Basé sur la construction réelle d'une installation produisant de l'eau ultra pure avec une résistivité supérieure à 18,2 MΩ·cm, cet article présente les processus fondamentaux de production d'eau ultra pure. Il met particulièrement l'accent sur les matériaux de tuyauterie utilisés à différentes étapes du traitement de l'eau et fournit un compte rendu détaillé de l'installation de canalisations d'eau ultrapure basé sur l'expérience pratique.
I. Aperçu du système d'eau ultrapure
Avec le développement de l’industrie électronique, les exigences en matière de qualité de l’eau lors de la fabrication et du traitement des puces sont devenues de plus en plus strictes. Pour garantir la production de circuits intégrés à très-grande-circuits intégrés, une eau de haute-pureté-aux côtés de matières premières, de gaz et de produits chimiques de haute-pureté-est un facteur essentiel. Les systèmes d’eau ultra pure transforment l’eau municipale standard en eau ultra pure qui répond à des normes rigoureuses concernant la teneur en ions et la taille des particules.
Généralement, un système d’eau ultrapure se compose de trois sections principales :
Zone de production d'eau ultra pure (section CUB),
Zone de polissage et de circulation de l'eau ultra pure (section FAB),
Réseau de canalisations de distribution d’eau ultra pure (diverses zones d’utilisation au sein du FAB).
La zone de production d’eau ultra pure est la plus complexe et peut être subdivisée en trois parties :
Pré-traitement,
Épuration primaire,
Traitement de l'eau ultra pure.
La section de pré-traitement comprend principalement la filtration sur sable et les tours de charbon actif (certains fabricants ajoutent également des réservoirs de réaction et des réservoirs de flottation à air dissous avant la filtration sur sable) ;
La section de purification primaire comprend principalement des tours d'échange d'anions/cations, des tours de dégazage (DG), des filtres de sécurité, des stérilisateurs UV et des unités d'osmose inverse à plusieurs - étages ;
La section eau ultra pure comprend principalement des MDG (modules de désoxygénation à membrane), des stérilisateurs UV COT-, des échangeurs d'ions à lit mixte -(MB) et des filtres au point d'utilisation-.
Cependant, étant donné que la tuyauterie peut re-contaminer l'eau pendant le transport vers l'équipement de traitement, un système de polissage et de circulation est généralement installé au sein du FAB. Ce système est centré sur des unités à lit mixte (MB) complétées par des équipements d'ultrafiltration (UF) pour éliminer les impuretés lessivées dans l'eau du réseau de canalisations lors de la distribution vers les lignes de production.
II. Matériaux de tuyauterie couramment utilisés à chaque étape du système d'eau ultrapure
La sélection des bons matériaux de tuyauterie est cruciale pour les systèmes d’eau ultra pure ; le choix doit garantir la qualité de l’eau tout en restant économiquement raisonnable. Les matériaux de tuyauterie couramment utilisés dans les systèmes d'eau ultrapure comprennent le PVC, le SGP, le SGP (RL), le SUS304, le CPVC, le SUS316 et le PVDF. Les canalisations en PVC ou SUS304 sont généralement utilisées pendant l'étape de prétraitement de la production d'eau ultra pure. La tuyauterie en acier revêtue de caoutchouc-(SGP-RL) est généralement utilisée pour les connexions latérales de l'équipement-, tandis que la tuyauterie SUS304 est utilisée autour des machines vibrantes telles que les pompes à eau ; Des conduites en CPVC ou SUS304 sont utilisées pour les conduites principales pendant l'étape de purification primaire. En raison de la haute pression, la section entre la pompe haute -pression et l'unité d'osmose inverse (RO) nécessite une tuyauterie et des brides SCH80 SUS304 évaluées à 2,0 MPa. Étant donné que les processus RO ont des exigences spécifiques en matière de température de l'eau, les échangeurs de chaleur sont généralement installés en amont de l'unité RO et une tuyauterie SUS304 doit être utilisée à proximité. Les canalisations SUS316 et CPVC sont généralement utilisées pour les conduites principales pendant l'étape de production d'eau ultrapure. Les principales conduites d'écoulement dans la zone de circulation de polissage utilisent généralement des conduites SUS316 (raccords soudés nécessitant une pénétration complète/formation de cordons de soudure double face) et des conduites en PVDF, tandis que des conduites en CPVC sont utilisées pour les conduites de récupération d'eau ultra pure. Des canalisations en PVC standard sont utilisées pour les conduites d’évacuation des eaux usées à toutes les étapes de traitement de l’eau susmentionnées. Des canalisations en PVC-résistantes aux chocs sont nécessaires pour les conduites de dosage de produits chimiques (telles que celles pour les acides et les alcalis) dans le cadre du processus de production d'eau pure. La tuyauterie SUS304 est utilisée pour le système d'azote desservant le système d'eau pure, tandis que la tuyauterie SUS316 est utilisée pour les conduites d'azote dans le système de polissage d'eau ultra pure. La tuyauterie SUS304 ou SGP est généralement utilisée pour les systèmes d'air comprimé qui alimentent les vannes pneumatiques ; si une tuyauterie SGP est utilisée, un filtre doit être installé avant que la ligne n'entre dans un panneau de commande électrique.
