维膜制气”、或者是“碳分子筛制气”等系统的空气压缩机后,由于往复式活塞在运动的过程中会产生大量的粉尘,从而对以上空气进行了二次污染,为此经过往复式活塞空气压缩机后的压缩气体含有大量的污染物质。即使经过后续的干燥器、净化器可以对水分、二氧化碳等进行一定的清除,但是由于气流的冲刷作用或者是吸附稳定性等因素会导致大量的吸附剂粉尘。为此经过干燥器、净化器以及过滤器的由于系统的连续流动性不佳,致使系统内部的气体又受到反扩散污染或者是交叉污染,导致最终获得气体依然含有污染物粒子。
为此在要求生产环境洁净的电子厂需要按照一定的洁净度要求对厂房管道进行设计施工。
二、气体输配管道的选材
厂房管道的洁净技术是保证将高洁净、高纯度的气体输送到用气点的主导通道,如果为了保证气体质量的不变而仅仅对气体生产设备进行精度的提升是不可取的,也是不容许的。输送气体的管道作为影响气体质量的重要环节,其选材要遵循以下原则:
2.1管材透气性小。这种管材可以很好地防止大气中氧的渗透与腐蚀,减少周围环境的湿度对于管内气体的影响。同时在微电子的特殊程序中要考虑管材,例如砷化镓的操作中不允许使用铜质管路。不锈钢作为一种活性较低的管材,可以作为超纯净、高纯气体的理想管材。当压缩空气管路的干燥度—20℃到—40℃之间时可采用不锈钢管304,而氧气管路系统可以根据周边环境及使用条件来决定是否是使用铜管。
2.2管内表面对气体的吸附及解吸气的作用要尽量小。由于管材在制备过程中会吸收一定的气体,例如每吨不锈钢可吸收200g气体。而这部分气体在使用中会释放到管路气体中,从而污染空气。
2.3内表面耐磨、光滑。这样的管材可以避免空气在管内的滞留以及金属粒子进入气流。
2.4具有良好的抗腐蚀性能。尤其是在生产中使用了腐蚀性的气体一定要使用抗腐蚀的不锈钢管作为配管。
2.5性能稳定。首先要求所使用的钢管在焊接过程中组织不变化,同时在洁净室内的管道不能使用镀锌钢管,以防止补镀锌操作带来的不利影响。
三、管道的安装施工
3.1管道的外观检查
管路使用的管材以及阀门等配件要按照设计要求采用,并将采购的材料放置于室内保管;管段的端头有橡胶套罩盖,不能破裂或者脱落;对阀门、管件以及管子要严格的进行外观检查,例如是否有折叠、缩孔、裂纹、锈蚀、凹陷,此外粗糙度、管帽以及堵头的密封措施、法兰的封面平整性是否达标等。
3.2管路系统的安装
安装过程中的配管支架不能间距过大,也不能使用柔性或者弹性支架,防止气流冲击引发的管道振动;管路的弯折处要保持圆滑、平整,其弯管的半径至少是管道半径的5倍,此外不能使用焊接弯头或者皱接弯头,并采用冷弯管技术;螺纹表面不能存在断面不完整或者损伤,重要的位置的粗糙度不大于12.5μm;使用卡套连接过程中要保护端口、密封面等,也不能使用铁锤敲打,保证平整与圆滑;管路采用焊接连接,焊接中为了防止氧化可以在管内通入一定的保护气,而对于不锈钢管要使用氩弧焊;在管道开始焊接之前可以通入保护气,例如在原来吹扫过的管段的始端的橡胶盖中心钻孔,使用绕有洁净无纺布的不锈钢管塞入进行通气,在另一端可以用柔软的白纸检验气流状况;螺纹连接作为一种方 便的连接方式,为此施工中要保证缠绕方式科学,尤其不能过多,一周半为最宜;管路中所使用的附件要与管材的选用原则一致,在铜材质的管路中可以使用不锈钢附件,反之则不行。在高纯系统中使用阀门要采用焊接连接以保证严密性;安装完毕之后要对输配管路进行吹除,这样不仅消除了施工中进入的粉尘粒子,同时也对管路起到干燥作用。可以根据系统的情况有选择的使用连续吹扫、抽空式或者是间断吹扫。
四、管路系统试验
4.1管路压力试验:
安装完毕后通过气压试验来验证管路的气密性。气压试验在常压下使用与洁净室等级的氮气进行,使用工作压力的1.15倍压力,并在停压10min后使用肥皂水检查泄漏情况,对于ppt或者是ppb等级管道要以无泄漏为合格,
4.2管路干燥度、纯度以及洁净度的检查
对于ppm级的管路中的干燥度,其末端的含湿量不能大于始端的1.1倍,而对于ppb级的高纯管路中要保证始末端的含湿量变化不超过5ppb。通过测定试验用本底气流,系统始末端三项指标的变化。
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