Basato sulla costruzione reale di un impianto che produce acqua ultrapura con resistività superiore a 18,2 MΩ·cm, questo articolo introduce i processi fondamentali della produzione di acqua ultrapura. Pone particolare enfasi sui materiali delle tubazioni utilizzati nelle varie fasi del trattamento dell'acqua e fornisce un resoconto dettagliato dell'installazione di tubazioni per acqua ultrapura basato sull'esperienza pratica.
I. Panoramica del sistema per acqua ultrapura
Con lo sviluppo dell’industria elettronica, i requisiti relativi alla qualità dell’acqua durante la produzione e la lavorazione dei chip sono diventati sempre più rigorosi. Per garantire la produzione di circuiti integrati su-grande-scala ultrapura, l'-acqua ad elevata purezza-insieme a-materie prime, gas e prodotti chimici ad elevata purezza-è un fattore critico. I sistemi per acqua ultrapura trasformano l'acqua municipale standard in acqua ultrapura che soddisfa standard rigorosi relativi al contenuto di ioni e alle dimensioni delle particelle.
Generalmente un sistema per acqua ultrapura è costituito da tre sezioni principali:
Area produzione acqua ultrapura (sezione CUB),
Area di lucidatura e circolazione dell'acqua ultrapura (sezione FAB),
Rete di tubazioni per la distribuzione di acqua ultrapura (varie aree di utilizzo all'interno del FAB).
L’area di produzione dell’acqua ultrapura è la più complessa e può essere ulteriormente suddivisa in tre parti:
Pre-trattamento,
Purificazione primaria,
Trattamento dell'acqua ultrapura.
La sezione di pre-trattamento comprende principalmente la filtrazione a sabbia e le torri a carbone attivo (alcuni produttori aggiungono anche serbatoi di reazione e serbatoi di flottazione dell'aria disciolta prima della filtrazione a sabbia);
La sezione di purificazione primaria comprende principalmente torri di scambio anioni/cationi, torri di degassificazione (DG), filtri di sicurezza, sterilizzatori UV e unità di osmosi inversa multi-stadio;
La sezione dell'acqua ultrapura comprende principalmente MDG (moduli di deossigenazione a membrana), sterilizzatori TOC-UV, scambiatori di ioni a letto-misto (MB) e filtri-di-uso.
Tuttavia, poiché le tubazioni possono ri-contaminare l'acqua durante il trasporto alle apparecchiature di processo, all'interno del FAB viene generalmente installato un sistema di lucidatura e circolazione. Questo sistema è incentrato su unità a letto-misto (MB) integrate da apparecchiature di ultrafiltrazione (UF) per rimuovere le impurità rilasciate nell'acqua dalla rete di tubazioni durante la distribuzione alle linee di produzione.
II. Materiali per tubazioni comunemente utilizzati in ogni fase del sistema per acqua ultrapura
La selezione dei giusti materiali per le tubazioni è fondamentale per i sistemi di acqua ultrapura; la scelta deve garantire la qualità dell'acqua pur rimanendo economicamente ragionevole. I materiali per tubazioni comunemente utilizzati nei sistemi di acqua ultrapura includono PVC, SGP, SGP (RL), SUS304, CPVC, SUS316 e PVDF. Le tubazioni in PVC o SUS304 vengono generalmente utilizzate durante la fase di pretrattamento della produzione di acqua ultrapura. Le tubazioni in acciaio-rivestite in gomma (SGP-RL) vengono generalmente utilizzate per i collegamenti lato attrezzatura-, mentre le tubazioni in SUS304 vengono utilizzate attorno a macchinari vibranti come le pompe dell'acqua; Le tubazioni CPVC o SUS304 vengono utilizzate per le linee di flusso principali durante la fase di purificazione primaria. A causa dell'alta pressione, la sezione tra la pompa ad alta-pressione e l'unità a osmosi inversa (RO) richiede tubazioni e flange SCH80 SUS304 classificate per 2,0 MPa. Poiché i processi RO hanno requisiti specifici di temperatura dell'acqua, gli scambiatori di calore vengono solitamente installati a monte dell'unità RO e nelle loro vicinanze devono essere utilizzate tubazioni SUS304. Le tubazioni SUS316 e CPVC vengono generalmente utilizzate per le linee di flusso principali durante la fase di produzione di acqua ultrapura. Le linee di flusso principali nella zona di circolazione di lucidatura utilizzano tipicamente tubazioni in SUS316 (connessioni saldate che richiedono penetrazione completa/formazione di cordoni di saldatura su entrambi i lati) e tubazioni in PVDF, mentre le tubazioni in CPVC vengono utilizzate per le linee di recupero dell'acqua ultrapura. Le tubazioni standard in PVC vengono utilizzate per le linee di scarico delle acque reflue in tutte le fasi di trattamento dell'acqua sopra menzionate. Per le linee di dosaggio di sostanze chimiche (come quelle per acidi e alcali) all'interno del processo di produzione di acqua pura sono necessarie tubazioni in PVC resistenti agli urti-. Le tubazioni in acciaio inox 304 vengono utilizzate per il sistema di azoto che serve il sistema di acqua pura, mentre le tubazioni in acciaio inox 316 vengono utilizzate per le linee di azoto nel sistema di depurazione dell'acqua ultrapura. Le tubazioni SUS304 o SGP vengono generalmente utilizzate per i sistemi di aria compressa che alimentano le valvole pneumatiche; se si utilizza la tubazione SGP, è necessario installare un filtro prima che la linea entri in qualsiasi quadro elettrico.
