超纯气体管道施工

超纯气体管道施工工艺
一、微电子产业现状
（一）半导体设计业现状
自从1986年我国第一家IC设计公司—中国华大集成电路设计中心（当时名为北京IC设计中心）建立以来到时隔12年之后的1998年，又先后建立了60多家设计公司，从业人数约2000人。

然而，从1998年到现在，仅仅两年的时间，由于受国际，尤其中国信息化建设需求的驱动，中国的微电子产业有着宏伟的发展前景，市场需求巨大，每年需要进口上百亿块的集成电路，于是国内外业界人士看好这一大好发展形势，纷纷以外资、合资、中资等方式加大投入。

大大小小的设计公司（中心、所），象雨后春笋般的建立起来了。

据不完全统计，到目前为止，国内已有各种类型的IC设计公司、中心、所约120余个。

这些设计公司大约分为五个类型：专业设计公司，如中国华大、天潼、长江等；企业、研究所的设计部门如华晶、首钢NEC、13所等都有专门的设计所；整机公司的设计部门，如华为、海信、熊猫等都有自己的设计所；高等院校的设计部门，如清华、北大、复旦；外资在大陆建立的设计公司，如MOTOROLA、INTEL、EPSON等在苏州、上海、北京都有自己专门的设计公司。

虽然近两年来，我国的设计业发展迅猛，然而与世界先进国家相比差距仍然很大，据有关人士测算，美国现有设计人才40万左右，相比之下，中国的设计人员，还不及它的1%，尤其高水平的设计公司和设计人才较少，而且设计手段（软件、硬件）落后，人才流失在设计业上也尤为严重。

目前的IC设计，已进入到SOC，即芯片集成系统，把系统功能集成在一个芯片上，设计业是龙头，这首先要设计业先设计好，然后才能由制芯业、封装业来完成。

业界专家们认为，21世纪将是SOC的时代，我国必须抓住芯片集成这一发展机遇来发展自己的设计业。

（二）半导体制造业现状
中国现有半导体制造业的技术水平，目前具有代表性的有七大企业，它们是华晶、华越、南科、贝岭、先进、首钢NEC和华虹NEC。

最高水平的是华虹NEC 8英寸0.35—0.5μm ,月投片量20000片，接近当代国际水平。

华晶、南科、首钢NEC和先进四条6英寸0.5—1.5μm生产线,以及华晶、先进及华越等5条5英寸0.8—3μm生产线，均基本达到规模产量。

4英寸线技术水平，中科院微电子中心、无锡58微电子研究所、贝岭、771所等均能达到2—5μm水平。

为数30余条3英寸以下的生产线，虽然谈不上有多高的技术水平，但是他们能从我国市场不同层次的需要出发安排生产，任务也相当饱满。

从总投片面积来折算：我国现有60余条生产线，大约能折合成6条8英寸生产线的总投片面积。

而目前世界上8英寸线共有260多条，仅台湾省就有20多条。

因此，我国目前制芯业的水平，与当代国际上以8英寸0.18—0.25μm 为主流的生产线相比，大约还相差5年时间。

根据半导体行业协会的测算，至2010年，中国将成为世界上第二大半导体集成电路市场，总需求量为1000多亿块1000亿美元以上的总金额。

因此，中国需要建立30多条象现在华虹NEC这样规模的大生产线，以及一系列的设计、封装及其原材料、设备为之配套，才能满足未来的需要。

（三）半导体封装业现状
半导体封装业与芯片制造业、芯片设计业是微电子领域中相互协调、并行发展的三大产业，专家测算，在未来10年中，国外在中国用于半导体封装业的投资将达到75亿美元，国内的投资也将达到600亿元人民币，发展前景十分广阔。

我国目前有近400家半导体厂所，其中从事封装或搞封装的有200余家，但主要厂家只有60多家，其余大多是分散的小企业。

国内主要封装企业40多家，其中主要厂家有：江苏长电科技股份有限公司、中国华晶公司、扬州晶来集团公司、绍兴华越公司、新会硅峰微电子公司、吉林华星电子集团公司、广东省半导体器件厂、华汕电子器件公司、佛山蓝箭电子公司、新乡华丹电子公司、无锡58所、沈阳47所、石家庄13所、江苏无锡红光电子公司、江苏泰兴晶体管厂、江苏邗江九星电子公司、南通皋鑫电子公司、天津中环半导体、北京898厂、深爱半导体公司、天水747厂、西安771所、济南半导体厂、上海华旭电子公司等。

