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備的冷卻。 由于工藝設備中的冷卻管中有很多直徑很細的毛細管，為了避免毛細管結垢，對工藝冷卻水的水質(zhì)提出了相應的要求。

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，以避免工藝設備冷卻盤管結垢堵塞。

以某半導體廠工藝冷卻水設計水質(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的，根據(jù)制備工藝的不同，PH值也不同。 當水的pH值為中性或弱堿性時，可以使用SS304不銹鋼。 當水的PH值為酸性時（RO出水通常呈酸性，不加堿），應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，選擇不銹鋼管時應考慮一定的腐蝕余量。 至少應選用壁厚為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計管道的允許工作壓力。 管道應力公式：

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為設計系數(shù)；

σ 是管道應力 (MPa)。

以PN16 PVC-U管為例，管徑為110mm×8.1mm，管內(nèi)應力為15.5MPa，設計系數(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）的壁厚標準，Sch是“”，管道的壁厚等級。 Sch是設計壓力與材料在設計溫度下的許用應力之比乘以1000并四舍五入。 現(xiàn)在：

Sch.＝P/〔〕t×1000

式中：P為設計壓力（MPa）； 〔ó〕

t為材料在設計溫度下的許用應力（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管通常可應用于小于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)模推廣應用，在使用過程中應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，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、致密的結構和突出的沖擊強度。 其高結晶度確保了出色的耐化學性，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年代開始用于半導體行業(yè)，現(xiàn)在廣泛用于純水。 它的優(yōu)點是由于應用廣泛，供應商都有一定的庫存，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)量與操作者的技術相關性很大，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、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寸半導體對純水水質(zhì)指標要求非常嚴格，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，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 結論

綜上所述，筆者認為Sch-10S不銹鋼管和Sch80-PVC管應該是對水質(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廣泛應用于純水系統(tǒng)管道。

類似8寸和12寸半導體廠的水質(zhì)，應該首選PVDF管。 6寸到8寸半導體水質(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)。