III. Costruzione di sistemi per acqua ultrapura
La costruzione della stazione per l'acqua ultrapura rappresenta la sfida più grande e comprende tre componenti principali: consegna e installazione delle apparecchiature, fabbricazione e installazione di pipe rack condivisi e installazione di tubazioni. Quando si spostano apparecchiature, è necessario preparare un piano di sollevamento dettagliato-in particolare per apparecchiature sovrappeso, sovradimensionate o fragili-per evitare rigorosamente pratiche di installazione imprudenti o pericolose. Due aspetti chiave richiedono attenzione durante la costruzione di scaffalature di supporto condiviso: in primo luogo, il collegamento tra la scaffalatura e la struttura civile deve essere robusto, idealmente utilizzando piastre di acciaio incassate. Se per qualsiasi motivo il pre{5}}incasso non è possibile, è necessario utilizzare tasselli chimici per fissare i supporti alle travi; standard, i semplici bulloni ad espansione non sono ammessi. In nessun caso devono essere utilizzate piastre in ferro e semplici tasselli ad espansione per ancorare i supporti al solaio. In secondo luogo, l'intera sezione della rastrelliera per tubi deve essere mantenuta a livello per evitare piegature del tubo o danni causati da sollecitazioni irregolari nei punti di contatto tra il tubo e la rastrelliera. Per quanto riguarda l'installazione delle tubazioni presso la stazione idrica, mentre le linee CDA, azoto e vapore dello scambiatore di calore o acqua calda/fredda possono essere installate sistema-per-sistema, l'installazione delle tubazioni delle altre stazioni è divisa in due parti principali: tubazioni rack e tubazioni adiacenti dell'attrezzatura-. Queste due parti possono procedere contemporaneamente durante la fase iniziale della costruzione. Una volta completate le sezioni diritte sul rack e le tubazioni immediatamente circostanti l'apparecchiatura, è necessario eseguire il collegamento tra le tubazioni adiacenti all'apparecchiatura-e le tubazioni del rack per formare un sistema di tubazioni chiuso. L'installazione delle tubazioni del sistema di acqua ultrapura differisce in modo significativo da quella delle tubazioni di pubblica utilità; oltre a garantire l'ermeticità del sistema, un requisito fondamentale è mantenere la pulizia dei tubi durante tutto il processo di installazione. Di seguito, discuterò le tecniche di installazione specifiche per le tubazioni CPVC (cloruro di polivinile clorurato) e PVDF (fluoruro di polivinilidene) nei sistemi di acqua ultrapura.