国内主要合资封装企业有：上海阿法克电子公司、南通宣士通微电子公司、无锡华芝半导体公司、深圳赛意法微电子公司、上海新康电子公司、上海凯虹电子公司、北京三菱四通微电子公司、首钢日电电子公司、乐山——菲尼克斯电子公司、长沙——群立半导体公司、珠海群英电子公司、宁波明昕电子公司、上海松下半导体公司等。

国内独自封装企业有：金朋芯封（上海）公司、英特尔（上海）公司、摩托罗拉（天津）公司、三星电子（苏州）半导体、超微半导体（苏州）公司、苏州双月微电子公司、日立半导体（苏州）公司、无锡开益禧电子公司、亿恒科技（苏州）公司、三洋半导体（蛇口）公司、东莞——飞利浦半导体等。

根据调查统计，国内现有IC年封装能力为67.26亿块,其中独资企业为27.80亿块，占41.3%；合资企业为26.67亿块,占39.7%；国内企业为12.79亿块,占19.%。

现有TR(晶体管)年总封装能力为174.8亿只,其中独资企业为5亿只,占2.9%；合资企业为81.1亿只，占46.7%；国内企业为87.98%亿只，占50.5%。

又据有关调查统计，至2002年我国将有IC总封装能力为160.54亿块，其中独资企业界为81.1亿块，占50.5%；合资企业为47.78亿块，占29.8%；国内企业为31.66亿块，占19.7%；将有TR年封装能力为309.64亿只，其中独资企业为34亿只；占11%；合资企业为121.1亿只，占39.1%；国内企业为154.54亿只，占49.9%。

从以上分析可见，我国封装产业中，技术含量高，难度大的产品，尤其是IC产品，独资和合资企业占了80%以上；中低档的分立器件产品，国内企业仍拥有半壁江山。

我国封装产业总的发展趋势是独资、合资起主导地位，至2002年，总的封装能力在整体上翻了一番，并逐步向产业国际化方向发展。

（一）上海微电子产业基地规划概要
1.发展目标
“十五”期间建成并投产10-15条8-12英寸集成电路生产线及配套封装、测试线和设计公司，形成若干个世界级的芯片专业代工企业，初步建立前沿技术研发基地和人才教育培训体系，同时设备制造从零部件本地化和组装开始起步，基本形成规模最大、发展最快的新兴IC产业基地。

2010年到2015年，8英寸或12英寸生产线累计总数超过30条。

成为世界最大的半导体制造封装、测试基地，建成规模最大、竞争力最强的代工生产线和封装测试线以及一大批 Fables、Chipless厂商，形成几个世界级的垂直整合的IDM公司，形成雄厚的研发及教育培训力量，并使设备厂商形成规模和竞争力。

2.投资与产出
“十五”期间投资150亿美元左右，到2005年产值力争达100亿美元，占国产集成电路的80%，全球集成电路产业销售额的3%。

3.布局规划
上海微电子产业基地形态规划为“一带二区”。

“一带”指以浦东申江路为轴线，以张江高科技园区为核心，连接金桥出口加工区和外高桥保税区的浦东微电子产业带。

总规划面积为 22平方公里，其中张江、金桥、外高桥11平方公里，周边辐射乡镇工业区11平方公里。

二区是指漕河泾新兴技术开发区和松江出口加工区。

张江高科技园区是国家级的高新技术园区，位于上海浦东新区的中部。

园区以集成电路制造产业为发展重点，并依托园区的上海浦东软件园
区发展集成电路芯片设计产业。

目前进入园区的有上海宏力半导体制造有限公司、中心国际（上海）半导体制造有限公司、上海贝岭股份有限公司三个集成电路晶圆制造项目，还有阿法泰克、泰隆半导体、宏一设计、泰隆设计、华虹微电子、贝岭设计等国内外集成电路设计企业。

