3半導體設備高分子材料零部件焊接加工技術規(guī)范本文件規(guī)定了石英材料零部件焊接加工的術語和定義，堆料加工、焊接加工、對接加工、折彎加工、火補修理的工藝規(guī)程、質量檢測方法、環(huán)境管控、清洗要求和焊工要求。本文件適用于石英材料的焊接工藝規(guī)程。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1石英焊接quartzwelding通過高溫熔融的焊棒將2個或2個以上的石英零部件連成1個石英產品的過程。3.2石英精燒（火拋光）quartzfirepolishing通過燃燒氫氧氣產生的高溫火焰，對石英產品表面進行火拋光處理，使制品表面達到鏡面的狀態(tài)。3.3石英退火quartzannealing通過高溫退火爐在一定溫度下對產品進行加熱保溫，去除產品在加工過程中形成的應力缺陷，增強產品的穩(wěn)定性。4石英焊接工藝概述4.1石英焊接quartzwelding通過高溫熔融的焊棒將2個或2個以上的石英零部件組裝成1個石英產品的過程。4.2石英精燒（火拋光）quartzfirepolishing通過燃燒氫氧氣產生的高溫火焰，對石英產品表面進行火拋光處理，使制品表面達到鏡面的狀態(tài)。4.34石英退火quartzannealing通過高溫退火爐在一定溫度下對產品進行加熱保溫，去除產品在加工過程中形成的應力缺陷，增強產品的穩(wěn)定性。5堆料加工5.1工藝原理通石英產品中有部分類型是帶凸臺結構，考慮到原材料、機加工整體加工的綜合成本較高，往往會選擇在合適厚度的材料上通過火加工方式堆料加工，然后再進行局部MC加工。5.2操作方法5.2.1材料清洗。將需要加工的毛坯進行，工程洗凈，清洗干凈后放置在干凈白布中，待加5.2.2堆料加工。選擇合適的焊棒（根據(jù)堆料的體積大小），在毛坯對應位置進行堆料，堆料過程中控制堆料部位沒有氣泡殘留。5.2.3退火。將堆料完成的毛坯件，送入退火爐內保溫，去除應力。5.2.4檢查。重點檢查產品的外形尺寸是否滿足加工要求，產品無明顯殘余應力。5.2.5機加工。機加工接收堆料后的毛坯料，加工圖紙對應特征。5.3注意事項5.3.1焊棒材質需與主體毛坯石英同等材料，防止因材質不同造成的產品純度不良。5.3.2堆料加工時的堆料體積應比最終尺寸大，防止因加工偏移造成，特征無法加工成型。5.3.3對平面度有要求的產品，在退火過程中需要使用平整的退火石英板。6焊接加工6.1工藝原理通過氫氧火焰熔融石英焊棒以及石英部件，利用高溫熔融的焊棒將2個或2個以上的石英零部件組裝成1個石英產品。6.2操作方法56.2.1部品倒角。將需要焊接的部品根據(jù)焊接情況進行研磨倒角。6.2.2部品清洗。將需要焊接的部品進行工程洗凈，清洗干凈后用干凈的洗凈白布包裹保護，待加工。6.2.3組裝假接。在焊接前，焊工需根據(jù)圖紙要求組裝各個部品，必要時使用定制的石墨治具進行裝夾，部品定位后，使用石英焊棒用點焊、線焊方式，將需要焊接的部件固定。6.2.4尺寸檢查確認。在正式焊接前，需確認產品的焊接尺寸正常，利用現(xiàn)場的檢查量具、數(shù)顯卡尺、高度尺等，若需要測量同軸度、垂直度等尺寸，需將產品送到QC進行檢查，檢查合格則進入下一步焊接，若尺寸不滿足圖紙控制要求，需要火加工進行尺寸調整，合格后方可進行焊接。6.2.5焊接加工。選擇合適的焊棒（根據(jù)焊接縫隙的大小加熱需要焊接的區(qū)域，并加熱焊棒頭部，在焊接部位進行堆料，直至焊接縫隙被填充飽滿。