電子潔凈車間的工藝用水主要包括工藝冷卻水和純水。

工藝冷卻水主要用于各種工藝設(shè)備的冷卻。 由于工藝設(shè)備中的冷卻管中有很多直徑很細的毛細管，為了避免毛細管結(jié)垢，對工藝冷卻水的水質(zhì)提出了相應(yīng)的要求。

純凈水主要用于各種電子產(chǎn)品的清洗。 使用純凈水可以避免水中雜質(zhì)對電子產(chǎn)品的污染。 電子車間使用純水的主要特點不僅是水的電阻率高，而且對粒徑、總有機碳（TOC）、總硅、溶解氧（DO）、各種離子的含量都有不同的要求.

1工藝冷卻水管路的選擇

半導(dǎo)體、TFT-LCD等行業(yè)的工藝冷卻水系統(tǒng)對工藝冷卻水的水質(zhì)提出了要求，以避免工藝設(shè)備冷卻盤管結(jié)垢堵塞。

以某半導(dǎo)體廠工藝冷卻水設(shè)計水質(zhì)為例：電阻率>30kΩ·cm硬度<0.5德度。 因此，工藝冷卻水管路的選擇主要考慮兩方面的要求，一是對水質(zhì)的要求； 另一個是對管道腐蝕的要求。

工藝冷卻水管主要有不銹鋼管和塑料管。

(1) 不銹鋼管

根據(jù)工藝冷卻水的水質(zhì)要求，SS304不銹鋼管可以滿足要求，但半導(dǎo)體和TFT行業(yè)通常使用純水制備過程中產(chǎn)生的反滲透（RO）廢水作為工藝冷卻的補充水源水，而RO出水是以純水為基礎(chǔ)的，根據(jù)制備工藝的不同，PH值也不同。 當(dāng)水的pH值為中性或弱堿性時，可以使用SS304不銹鋼。 當(dāng)水的PH值為酸性時（RO出水通常呈酸性，不加堿），應(yīng)選用耐酸性能好的不銹鋼。

根據(jù)對不同項目的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)不銹鋼管的腐蝕主要發(fā)生在接口處和管道底部。 分析主要原因，界面腐蝕主要是由于在焊接過程中沒有采用氬弧焊，造成氧化層被破壞，使氧化層下的不銹鋼金屬鉻化合物發(fā)生腐蝕。 管道底部腐蝕主要是由于沖洗管道時使用自來水，而自來水中含有大量的余氯。 如果時間系統(tǒng)不投入運行，很容易造成不銹鋼的氯腐蝕。 不銹鋼中的氯離子腐蝕是應(yīng)力腐蝕。 在“奧氏體不銹鋼-CL”中，溶液中氧的存在是為了促進金屬的鈍化，而氯化物會破壞金屬的鈍化，同時進入裂紋尖端形成鹽酸酸，會加劇腐蝕。

因此，選擇不銹鋼管時應(yīng)考慮一定的腐蝕余量。 至少應(yīng)選用壁厚為Sch-10S的產(chǎn)品，并采用正確的焊接方法。 管道沖洗后，應(yīng)將管道中的水排空并擦干。

(2) 塑料管

根據(jù)工藝冷卻水的水質(zhì)要求，PVC管可以滿足要求。 常用的PVC有兩種，硬質(zhì)聚氯乙烯（PVC-U）是由聚乙烯單體聚合而成的熱塑性高分子化合物； 氯化聚氯乙烯（PVC-C）是由氯化聚氯乙烯樹脂制得的一種獨特的聚合物。 由于PVC管具有很強的耐腐蝕性，即使水質(zhì)呈弱酸性或弱堿性，也不會引起管道腐蝕。

但塑料管需要注意工作壓力的問題。 由于工藝設(shè)備中冷卻管徑小，造成水頭損失大。 因此，工藝冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的工作壓力較高。 計算確定管道的壓力等級。 需要特別注意的一點是管道的壓力等級不等于設(shè)計管道的允許工作壓力。 管道應(yīng)力公式：

式中：P為管道的允許工作壓力（MPa）；

d為管材外徑（mm）；

e為管壁厚度（mm）；

C為設(shè)計系數(shù)；

σ 是管道應(yīng)力 (MPa)。

以PN16 PVC-U管為例，管徑為110mm×8.1mm，管內(nèi)應(yīng)力為15.5MPa，設(shè)計系數(shù)為2.5，液體溫度為40℃。

可見，雖然管道的壓力等級為PN16，但管道的允許工作壓力為9.86MPa。

因此，工藝冷卻水系統(tǒng)通常選用Sch80-PVC管材。 Sch-80是ASME（美國機械工程師協(xié)會）的壁厚標(biāo)準(zhǔn)，Sch是“”，管道的壁厚等級。 Sch是設(shè)計壓力與材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力之比乘以1000并四舍五入。 現(xiàn)在：