金桥出口加工区是国家级重点开发区，西边陆家嘴金融贸易区，北靠外高桥保税区，南边张江高科技园区，909工程的华虹NEC电子有限公司建立在开发区内，在其带动下已经吸引了为之配套的诸如硅材料加工和高纯气体设备的普莱克斯公司，BOC公司等国际著名企业落户。

上海市外高桥保税区是中国最早、区域面积最大的保税区。

依托中央赋予的稳定性及特殊的优惠政策和上海经济中心的地位，吸引了大批著名跨国公司前来投资。

目前在园区IC企业有英特尔中国科技有限公司，IBM 微电子（上海）有限公司等。

漕河泾新兴技术开发区位于上海市西南部，是以微电子产业为主的国家级新兴技术开发区，区域规划面积6平方公里，目前已有先进半导体公司、上海贝岭、美国杜邦光掩膜等企业入驻，并由国家微电子工程研究中心、上海光电IC设计中心等20多家微电子产业研发中心。

松江出口加工是于2000年4月经国务院正式批准成立的国家级出口加工区，位于市区西南，首期规划2平方公里。

该区域由海关监管，实行全封闭管理，目前投资2990万美元的华威电子（上海）有限公司等一批微电子及相关项目已在建或洽谈。

（二）北方微电子产业基地规划概要
1．发展模式
建设北方微电子产业基地,要坚持以市场为导向,实现自主开发与技术引进的有机结合。

要充分发挥北京市科研院所多、辐射能力强、设计水平高的优势，建立科研、生产相结合的研发生产基地，以IC设计业、封装测试业为突破口，大力发展芯片制造加工业，调整设计、封装、制造三部分的比重，使产业结构达到较为合理的水平，从而带动IC设备制造业，测试设备制造业等相关产业的发展。

2.建设目标
按照建设规划，北京市将逐步建成20条大规模高水平的芯片生产线，200家高水平的IC专业设计公司，及20家封装测试厂，由此在北京地区形成我国北方庞大的集成电路产业群体，从而确定北京北方微电子产业在北京、全国乃至全球范围内的地位。

近期目标：力争用3—5年的时间，在北京地区建立起国内研发水平最高，生产能力最强的微电子研发生产基地，实现北京地区微电子产业工业总产值从1999年不足15亿元，增长到2005年的200亿元，年均递增率达54%。

规划目标：到2010年，北方微电子产业基地拥有国际集成电路大生产的主流技术，在工艺研发、芯片设计、设备制造与材料研制等各方面的发展水平与世界先进国家同步。

微电子产业实现工业总产值1000亿元人民币以上，年均递增率达38%以上，形成以微电子产品为核心，以科研开发为后盾，具备相当规模和水平的电子信息产业链。

3.生产基地
根据微电子生产的特点，对市政基础设施要求以及北京现有资源状
况，从北京市现有工业区中，优选出八大处高科技园、北京林河工业开发区、北京经济技术开发区作为北方微电子生产建设基地。

三个园区分别以芯片生产、封装、设计开发为侧重点，发挥各自优势，整体规划，协调发展。

林河开发区总体规划面积4.16平方公里。

位于顺义区内，距首都机场5公里，距北京市区25公里，西靠规划中的公路二环，与空港开发区隔首都机场遥相呼应。

北京经济技术开发区规划面积1.8平方公里，位于北京的东南部，京津塘高速公路起点西侧，城市规划五环路南侧，西邻凉水河，北侧为1公里宽的城市规划绿地。

八大处高科技园区工业用地250公顷。

位于石景山区八大处公园南侧，城市规划五环路的西侧，永定河引水渠从园区北侧通过，西临金顶山。

（三）公司介入半导体行业的现状
1.公司的发展现状: 从民用建筑向工业项目转轨
⑴民用建筑当前的不利因素
a.施工工期长，往往民用建筑的工期一拖就是一两年。

b.同行业竞争激烈，越来越多的县级、市级建筑公司、安装公司
挤到省城，通过各种手段，各种渠道，已达到预期的目的。

c.利润率逐年降低，县级、市级建筑公司、安装公司利用分包等
手段拚命杀价、降价，力求在市场激烈的竞争中占有一席之地。

d.风险越来越大，垫资欠款是民用建筑工程中的常事。

⑵工业项目的有利因素
a.市场机会巨大，随着我国高新技术的迅猛发展，我国的半导体
工艺、通讯技术、生物工程技术迅猛发展，国家在这方面制定
了非常优惠的政策以吸引投资，估计在芯片制造一项上投入将
多达46亿美金。