IV. Installazione di tubazioni CPVC e PVDF in sistemi di acqua ultrapura
I materiali per tubazioni in CPVC e PVDF soddisfano i rigorosi requisiti dei sistemi di acqua ultrapura per quanto riguarda la lisciviazione di ioni metallici e carbonio organico, l'assenza di particelle fini e la prevenzione della crescita batterica vitale. Poiché i materiali e gli accessori delle tubazioni vengono lavorati e imballati in ambienti ultra-puliti, la loro installazione prevede procedure specifiche. Per le tubazioni in CPVC, è necessario utilizzare l'adesivo per tubi in plastica "No. 85" di produzione giapponese-. Il taglio del tubo deve essere eseguito utilizzando una sega a nastro elettrica o un tagliatubi rotativo; l'uso di seghe a mano dovrebbe essere evitato quando possibile (poiché lasciano bave difficili da-rimuovere-sulle estremità tagliate). Le sbavature alle estremità tagliate devono essere completamente rimosse e all'estremità del tubo deve essere applicato uno smusso di 2–3 mm. Ciò impedisce che l'adesivo venga raschiato nella presa durante l'incollaggio-un errore che potrebbe ridurre l'area della superficie di incollaggio e causare perdite nel giunto. L'adesivo deve essere applicato in modo uniforme sulle superfici di unione di raccordi e tubi. Prima dell'applicazione, rimuovere la polvere superficiale dalla superficie interna dei raccordi e dalla superficie esterna dei tubi utilizzando un panno bianco, quindi sgrassarli e pulirli con un panno privo di pelucchi-inumidito con acetone. Oltre a ciò, è fondamentale mantenere la pulizia durante l'installazione-questa è la differenza principale tra l'installazione delle tubazioni in CPVC e quella delle tubazioni in PVC standard. A rigor di termini, l'incollaggio dei tubi in CPVC deve essere eseguito in un ambiente di camera bianca, con le connessioni finali effettuate in loco-utilizzando flange. Tuttavia, a causa delle condizioni specifiche del sito, il taglio, l'incollaggio e l'installazione spesso avvengono sul posto. In questi casi, l'area di lavoro deve essere mantenuta relativamente pulita (priva di polvere pesante). Le operazioni di incollaggio non devono essere eseguite direttamente a terra; si dovrebbe invece utilizzare una piattaforma di fabbricazione dedicata. I lavoratori devono indossare guanti monouso specializzati per camere bianche; È vietato toccare le pareti interne del tubo a mani nude (poiché gli oli della pelle trasferiti sulla parete interna sono difficili da lavare). Utilizzare un tiracavi o uno strumento simile quando si inseriscono i tubi e contrassegnare il tubo per verificare che la profondità di inserimento sia sufficiente. Il PTFE (politetrafluoroetilene) deve essere utilizzato come materiale di tenuta tra le flange. Durante lo stoccaggio i tubi devono essere protetti posizionandoli su teloni o teli di plastica.
I sistemi di tubazioni in PVDF si basano interamente su connessioni saldate. La pulizia durante il funzionamento e il controllo rigoroso dell'ambiente di installazione sono fondamentali. La saldatura dei tubi in PVDF deve essere eseguita all'interno di un apposito locale pulito; gli ambienti generali della stanza non sono adatti. Il personale che entra nell'area di fabbricazione pulita deve indossare calzature specializzate e le estremità e i raccordi dei tubi devono rimanere sigillati finché non si trovano all'interno dell'area pulita. I materiali di imballaggio dei raccordi devono essere rimossi solo immediatamente prima dell'installazione. Durante la saldatura è necessario indossare guanti monouso puliti in PVC e le estremità dei tubi devono essere sgrassate e pulite con alcool isopropilico, etanolo o acetone prima di iniziare la saldatura. Per la pulizia devono essere utilizzati solo panni-privi di pelucchi e i panni sporchi devono essere sostituiti tempestivamente. Anche il personale che assiste nel processo di saldatura deve indossare guanti di cotone puliti. Immediatamente dopo il completamento di ogni saldatura deve essere eseguita un'ispezione visiva; il cordone di saldatura attorno al giunto deve essere uniforme in altezza e sporgere sopra la superficie esterna del tubo. Una volta saldate le tubazioni in PVDF, le estremità dei tubi devono essere sigillate tempestivamente prima del trasporto al sito di installazione, dove vengono impiegate connessioni flangiate-utilizzando guarnizioni in PTFE-. Durante l'installazione, vengono effettuate precise misurazioni in loco-per produrre disegni dettagliati di fabbricazione e installazione, dopodiché personale specializzato esegue la saldatura e la fabbricazione. I team di saldatura e installazione operano con responsabilità chiaramente definite per massimizzare l'efficienza operativa.
V. Conclusione
In sintesi, la costruzione di sistemi per acqua ultrapura richiede non solo il rispetto di rigorosi standard di tenuta-del sistema ma, cosa ancora più importante, un'attenzione alla promozione della "consapevolezza della pulizia" tra il personale di costruzione. I lavoratori devono seguire coscienziosamente i protocolli per l'installazione pulita delle tubazioni ed eseguire le attività in base ai requisiti specifici di ciascuna fase di trattamento dell'acqua. Questo approccio previene la contaminazione causata da pratiche di costruzione improprie-che potrebbero altrimenti compromettere la qualità dell'acqua, non soddisfare le specifiche del cliente e portare a incidenti legati alla qualità-.