Sch.＝P/〔〕t×1000

式中：P為設(shè)計壓力（MPa）； 〔ó〕

t為材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力（Mpa）。

管號（Sch）不是壁厚，而是一系列的壁厚。

管徑相同，管表號不同，其壁厚不同。 Sch越大，管壁越厚。

PVC管的缺點是大口徑管材采購困難，施工困難。 因此，PVC管通?？蓱?yīng)用于小于DN100的支管。 總管仍采用不銹鋼管，兩管采用法蘭連接。 由于小口徑的Sch80-PVC管價格低于不銹鋼管，可以節(jié)省投資。

隨著新型管道的大規(guī)模推廣應(yīng)用，在使用過程中應(yīng)特別注意管道和管接頭的腐蝕。 由于工藝冷卻水通常采用RO出水或軟化水作為補充水源，具有一定的腐蝕性，管道內(nèi)壁必須具有足夠的耐腐蝕性能。 很多管道本身的耐腐蝕性是沒有問題的，但是管道接頭處理不當(dāng)，很容易造成接頭處腐蝕。 例如，對于鋼襯不銹鋼管道，接口不能保證水不會與非不銹鋼部件完全隔離； 鋼襯塑管、鋼涂塑管，無論是螺紋連接、卡環(huán)連接、溝槽連接還是法蘭連接，都不能保證外金屬與水完全隔絕。

2 純水管道的選擇

電子超純水通常是電阻率>15 MΩ·cm（25°C）的純水。 此時，電阻率不是重要因素，需要根據(jù)其他指標(biāo)的要求進行具體分析。

(1) 管道性能比較

選擇管道材料的依據(jù)主要是管道的浸出物（見表1）和內(nèi)表面的光滑度。 主要應(yīng)用管材有Clean-PVC管材、Clean PP管材和PVDF管材。 Clean-PVC 管道由耐沖擊的硬質(zhì)聚氯乙烯制成上海不銹鋼盤管廠家，其添加劑比普通 PVC 管道少。 這減少了管道內(nèi)壁的粗糙度（Clean-PVC管道的表面粗糙度小于0.37 μm，而普通PVC管道的表面粗糙度為1.0 μm）和污染物的析出。 生產(chǎn)廠家主要有“佛山市新澤昌不銹鋼有限公司（）”和“日本朝日有機材料株式會社（ASAHI AV）”。 潔凈PP管是由(β)-PP-H均聚聚丙烯制成，具有非常均勻、致密的結(jié)構(gòu)和突出的沖擊強度。 其高結(jié)晶度確保了出色的耐化學(xué)性，二氧化鈦顏料的使用進一步增強了這一點。 內(nèi)壁粗糙度和污染物析出性能與Clean-PVC接近。 主要制造商是喬治。 佛山市新澤昌不銹鋼有限公司（+GF+）。 PVDF管的材料是聚偏二氟乙烯，是一種高結(jié)晶度、高性能的熱塑性塑料，可在很寬的溫度/壓力范圍內(nèi)使用。 其主要特點是機械強度高、韌性好、耐磨性、熱穩(wěn)定性和介電性能優(yōu)良，純度高，可熔融成型，對大多數(shù)化學(xué)品和溶劑具有良好的耐腐蝕性。 良好的抗紫外線和核輻射性能，良好的耐候性，抗生物真菌的作用，良好的氣體和液體阻隔性能，阻燃性好，發(fā)煙少。 PVDF是一種不含任何添加劑的純材料，表面光滑，粗糙度小于0.2μm。 主要生產(chǎn)廠家有佛山市新澤昌喬治不銹鋼有限公司（+GF+）和奧地利AGRU公司。

(2)管道材料的選擇與幾種典型電子潔凈車間使用的純水進行比較(見表2)。

與6寸半導(dǎo)體前處理類似，TFT-LCD水質(zhì)可選擇Clean-PVC管或Clean PP管。

Clean-PVC管自1980年代開始用于半導(dǎo)體行業(yè)，現(xiàn)在廣泛用于純水。 它的優(yōu)點是由于應(yīng)用廣泛，供應(yīng)商都有一定的庫存，所以交貨周期短，安裝工藝也比較簡單。 通常半天的課堂和現(xiàn)場培訓(xùn)就足夠了。 它的缺點是管道的粘合和安裝質(zhì)量。 這也是很多半導(dǎo)體廠出現(xiàn)大量PVC管路系統(tǒng)故障和漏水問題的原因。 PVC管道系統(tǒng)出現(xiàn)故障主要是由于粘接質(zhì)量差造成的。 PVC的連接方式主要是膠水粘合，需要膠水軟化粘合部分的表面，然后對軟化的部分進行壓縮。 其粘接質(zhì)量與操作者的技術(shù)相關(guān)性很大，不同人、不同部位粘接質(zhì)量的一致性很差。 粘接要求涂膠量足，均勻性好，管件與管件的粘接部分必須非常干凈光滑，管件必須完全插入管件。 然而，由于插入鍵合的性質(zhì)，實際鍵合位點是不可見的，可能存在缺陷，這將對整個系統(tǒng)造成很大的風(fēng)險。