III. Construction de systèmes d’eau ultrapure
La construction de la station d'eau ultrapure présente le plus grand défi et comprend trois éléments principaux : la livraison et l'installation des équipements, la fabrication et l'installation de supports de canalisations partagés et l'installation de la tuyauterie. Lors du déplacement de l'équipement, un plan de levage détaillé doit être préparé-en particulier pour les équipements en surpoids, surdimensionnés ou fragiles-afin d'éviter strictement les pratiques d'installation imprudentes ou dangereuses. Deux aspects clés nécessitent une attention particulière lors de la construction de rayonnages de support partagés : premièrement, la connexion entre le rayonnage et la structure civile doit être robuste, utilisant idéalement des plaques d'acier encastrées. Si le pré-encastrement n'est pas possible pour une raison quelconque, des boulons d'ancrage chimiques doivent être utilisés pour fixer les supports aux poutres ; les boulons à expansion simples et standards ne sont pas autorisés. En aucun cas, des plaques de fer et de simples boulons à expansion ne doivent être utilisés pour ancrer les supports à la dalle de plancher. Deuxièmement, toute la section du support à tubes doit être maintenue de niveau pour éviter toute flexion du tube ou tout dommage causé par une contrainte inégale aux points de contact entre le tube et le support. Concernant l'installation de la tuyauterie à la station d'eau, bien que les conduites de CDA, d'azote et d'échangeur de chaleur, de vapeur ou d'eau chaude/froide puissent être installées système-par-système, l'installation des autres canalisations de la station est divisée en deux parties principales : la tuyauterie du rack et l'équipement-tuyauterie adjacente. Ces deux parties peuvent se dérouler simultanément lors de la phase initiale de construction. Une fois les sections droites sur le rack et la tuyauterie entourant immédiatement l'équipement terminées, la connexion entre la tuyauterie adjacente à l'équipement -et la tuyauterie du rack doit être exécutée pour former un système de tuyauterie fermé. L'installation de la tuyauterie d'un système d'eau ultrapure diffère considérablement de celle de la tuyauterie des services publics généraux ; au-delà de l’étanchéité à l’air du système, une exigence essentielle est de maintenir la propreté des canalisations tout au long du processus d’installation. Ci-dessous, je discuterai des techniques d'installation spécifiques des canalisations en CPVC (chlorure de polyvinyle chloré) et en PVDF (fluorure de polyvinylidène) dans les systèmes d'eau ultra pure.