b.工程利润大，尤其是超纯介质不锈钢管道施工，到目前为止，
没有固定的定额可套，只能由甲乙双方协商定价。

c.工期短。

工业项目设备一般靠进口，在市场竞争日益激烈的今
天，早一天投产，就意味着早一天占有市场，所以工期要求一
般较短。

d.工程款回收快，风险较小。

2.跨入半导体行业，介入超纯气体管道施工
中电四公司在激烈的市场竞争中，不甘示弱，紧握时代的脉搏，先后在上海、北京、苏州等地建立了办事处，介入了上海普莱克斯、中芯国际、杜邦、因特尔、北京首钢、有研总院、苏州金像等工程。

超纯介质不锈钢管道施工的技术含量高，它要求在千级以上的洁净室或厂房内预制，管道施工对含氧量、露点、尘埃粒子、碳氢化合物都有严格的要求；超纯气体管道施工要求施工人员的素质高，施工人员既要熟练操作自动焊机和编制参数，又要具备较强的洁净意识，具备精益求精的工作态度；超纯气体管道施工对机械设备要求高，目前使用的设备有美国、法国和德国制造的，价格昂贵，科技含量高；再有就是超纯气体不锈钢管道工程的利润高，就目前国内的市场来说，一个机械台班1500元左右，管道施工每米管道150～300元。

超纯介质不锈钢管道施工在半导体行业中占相当大的比例，是半导体工艺、通讯技术、生物工程中必不可少的一部分，因此介入超纯气体管道施工是我们的大方向。

二、AW自动焊接系统
（一）GTAW自动焊
1. GTAW就是在惰性气体的保护下，使用钨做电极产生电弧来融接金属的焊接方法。

G—在此指惰性气体，T—tungsten(钨)，A—arc（电弧），W —weld（焊接）。

2.在GTAW中所使用的惰性气体一般是氩气（Argon），有的也使用氦气，通常把这种焊接方法称作氩焊。

3. GTAW的优点
⑴能焊出高品质的焊缝
⑵可以准确的控制热输入
⑶可以焊接多种不同的金属
⑷有无填料皆可焊接
⑸可消除飞溅
(二) GTAW自动焊的主要组成
⑴保护气体
⑵焊机
⑶钨棒
⑷焊把、夹具
1. 保护气体
1.1 保护气体一般使用惰性气体，通常使用氩气（Ar）,其化学性质稳定，且在大气中的含量较其它惰性气体多，价格便宜。

1.2 焊接中使用的氩气的纯度为99.999%。

氩气比空气中38%，充气时应注意此性质。

1.3 管道焊接时不论管内管外都需要氩气保护，来防止焊点的氧化。

管外保护是把氩气通入焊把内腔保护焊点，管内保护是把氩气直接通入管内保护焊接点。

1.4 管内充入氩气一是防止内焊缝氧化,另一个用途就是使管内产生内压。

焊接时融化的金属会产生凹陷，管内的压力可防止焊缝产生凹陷。

但管内的压力过大会造成焊缝凸起，甚至会冲破管材。

1.5 管内压力的控制：管内压力因管径不同、壁厚不同而不同，可用压差计量取。

充气的流量越大，内压越大。

在一定的流量条件下，影响内压的因素有管子的长度和出口端的出气孔径，每次焊接前都必须量取，以确保所需的压力。

1.6 混合气体焊接使用的保护气体以氩最为普遍,但有些情况下也可以使用混合气体,混合比例约为3～10%。

⑴ Ar+H2混合气：因H2易燃烧，增加了电弧的温度，使电弧的穿透力加强，适用于厚壁材质。

⑵Ar+He混合气：同样的电流和电压下，He释放的热量比Ar大二倍，能获得较大的熔深，但电流的稳定性和熔池的控制却比Ar差，若用75%Ar 和25%He，能综合两种气体的优点，电弧既稳定还能获得较大的熔深。

