電子超純水一般指電阻率>15 MΩ·cm(25℃)的純水,在此情形下,電阻率已非關鍵要素,需依據其他指標的要求展開具體剖析。那么,電子無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在于管道的溶出物以及內表面光潔度。主要應用的管道包括 Clean-PVC 管、潔凈 PP 管、PVDF 管幾種。Clean-PVC 管通過耐沖擊硬質聚氯乙烯制造,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 管的材質為(β)-PP-H 均聚型聚丙烯,具備十分均勻、致密的結構以及出色的抗沖擊強度。其高結晶度確保了極為卓越的耐化學品性能,二氧化鈦色素的運用進一步提升了此特性。其內壁粗糙度及污染物的析出性能與 Clean-PVC 相近。PVDF 管的材質為聚偏二氟乙烯,屬于一種高結晶度、高性能的熱塑性塑料,適用的溫度/ 壓力范圍廣泛。其主要特性為力學強度高、韌性優良、擁有杰出的耐磨性、熱穩定性和介電性,純度頗高,能夠熔融成型,對于大多數化學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、發煙量少等優點。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 英寸半導體前工序、TFT-LCD 的水質,可以選擇 Clean-PVC 管或潔凈 PP 管。Clean-PVC 管自 80 年代就應用于半導體行業,當下在純水中獲得了廣泛運用。其優勢在于因得到了廣泛應用,所以供應商都存有一定量的庫存,故而交貨周期較短,安裝技術也相對簡單,通常進行半天的教室和現場培訓即可。其劣勢在于管道的粘結和安裝質量。這也是眾多半導體廠中存在大量 PVC 管道系統失效和漏水問題的緣由。PVC 管路系統失效主要是粘結質量不佳所致,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,它的粘接質量與操作人員的技術關聯極大,而且不同的人以及不同部位的粘接質量一致性極差。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,實際粘接部位是不可見的,缺陷或許存在,并將給整個系統帶來巨大風險。由于 PP 是熱熔焊接的,所以不存在 PVC 那樣令人擔憂的沾污,比如粘接溶劑和其他有機溶劑等在 PVC 管道中頻繁使用的穩定劑。而這些粘接劑及有機溶劑會引發有機物沾污(TOC)。另外,PP 管道的紅外熱熔焊接采用計算機控制,避免了人工操作的質量參差不齊,并能夠對焊點進行 100%的檢查。這使得 PP 管道相較于 Clean-PVC 在安裝質量上更具保障。但是 PP 管道在管路/管件的價格及安裝費用上要高于 Clean-PVC。依據英特爾遍布全球的封裝測試廠的報告,每年都有大量的 PVC 管路系統失效和漏水問題,失效由多種原因導致,其中包含不恰當的粘接、缺少支撐、安裝過程中沒有對準引發的沖擊等等。因此在英特爾新建的封裝測試廠已開始廣泛采用潔凈 PP 管替代 Clean-PVC 作為首選管材。類似于 8 英寸半導體前工序或更高水質要求的以 PVDF 管道為主。8 英寸半導體對純水水質指標的要求極其嚴格,Clean-PVC 及潔凈 PP 已無法滿足其需求,而 PVDF 管道的溶出物及管道內壁光潔度都遠超 Clean-PVC 及潔凈 PP,所以只能選擇 PVDF 管道。在國內的半導體生產中也有 8 英寸采用 Clean-PVC 管道的成功案例,但經過實測分析后發現,這類生產廠的產品皆是從 6 英寸升級至 8 英寸的,也就是在 6 英寸純水管道系統運行若干年后升級為 8 英寸的,而 Clean-PVC 管路系統經過長時間運行后,其溶出的離子呈現逐步減少的趨勢。以某電子廠為例,一期廠房純水系統未設置專門的除 TOC 紫外線燈,僅依靠制備過程中對 TOC 的去除,在運行了若干年后,其回水管道 TOC 能夠達到 15ppm,而二期新建的純水系統,設置了專用的除 TOC 紫外線燈,在系統開始運行階段的站房出口 TOC,也僅有 50 ppm。正是由于這種特性,所以純水系統在投產前需經過相當長時間的沖洗運行。所以在從 6 英寸升級到 8 英寸的生產中,經過若干年沖洗的 Clean-PVC 管道也是有達到使用要求的可能。而 PVDF 管道能夠在短時間內沖洗到較低的指標。為了節省初投資,純水回水管道可以采用 Clean-PVC 或者潔凈 PP 管代替 PVDF,由于純水回水需經過拋光系統的再次處理,所以即便回水中有較多的溶出物也不會影響供水的水質,只是會影響拋光系統的維護費用,但長時間運行后維護費用的差別會逐漸減小。