IV. Installation de tuyauterie en CPVC et PVDF dans les systèmes d'eau ultrapure
Les matériaux de tuyauterie en CPVC et PVDF répondent aux exigences strictes des systèmes d'eau ultrapure en ce qui concerne la lixiviation des ions métalliques et du carbone organique, l'absence de particules fines et la prévention de la croissance bactérienne viable. Les matériaux de tuyauterie et les accessoires étant traités et emballés dans des environnements ultra-propres, leur installation implique des procédures spécifiques. Pour les canalisations en CPVC, un adhésif pour tuyaux en plastique "Non. 85" de fabrication japonaise doit être utilisé. La coupe des tuyaux doit être effectuée à l'aide d'une scie à ruban électrique ou d'un coupe-tube rotatif ; l'utilisation de scies à main doit être évitée autant que possible (car elles rendent difficile-l'élimination des bavures-sur les extrémités coupées). Les bavures aux extrémités coupées doivent être soigneusement éliminées et un chanfrein de 2 à 3 mm doit être appliqué à l'extrémité du tuyau. Cela empêche l'adhésif d'être gratté dans l'emboîture lors du collage-une erreur qui pourrait réduire la surface de collage et entraîner des fuites au niveau du joint. L'adhésif doit être appliqué uniformément sur les surfaces de liaison des raccords de tuyauterie et des tuyaux. Avant l'application, dépoussiérez la surface intérieure des raccords et la surface extérieure des tuyaux à l'aide d'un chiffon blanc, puis dégraissez et nettoyez-les avec un chiffon non pelucheux-humidifié avec de l'acétone. Au-delà de cela, le maintien de la propreté lors de l'installation est crucial-c'est la principale différence entre l'installation d'une tuyauterie en CPVC et celle d'une tuyauterie en PVC standard. À proprement parler, le collage des tuyaux en CPVC doit être effectué dans un environnement de salle blanche, les connexions finales étant réalisées sur -site à l'aide de brides. Cependant, en raison des conditions spécifiques du site, la découpe, le collage et l'installation ont souvent lieu sur-site. Dans de tels cas, la zone de travail doit être maintenue relativement propre (exempte de poussière importante). Les opérations de collage ne doivent pas être réalisées directement au sol ; au lieu de cela, une plate-forme de fabrication dédiée doit être utilisée. Les travailleurs doivent porter des gants jetables spécialisés pour salle blanche ; Il est interdit de toucher les parois intérieures des tuyaux à mains nues (car les huiles cutanées transférées sur la paroi intérieure sont difficiles à laver). Utilisez un tire-câble ou un outil similaire lors de l'insertion des tuyaux et marquez le tuyau pour vérifier une profondeur d'insertion suffisante. Le PTFE (polytétrafluoroéthylène) doit être utilisé comme matériau d'étanchéité entre les brides. Les canalisations doivent être protégées pendant le stockage en les plaçant sur des bâches ou des bâches en plastique.
Les systèmes de tuyauterie en PVDF reposent entièrement sur des connexions soudées. La propreté pendant le fonctionnement et le contrôle strict de l'environnement d'installation sont primordiaux. Le soudage des tuyaux en PVDF doit être effectué dans une enceinte propre dédiée ; les environnements généraux des pièces ne conviennent pas. Le personnel entrant dans la zone de fabrication propre doit enfiler des chaussures spécialisées, et les extrémités des tuyaux et les raccords doivent rester scellés jusqu'à ce qu'ils pénètrent dans la zone propre. Les matériaux d'emballage des raccords ne doivent être retirés qu'immédiatement avant l'installation. Des gants jetables en PVC propres doivent être portés pendant le soudage et les extrémités des tuyaux doivent être dégraissées et nettoyées avec de l'alcool isopropylique, de l'éthanol ou de l'acétone avant le début du soudage. Seuls des chiffons de salle blanche-non pelucheux doivent être utilisés pour le nettoyage et les chiffons souillés doivent être remplacés rapidement. Le personnel assistant au processus de soudage doit également porter des gants de coton propres. Une inspection visuelle doit être effectuée immédiatement après la réalisation de chaque soudure ; le cordon de soudure autour du joint doit être de hauteur uniforme et dépasser de la surface extérieure du tuyau. Une fois la tuyauterie en PVDF soudée, les extrémités des tuyaux doivent être scellées rapidement avant le transport vers le site d'installation, où des raccords à bride-utilisant des joints PTFE-sont utilisés. Lors de l'installation, des mesures précises sur site-sont prises pour produire des dessins détaillés de fabrication et d'installation, après quoi un personnel spécialisé effectue le soudage et la fabrication. Les équipes de soudage et d’installation opèrent avec des responsabilités clairement définies pour maximiser l’efficacité opérationnelle.
V.Conclusion
En résumé, la construction de systèmes d'eau ultrapure nécessite non seulement le respect de normes strictes-d'étanchéité du système, mais, plus important encore, une attention particulière portée à la "sensibilisation à la propreté" du personnel de construction. Les travailleurs doivent suivre consciencieusement les protocoles d’installation de tuyauterie propre et exécuter les tâches selon les exigences spécifiques de chaque étape de traitement de l’eau. Cette approche évite la contamination causée par des pratiques de construction inappropriées-qui pourraient autrement compromettre la qualité de l'eau, ne pas répondre aux spécifications du client et entraîner des incidents liés à la qualité-liés à la qualité.
