探讨半导体洁净室二次配管技术的几个关键点

探讨半导体洁净室二次配管技术的几个关键点

贾健

中国电子系统工程第二建设有限公司  214000

摘要：半导体洁净室在半导体生产中扮演着至关重要的角色，其洁净度要求极高，以确保半导体制造过程中的产品质量和良率。而洁净室内二次配管技术是保证其正常工作的重要环节，它的好坏将直接关系到整个系统的工作效能。为了改善半导体洁净室的生产性能，必须充分认识并把握二次配管技术关键环节。

关键词：半导体洁净室；二次配管技术；关键点

Abstract:Semiconductor cleanrooms play a crucial role in semiconductor production, with extremely high cleanliness requirements to ensure product quality and yield in the semiconductor manufacturing process. The secondary piping technology in clean rooms is an important link to ensure its normal operation, and its quality will directly affect the working efficiency of the entire system. In order to improve the production performance of semiconductor cleanrooms, it is necessary to fully understand and grasp the key links of secondary piping technology.

Keywords: Semiconductor cleanroom; Secondary piping technology; Key points

近年来，半导体行业迅速发展，对洁净室的工作环境提出了更高的要求。尤其是二次配管系统，既要满足高的纯净度标准，又要保证化工产品和气体的稳定输送。二次配管系统的质量一旦出现问题，就会造成停产，造成重大的安全隐患。为此，对二次配管技术进行进一步的研究与优化，是提高生产效率，降低成本，保证作业人员的人身安全的关键。

一、二次配管技术的关键要素

（一）材料选择与特性

在半导体洁净室中，对于二次配管技术，材料的选择至关重要，因为它们必须符合高标准的要求。这些要求包括高洁净度、耐腐蚀、耐高温、耐磨等多个方面。其中，316L不锈钢因其优异的耐腐蚀性、易于清洁以及出色的力学特性而成为洁净室管道的首选材料之一。在实际使用中，它越来越受到关注。此外，像聚四氟乙烯（PTFE）这样的聚合物也因其优异的耐腐蚀性和较低的摩擦阻力而被广泛应用于洁净室的配管系统中。这些材料在洁净室环境下能够表现出色，保证管道系统的稳定性和长期可靠性。因此，在选择二次配管材料时，需要综合考虑各种因素，以确保洁净室的正常运行和产品质量的保障。

（二）管道设计与布局

在半导体洁净室内二次配管技术中，管道设计与布局是一个非常重要的步骤。净化效果的好坏，与洁净室的工作效果密切相关，也与洁净室的品质及工艺的稳定密切相关。所以，在进行管道设计时，一定要根据洁净室的具体情况和需要，对其进行合理的选择。管道设计应遵循简洁、高效的原则，尽量减少弯头和接头，以降低流体阻力和微粒积聚的风险。另外，管道材料的选择也很重要。鉴于洁净室对材料的高需求，建议选用耐腐蚀、易清洗、粒子释放少的材料。其中，以不锈钢、特种塑胶为代表的是半导体工业的重要原料。在管道布置上，要兼顾洁净室的空间布置及装置布置；管道布置方式的选择，不但可以提高管道的使用效率，而且可以降低管道在管道中的损耗。

（三）连接与密封技术

在半导体洁净室二次配管技术中，连接与密封技术占有非常重要的地位。洁净室对环境的要求非常高，只要有一点点的渗漏就会造成整个系统的失效，因此为了保证系统的稳定可靠，选用合适的连接形式及密封材料至关重要。在连接技术方面，通常采用焊接、卡箍连接或法兰连接等方式。其中，焊接连接因其高密封性和长寿命而被广泛应用。然而，焊接过程中可能产生的热应力和残余应力可能对管道材料产生不利影响，因此，在焊接过程中需要严格控制工艺参数，确保焊接质量。选用合适的密封材料也是很关键的。常见的密封材料有金属垫片，非金属垫片，液态垫片等。选用这种管材时，要结合管材的特性、工作温度、工作压力和介质本身的性质等多方面加以分析。如在高温高压条件下，选用耐高温高压的密封件；另外，要对其进行定期的检查和维护，以保证其使用效果。这包括对连接部位进行定期检查，确保其紧密无泄漏；对密封材料进行定期更换，防止老化失效；以及对整个系统进行定期的压力测试和泄漏检测，确保系统的稳定性和可靠性

[1]。

二、洁净室环境对二次配管的影响

（一）洁净度要求与配管挑战

由于半导体洁净室（如图1）对清洁程度的需求非常高，给二次配管技术带来了很大的挑战。管道材料应选用高纯度、低污染性的材料，如不锈钢或铜等，以达到清洁的目的。另外，管道的布置还应考虑气流分布、粒子控制等方面的问题，以保证洁净室内的气流不受影响。为确保配管系统的洁净度达到要求，必须对管道进行定期清洁和密封检测。面对洁净度要求和配管挑战，半导体企业需要采取综合性的措施来确保配管系统的洁净度。这包括选择高纯度的材料、优化管道设计和布局、采用高效的密封技术和清洁措施等。只有这样，才能确保洁净室内的空气流动不会受到干扰，从而保证产品的质量和生产效率[2]。