其它混合保护气体见表一
表一焊接保护气体
2.焊机
⑴自动焊机
ARC Machine: ARC 107―4A (美国) ARC 207A
ARC 207A―1 A207A―HP Swagelok: Cajon D75 (美国) Cajon D100 Cajon M100 ORBIMAT 160C
(德国)
波利速： PS―204
(法国)
⑵半自动焊机（手焊机）
Hanshen P―160等
ARC 207A 、 ORBMAT 160C 一般适用于中型管径的焊接，3/4″～3.5″。

Cajon 系列适用于小管径的焊接，1/4″～3/4″。

PS―204 一般适用于大管径的焊接，大于3.5″的管子。

手焊机一般用于管子的点固，在自动焊机不能焊接的位置，也可用它焊接，但焊接技术要求较高。

3. 钨棒
3.1钨棒是焊机使用的电极材料,一般为非消耗性电极,也就是说电极本身不作为填充材料。

钨的熔点较高,且能发射电子,做电极使用不易损耗。

3.2 通常所使用的钨极有三种：
A.纯钨电极
B.钍钨电极
C.铈钨电极
选择电极一般选择钍钨、铈钨极，而不采用纯钨极，因钍、二氧化铈，在高温下，端部外形不易受影响，且具有很强的电子发射能力，有较大的负载电流，使用寿命长，起弧容易，电弧稳定。

但由于钍具有放射性，非必要一般不采用钍钨极，而采用铈钨极。

3.3 钨棒的研磨：
3.3.1 钨极长度和形状,必须按有关技术数据研磨,因为它的误差会直接影响电弧长度的正确性和电弧燃烧的稳定性,直接影响焊缝的质量和焊接能否顺利进行,应特别注意。

3.3.2 不同管径所使用的钨棒长度不同,研磨时把钨棒的一端磨成圆锥状,锥度磨成18°,尖部磨出直径0.4mm的平台，这样能使电流密度保持在高范围不变，起弧容易，但不能磨的太尖，否则容易使钨棒烧损。

4. 焊头、夹具
4.1每台自动焊机都配有不同型号的焊头，焊头是卡持EP管进行全封闭自动焊的重要设备。

常用的焊头型号有：K型系列焊头;H型系列焊头；MW型系列焊头；9型系列焊头。

这四种焊头都是全封闭焊头。

4.2ARC 207A配有焊头有9 ―7500、9―4500、9―1500焊头，它也能配Cajon M100的焊头。

每种型号的焊头又配有不同管径的夹具，从1/4″到7.5″。

二、超纯气体管道的材质
1. 超纯气体管道的材质
超纯气体管道按其流通介质的工艺要求一般采用薄壁不锈钢管，通常采用316L ,美国编号：316L；日本编号：SUS316L；相当于我国牌号：
00Cr17Ni14Mo2（316为0Cr17Ni12Mo2；304为0Cr18Ni9；304L为
00Cr19Ni10）。

316L中含有铬、镍、钼三种合金元素，铬的存在提高了不锈钢在氧化性介质中的耐腐蚀性，形成一层富铬氧化膜；而钼的存在则提高了不锈钢
在非氧化性介质中的耐腐蚀性；镍是奥氏体的形成元素，它们的存在既提高了钢的耐腐蚀性，又提高了钢的工艺性能。

2.分类
超纯气体管道按对管内壁的不同处理方式分为：
AP管酸洗
BA管光辉退火
EP管电子抛光
VIM+VAR 真空脱碳
3、EP管品牌
Sumikim
Kuze
Kobc
Valax
AST
Dockweller
4、EP管的质量要求:
⑴含氧量：＜1ppm
⑵露点：＜－80℃
⑶尘埃粒子： 0.1μm以上的粒子小于10个/cf
⑷碳氢化合物：无
⑸双层塑料密封包装完好
三、超纯气体管道施工机具
自动焊机 ARC 207A、PS—204
切管机 RA41
端面加工机
电源稳压器
手工钨极氩弧焊机
氩气过滤器
氩气分气筒
不锈钢弯管器 1/4″、3/8″、1/2″、3/4″
不锈钢钳桌
台虎钳
有机玻璃水平仪
线锤
氩气表
氧气表
洁净气管
不锈钢细丝刷
合金钢什锦锉
钢丝钳
尖嘴钳
尘埃粒子测试仪
露点测试仪
碳氢化合物测试仪
氩气纯度检测仪
EP管预制洁净室（1000级，面积不小于 8×5㎡）
割管器
反光镜
小手电筒
刮刀
氩气干燥器
五、对施工人员的要求
工程技术人员负责施工计划、工程技术和洁净措施的制订，绘制预制加工图，并负责组织、指导全面实施，对EP管施工质量负全责。