由于PP是熱熔焊接的，所以沒有像PVC那樣的污染，如粘合溶劑和其他有機溶劑，這些物質(zhì)通常用于PVC管材中作為穩(wěn)定劑。 這些粘合劑和有機溶劑會產(chǎn)生有機污染物（TOC）。 此外，PP管材的紅外線熱熔焊接采用電腦控制，避免了人工操作的質(zhì)量參差不齊，可對焊點進行100%檢測。 這使得PP管在安裝質(zhì)量上比Clean-PVC更有保證。 但是，PP 管的價格和安裝成本高于 Clean-PVC。

據(jù)英特爾全球封測廠報道，每年都會出現(xiàn)大量的PVC管路系統(tǒng)故障和漏水問題。 造成故障的原因有多種，包括粘接不當(dāng)、缺少支撐、安裝過程中出現(xiàn)故障等。 cause shock等。因此，Intel的新封測廠開始廣泛使用clean PP管代替Clean-PVC作為首選管材。

類似8寸半導(dǎo)體前處理或更高的水質(zhì)要求，以PVDF管為主。

如表2所示，8寸半導(dǎo)體對純水水質(zhì)指標(biāo)要求非常嚴格，Clean-PVC和clean PP已經(jīng)不能滿足要求，而溶解物和PVDF管內(nèi)壁的光滑度遠強于Clean-PVC和clean PP，所以只能選用PVDF管材。 國內(nèi)半導(dǎo)體生產(chǎn)中也有使用8英寸Clean-PVC管材的成功案例，但經(jīng)過實測分析發(fā)現(xiàn)，此類工廠的產(chǎn)品都是從6英寸升級到8英寸，即在6英寸純水管系統(tǒng)運行幾年后升級為8英寸，Clean-PVC管路系統(tǒng)經(jīng)過長時間運行后，溶解離子有逐漸減少的趨勢。 以某電子廠為例，該廠一期純水系統(tǒng)沒有設(shè)置去除TOC的專用紫外燈上海不銹鋼盤管廠家，僅靠制備過程中去除TOC。 經(jīng)過幾年的運行，回水管道的TOC可達15ppm，而新建的純水系統(tǒng)配備了專用的紫外燈，用于去除TOC。 當(dāng)系統(tǒng)開始運行時，站出口的 TOC 僅為 50 ppm。 正是由于這一特點，純水系統(tǒng)在投產(chǎn)前需要經(jīng)過長時間的沖洗。 因此，在6英寸到8英寸的生產(chǎn)升級中，已經(jīng)沖洗了幾年的Clean-PVC管材有可能滿足使用要求。 而PVDF管可以在短時間內(nèi)沖洗到較低的指標(biāo)，如表3所示。為節(jié)省初期投資，純水回水管可采用清潔PVC或清潔PP管代替PVDF。 由于純水回流需要經(jīng)過拋光系統(tǒng)重新處理，即使回水中溶解物質(zhì)較多，也不會影響供水。 水質(zhì)的好壞只會影響拋光系統(tǒng)的維護費用，但經(jīng)過長時間的運行后，維護費用的差異會逐漸減小。

3 結(jié)論

綜上所述，筆者認為Sch-10S不銹鋼管和Sch80-PVC管應(yīng)該是對水質(zhì)要求較高的電子潔凈廠房工藝冷卻水的首選。

6寸半導(dǎo)體前制程及TFT-LCD廠水質(zhì)類似，可采用Clean-PVC及clean PP管道，但clean PP在連接方式及施工質(zhì)量上有明顯優(yōu)勢，可替代clean PP管道Clean-PVC廣泛應(yīng)用于純水系統(tǒng)管道。

類似8寸和12寸半導(dǎo)體廠的水質(zhì)，應(yīng)該首選PVDF管。 6寸到8寸半導(dǎo)體水質(zhì)升級的管路系統(tǒng)，可采用已運行多年的Clean-PVC管路系統(tǒng)，無需更換為PVDF管路系統(tǒng)。