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矽烷使用過程中易被忽略的安全風險與防護知識
發布時間:2019.05.24   新聞來源:網絡轉載  瀏覽次數:

在將近50多年的使用過程中,作為矽的外延生長、 多晶矽、氧化矽、氮化矽等的原料, 太陽能電池,光導纖維,有色玻璃製造,化學氣相澱積等泛半導體行業有著非常廣泛的應用。筆者從業十餘年來唯一一種每天都要麵對的特氣就是矽烷,從事過外資分裝站的分析,太陽能工廠、紅藍光、IC廠的矽烷使用,通過觀察發現大家在矽烷使用中易被忽略的安全風險及相關防護知識,分成三類因素和大家分享一下相關心得。

一、設計中存在的安全風險與防護思路矽烷是一種燃燒範圍很廣的自燃氣體,但當把它釋放到空氣中時並不一定會立刻燃燒,有時候可能根本不燃燒,理解了這一點,可以讓8x8x提高係統的設計和操作的安全性,以及在發生事故時的反映程序。根據大量有關矽烷的學術研究(FM Global, Intel, Hazards Research, etc),矽烷的燃燒跟其釋放方式以及周圍環境的變化有著相當大的關係。用水霧可以消減濃煙和粉塵,但一定要注意不要熄滅任何的矽烷引起的火焰。隻能通過切斷矽烷泄漏源來滅火。如果在矽烷泄漏源被切斷之前熄滅了矽烷火焰,矽烷會聚集起來,導致爆炸。矽烷的可燃極限是非常廣泛的,被稀釋後的矽烷會擴大可燃範圍,而不是縮小燃燒範圍。矽烷的可燃極限的下限是2%,當引入不同的稀釋劑時可燃範圍遠遠低於這個濃度。周圍環境的空氣溫度和濕度也對可燃極限有影響。很多公司使用的是氣櫃來供應矽烷,在氣櫃開啟的瞬間大量的氧氣湧入有很大幾率造成爆炸,台南太陽能廠在05年的爆炸就是在氣櫃開啟的瞬間發生的1。國外在建立矽烷站時一般都是采用氣架的方式單獨建站減少爆炸,而非買不起氣櫃。

矽烷與氧化劑、氧、堿、鹵素反應非常劇烈,氮氣吹掃過程中未分別設置吹掃氣瓶,特別是VMB區域更加明顯,一旦發生倒灌就會引起劇烈爆炸,這種事故在上世紀80年代美國發生過多起因笑氣倒灌至矽烷鋼瓶內引起爆炸的案例。同時還需要關注的是吹掃氣體的品質,氧含量控製也是一個很重要的關鍵節點,為了保證氣體品質,矽烷建議單獨設立吹掃係統,吹掃係統配置純化裝置以保證吹掃氣體內氧含量足夠低。

四大氣體公司在默認狀態下給客戶提供的cylinder RFO尺寸為0.010”, 0.25mm,在合理降溫,未導致瓶閥本體損傷的情況下泄漏狀態排放7個小時以上才能將鋼瓶內的氣體排完,而如果在未裝RFO的情況下,則會在5分鍾內氣體就會完全泄漏完畢。作者在接收國內供應商的鋼瓶時,同一批次鋼瓶發現多個規格的RFO,唯獨沒有發現0.010”規格的RF0,根據實際使用經驗來看,0.010”RFO在充裝前後不進行清理,使用過程中流速發生非常容易被SIO2粉塵堵住,出現切邊甚至斷供的情況。很多公司為了保證供應,都希望使用大孔徑的RFO,一旦發生事故,瞬間泄漏量將會增加幾十倍。在更換鋼瓶前,技術員花一定的時間對RFO進行清理(需要注意的是為了保證內表麵不受傷害,產生機械傷害和顆粒,通RFO的針建議還是使用RFO原廠產品)來減少斷供是值得的,同時也避免了部分FAB為了保證供應選用更大的孔徑的RFO帶來更大的安全風險。

氣動閥比手動閥更安全這也是目前最主流的思想,但是需要指出的是,國內事故出現傷亡的恰恰是氣動閥更多,這是為什麽呢?因為市場上99%以上的氣櫃或BDGS在開啟的時候是瞬間開啟的,如果PIGTAIL較長,瞬間的衝擊力會產生很大的震動,同時也是因為瓶閥處有一個明顯的變徑,浙江某太陽能廠在高壓保壓正常的情況下甚至出現了DISS接頭NUTE脫落的情況,而他的供應商某國內上市公司提供給其他同類型客戶的產品中DISS接頭處均有二氧化矽粉塵出現。8x8x可以肯定的是,有較大的震動,不排除在開啟的瞬間發生了JT效應,同時各種隨心所欲,且無法保證固定好了的PIGTAIL,從而導致了有那麽一瞬間的接頭損失氣密性,最終浙江這家公司成了冰山裏麵露出頭的那一個。當然近兩年有一些公司在鋼瓶換上初次開啟的時候加入了多次點動開啟,壓力緩慢上升的設置,這讓裝有氣動閥的矽烷鋼瓶/Y瓶變的更加的安全。但是8x8x也要看到還有很多公司在用十年前的產品,像這種經過很小的程序升級就能提供更安全的思路希望得到更多人的認識。

二、人為因素帶來的安全風險與防護思路

一些文獻指出矽烷燃燒時是“涼”火焰。不能完全相信這種觀點。矽烷燃燒的火焰溫度是不恒定的有時候不能點燃紙張,但是很多時候火焰可以熔化象黃銅和鋁一樣的金屬。而我8x8x日常使用的防火隔熱服,非瞬間接近溫度為800-900℃是無法保證直接與火焰接觸安全的,這是國內很多使用矽烷的電子工廠的管理人員和操作人員的誤區,仿佛隻要切斷穿上防火服,應急人員就能進行任何高風險作業了。這將會將8x8x的作業人員帶入很高的安全風險中。