图1：半导体洁净室

（二）温湿度控制与配管技术

温湿度的控制是半导体洁净室二次配管系统设计中的关键步骤。而在实际应用中，对于温湿度及洁净度有很高的需求，因此配管系统的设计必须充分考虑到这些因素。在生产实践中，为了保证洁净室内的温度和湿度，一般都要使用恒温恒湿机和除湿机等先进的温度和湿度调节装置来保证洁净室内的温度和湿度。该装置不但可以对房间内的温、湿进行准确地调控，而且可对大气中的湿气、灰尘进行有效的清除，从而为二次配管提供良好的施工环境。另外，管道的温度和湿度对管道系统性能的影响也是十分重要的。在对温度较高、湿度较大的地区，选用管材时，要以耐腐蚀、防潮为主；在较低温度、较低湿度条件下，对其隔热、耐寒性要求较高。同时，管道的布局和连接方式也需要根据温湿度条件进行优化，以确保系统的稳定性和可靠性。

（三）空气净化与配管设计

在半导体洁净室的建造过程中，为了保证洁净室环境的稳定和高效，必须进行通风管道的设计。空气的清洁，不但关系到生产的品质，而且关系到施工人员的身体健康。为此，在管道的设计中应注意气流的合理性、材料的抗腐蚀性能和密封工艺的可靠性等方面的问题。空气净化系统的设计，需要基于洁净室的洁净度要求来进行。例如，对于某些高级别的洁净室，可能需要采用高效颗粒空气（HEPA）过滤器（如图2），以去除空气中的微小颗粒物。此外，配管设计还需考虑空气流动的均匀性，避免死角和涡流的形成，从而确保整个洁净室内的空气质量达到要求。管道材料的选用上，一般采用耐腐蚀和易清洗的材料，如不锈钢或特种塑料。该系列产品不但化学性能稳定，而且表面光滑，不易积聚尘埃[3]。

图2：高效颗粒空气（HEPA）过滤器

三、二次配管技术的施工与管理

（一）施工工艺与质量控制

在半导体洁净室二次配管技术中，其安装过程和质量管理是保证系统运行稳定可靠的一个重要因素。该部分主要包括选材、管道设计和布置、接头密封等。在工程建设中，要对每个环节进行严密的监控，以保证工程的质量满足设计及有关规范。在管道设计与布局方面，要注意洁净区的洁净度、温度和湿度等特定的环境需求。在管道布置上，可以减小空气流动对管道的冲击，从而减少粉尘等有害物质的生成。在二次配管技术中，接头和密封工艺是非常重要的一步。在此过程中，应采取先进的接头工艺及密封材料，以保证接头的密封性能可靠。在施工过程中，要对接头进行全面的检验，包括X射线、气压试验等，保证接头的质量达到相应的要求。此外，在施工过程中还需加强质量控制管理。通过制定严格的施工规范和质量控制标准，对施工过程进行全面监控和管理，确保每一步施工都符合设计要求和相关标准。同时，还需加强施工人员的培训和管理，提升他们的技能水平和质量意识，确保施工质量得到有效保障[4]。

（二）施工安全与环保要求

从施工的安全性和环境保护的角度来看，在半导体洁净室二次配管技术中，应遵循相应的标准、规程。鉴于洁净室的特殊环境，为保证工作人员的生命财产，在建筑工程中应采用一套有效的防护方法。比如，施工人员要穿上防护服，手套，呼吸器，避免有毒的东西进入体内。同时，要在施工现场设立显著的安全警告标志，让施工人员可以对可能存在的危险进行及时的检查。从环保角度看，二次管网建设要尽可能地降低对周围环境的影响，建筑垃圾要进行分类处置，防止二次污染。在建设过程中，要注意选用绿色建材及工艺，尽量降低其对生态的不利影响。比如，为了降低有毒气体的排放量，可以使用挥发性有机物（VOC）含量的涂料和粘合剂。同时，要制定完善的施工管理制度，保证各项工程的安全与环境保护规定能被切实贯彻下去。对工地进行经常性地检测与评价，并对出现的问题进行及时的整改。定期对施工现场进行检查和评估，及时发现和纠正存在的问题。通过引入先进的安全管理和环保理念，半导体洁净室二次配管技术的施工安全与环保要求将得到更好的保障[5]。

（三）维护与检修策略

在半导体洁净室二次配管技术中，维护与检修策略是非常重要的。由于洁净室的特殊环境，管道系统要经受高清洁、低温和湿度变化等苛刻工况，对其进行日常维护与检修是必要的。采取行之有效的维修保养措施，是保证管道安全可靠地工作，提高管道的使用寿命，减少故障发生率，减少维护费用。为了制定科学的维护与检修策略，首先需要建立详细的配管系统档案，包括材料、设计、施工等信息。通过对监测结果的统计，可以对可能出现的危险部位进行预警，以便进行有目标的维修

[6]。

结论：

综上所述，对管道布局进行合理设计，采用有效的密封技术，可以有效地防止管道的渗漏，防止交叉污染。系统集成技术的发展使二次配管具有了更高水平的控制与监控功能，同时，采用了先进的测试和监测方法，保证了管网运行的实时性和安全性。在未来发展中，随着新材料的开发和智能化控制系统的应用，二次配管技术有望实现更高的性能和更大的灵活性，从而更好地服务于半导体制造业的未来发展需求。

参考文献：

[1]杨勇,吴宁徽.半导体厂房气态分子污染物控制探讨[J].暖通空调,2023,53(09):133-140.

[2]于良,陈展,刘林.高级别电子半导体厂房洁净室施工关键技术[J].安装,2023,(S1):76-77.

[3]李华新,周瑞东.高精度半导体厂房暖通空调系统浅析[J].暖通空调,2022,52(S2):241-245.

[4]钱刚.半导体洁净室AMC控制过程的管理[J].集成电路应用,2022,39(07):41-44.

[5]陈玲.半导体洁净室的空气净化技术综述[J].集成电路应用,2022,39(01):49-53.

[6]董学鑫.半导体厂房空调系统节能研究[J].价值工程,2020,39(15):233-234.