质量检验人员，应对EP管预制、安装作业进行全面质量检查和控制，督促检查各项洁净措施的贯彻执行；检查确认预制安装质量、检查确认焊接前后的焊口样品；检查确认焊接记录和各种检测及其记录的正确性；并负责汇总和整理交工资料。

管工应经EP管预制、安装的专业培训合格后方能上岗。

管工必须按规定的洁净、技术措施按图预制和安装EP管，负责专用设备的正确使用和保养，负责做好各项测试准备工作和测试工作，负责EP 管的预制、安装达到质量标准。

焊工应经EP管焊接专业培训合格方能上岗。

焊工必须按规定的洁净措施和操作程序按图组装、焊接EP管。

负责正确使用焊接电源和相关设备；负责设定和调整焊接工艺参数，保证EP管
焊接达到质量标准，并负责做好焊接记录，接受有关人员的督促检查。

六、EP管的预制
1.为了减少安装现场的焊接工作量，确保洁净度，EP管应在1000级的洁净室内预制，进入洁净室的人员必须穿戴洁净服、洁净帽、洁净鞋、洁净手套，进入洁净室的用具必须擦洗干净。

用于EP管加工的工具不准用于碳钢，以防污染。

2. EP管得开箱检验，检查项目
2.1内外层塑料保护袋完好。

2.2轻慢的脱开管两端的塑料封套，管内壁应光亮、无尘。

2.3如发现管内有灰尘，应用割管器从管中间轻轻割断，并两端充气，如中间仍有灰尘为不合格。

2.4验收合格后，按规定办理手续，抬入洁净室前去掉第一层塑料包装，放在洁净室的管架上，要轻拿轻放，严禁碰撞、抛扔和脚踩。

3. 施工人员要熟练掌握预制加工图，搞清EP管还是BA管，管子规格、长度、阀门、部件规格及方向。

4. 预制人员必须戴好洁净手套，任何时候及任何情况下，不准触摸EP管的内壁，从各个环节严防碳氢化合物的污染。

5. 管子开封前应预先做好管内充氩的准备工作。

管子在去掉塑料包装后，要轻轻的取下两端的塑料密封套，并立即充氩，防止空气污染。

6. 按预制加工图标明的管径规格和尺寸进行切割，切割时应充氩保护，防止空气污染，凡切断后要进行端面加工的要适当放加工余量，切断后应将管口放低，轻轻敲击，使钢屑受震动而被吹干净。

然后用刮刀将管切口
内外的毛刺刮掉，刮时特别要严格防止刮刀碰伤管子内壁。

检查确认管口及管内洁净质量合格后，即可关掉氩气，同时将管两端密封。

最后，贴上该管长度及编号的标签。

同一图纸的管子、附件放在一起，以便组装。

7. 下料尺寸应掌握在±1mm以内，但不能都是负公差或正公差，以便每一根预制完的管子偏差尺寸在±2mm以内。

8. 组装、点固
8.1此工作应在1000及的洁净室内进行。

管子开封应立即充入氩气。

充气时要视管径的大小、长短掌握充气时间，一定要使管内氮气、空气置换干净。

8.2管子对口、组装应无间隙、无错边。

8.3点固的速度要快、准。

点固焊熔深为管壁厚的1/3，切忌在管表面乱打弧。

阿斯线要直接加紧在管子上，防止松动打火。

8.4当一张图上的整根管子组装、点固焊完后，用胶带将点固好的焊口逐个密封好，从进氩气端的焊口开始依次向后焊。

9. 焊接
9.1焊接工序
样品焊接合格
正式焊接
焊接结束
再焊样品
合格
焊接结束
不不
合合
格格
调节参数检查焊口外表
查找原因、采取措施、做好记录。