未接受過嚴格培訓的作業人員進行的行為、因疲勞和麻痹導致違規作業的行為都會導致非常嚴重的損失。出現過多次將尾氣處理設備完全燒毀、泄露引起的燃燒、爆炸。導致這個問題出現的情況是,目前從業人員參差不齊,涵蓋多個細分行業。目前沒有係統性的培訓和學習的途徑,隻能靠師徒傳承,10年之前人員緊缺時,在多個FAB的支持下建立了2IC論壇,縮小了泛半導體行業之間的溝通的距離,很多跟半導體相關的工程師也是從那時候成長起來的。10年以後論壇也因為涉及的知識產權和一些其他問題被迫關閉,行業間企業間的溝通變得困難起來。中小企業則變得越來越依賴工程師的個人水平,基層作業人員想要快速成長也要比當初付出更多的努力,一旦工程師離職技術員能夠真正替代的很少,一般都需要外招,外招的工程師能否快速融入團隊並快速上手這是擺在麵前的問題,沒有梯隊化的人員組織建設,薪資控製和人員穩定性對這些公司都將是一個很大的問題,如果長期處在這樣的狀態下,降低用人標準將會是100%的選擇。技術員團隊也存在同樣的問題,筆者之前帶過TGM團隊,定期會到周邊企業挖技術員,2-3年的技術員基本可以獨立操作,經過簡單的團隊要求、安全和行業特性培訓就可以派駐駐廠服務,作為技術員來說薪資也會相對原單位高很多,8x8x也是一個很好的選擇。但是對於周邊企業來說,技術員不斷流動需要不斷的培訓,有時候為了運轉,一個月就需要單獨頂崗,一旦發生意外,比如發生矽烷或其他氣體泄漏,除了通知其他人處理,很難做出其他反應。由經受過嚴格培訓的人員進行雙人操作、雙人值守、雙人維護是8x8x這些從事特氣的工程師必須要堅持一個很重要的底線,沒有發生事故不代表永遠不發生事故。

目前新建項目較多,很多施工單位出現了有意識的減配,為了保證能夠使用減配的基本都是安全配置,筆者就參與接收運營過一個項目,比合同中要求的配置減少了大量的安全配置,很難想象主管工程師在其中起到了一個什麽樣的作用,這是何等的藐視運行人員的安全,行業裏很多人熱衷於建廠,如果是為了做這些事情,那還是希望放8x8x這些長期從事運維的人員一些生路吧,畢竟現在安全是終身追責的。

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三、投運前的安全風險和防護思路

五項測試結束後,銜接時必須做吹氣試驗才能進行銜接,否則有接錯的風險。同時在送氣後必須做流通測試,管路接錯後使用造成的損失很難預計。

矽烷送氣前管路是He檢儀器抽空還是line purge這個問題筆者和很多人討論過,筆者一直堅持必須要做linepurge,五項測試結束後銜接時是有盲點的,最終是會接觸到空氣。矽烷一般單獨建站管路較長,用氦檢儀抽到高真空可以抽出絕大的部分的氧氣,但是無法絕對抽空,且氧含量難度難以保證。用超純氮置換後可以保證管路內氧含量<0.1ppm,用設備端或氦檢儀將管路再次抽至高真空會更安全。某曾經世界五百強的氣體公司在大連為某芯片公司建設特氣係統送氣時,采用高真空送氣法,結果送氣至設備時,設備連續出現顆粒超標,管路置換拆開後發現大量的SIO2粉塵,造成設備和管路的大量經濟損失和工時損失。前期送氣前對水氧含量保持謹慎控製是非常有必要的。

氣體品質也是送氣前必須要確認的一個點。不同的供應商貨物來源相差非常大,即使同一供應商有的也有幾個貨源,對供應商的質量管理能力和穩定性需要必須要有一個全麵的認識,即使是四大氣體公司,很多氣體也是外購的,甚至很多氣體他們是無法自行分析的,作為一個合格的氣體工程師第一批氣體入廠前或者入廠時要關注的點包括但不限於如下:氣體純度雜質指標、氣體有效期、氣源地、鋼瓶檢驗有效期、鋼瓶製造標準、瓶閥接頭、瓶閥品牌、瓶閥扭力及花瓣數、氣瓶重量、淨重是否超重、送到時有無泄露、瓶閥出口螺紋是否磨損、鋼瓶噴塗顏色是否正確、安全標簽是否齊全、瓶身是否有防護、、運輸時是否固定且直立運輸、氣體銷售公司是否有危化品經營許可證、運輸單位是否有危化品道路運輸許可證、運輸車輛是否為危化品運輸車輛、駕駛員是否有危化品駕駛許可證和準假車型駕駛證、押運員是否有危化品押運許可證、裝卸人員是否對氣瓶如何搬運有所認知並掌握相關技能,所以加強對供應商供應鏈的認識、了解其他客戶的相關使用體驗也是8x8x做好氣體工作的一個很重要的關鍵節點。

日常運行過程中還能總結出很多其他的高風險項目,外在比較明顯,關注的人比較多,傾斜的人力物力也較多,但是以上問題會在運行中被忽略,為了不傷害自己,不傷害別人,從事氣體行業的就需要8x8x不斷發掘、學習和總結氣體會給8x8x帶來的安全風險和防護問題。

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