6.2.6退火。將焊接完成的工程品，送入退火爐內保溫，去除應力。注意在退火放置過程中需要考慮產品的退火變形程度，選擇合適的退火方式、退火治具和退火時間。6.3焊接開坡口方法6.3.1板與板垂直焊接，需選擇一側的板進行倒角開焊接坡口（一般選擇厚度較薄、尺寸較小的板）。厚度在5mm以內可以選擇直接熔融粘接，厚度大于5mm的一般選擇在一側開60°坡口，當厚度大于30mm時考慮焊接效果，采用兩側同時開坡口。6.3.2板與板水平焊接，需選擇一側的板進行倒角開焊接坡口。厚度在5mm以內可以選擇直接熔融對接，厚度大于5mm的一般選擇在一側開“V”型坡口，當厚度大于30mm時考慮焊接效果，采用兩側同時開坡口。6.3.3板與板對角焊接，一般情況下板不需要進行倒角。將2塊板固定牢固，板與板間預留1-2mm焊縫，對于4mm以內的板可以預留焊縫，直接使用焊槍對兩側同時加熱，即可熔融連6接，再進行填料或者使用石墨治具修整。對于4mm以上的板，先使用φ2.5-3mm的焊棒加熱連接2塊板，再在焊縫上進行堆料，將焊縫填充滿。6.3.4棒與板焊接，一般選擇對石英棒進行焊接倒角。直徑在φ10mm以內可以選擇直接熔融對接，直徑大于10mm的一般選擇在棒焊接的一側開45°型坡口。對于板厚度較薄，棒較大的產品，如板厚小于20mm的也可考慮在板的對應位置開圓孔，將棒定位到圓孔位置，再進行焊接。6.4注意事項6.4.1焊棒材質需與石英部品同等材料，防止因材質不同造成的產品純度不良。6.4.2焊接加工時要注意焊料的熔融，防止因應力過大導致產品開裂。6.4.3焊接加工時要注意焊接區(qū)域內無氣泡和雜質。6.4.4焊接的焊料必須充足，防止后續(xù)研磨后焊接部位出現(xiàn)凹坑和缺料。6.4.5對平面度有要求的產品，在退火過程中需要使用平整的退火石英板。7對接加工7.1工藝原理通過氫氧氣燃燒的高溫火焰將兩個石英部件兩端同時進行加熱，再通過特定的工具快速將兩者進行擠壓，使兩個石英部件快速結合成一體的焊接加工方式。對接加工的優(yōu)勢有：效率高、成本節(jié)約、同軸度等尺寸精度較高。7.2操作方法7.2.1圖紙確認。確認需要對接的兩個部品尺寸和成品尺寸，根據(jù)對接消耗尺寸，確定部品全長是否需要加工。或者選擇先預留余量，對接后再加工全長。77.2.2對接部位預處理。①石英在受熱擠壓過程中，將形成擠出料，有時需要控制減少過多的擠出料，可以將部件一端進行倒圓角處理。②不同直徑的部件進行對接時，需要先進行直徑修理，再進行對接。③對接前需要處理產品表面的毛刺，防止造成對接開裂和減少對接部外觀的影響。7.2.3部品清洗。將需要對接的部品進行工程洗凈，清洗干凈后用干凈的洗凈白布包裹保護，大型產品則放置在潔凈區(qū)域內，待加工。7.2.4設備確認。在對接作業(yè)前，對使用的設備進行點檢確認，確認設備處于正常情況下方可進行加工，并確認好產品加工所需的輔料、防護用品、治具、量具齊全。7.2.5產品裝夾。將需要對接的產品裝夾到設備的兩端，并用卡爪固定。7.2.6尺寸條件確認。在正式對接前，需確認產品對接相關尺寸，確認兩側部品的同軸度和直線度，確認無誤后開啟焊槍設備。7.2.7對接加工。選擇合適的焊槍，移動設備轉盤，使兩個部件互相靠近，預留10-20mm的對接間隙，使用焊槍同時加熱兩側的部件，人員在佩戴遮光眼鏡下觀察兩側部件熔融情況，在即將熔融情況下，快速將兩側部件擠壓靠近。7.2.8去應力。對接完成后，使用焊槍對對接部位進行火燒，減少對接應力。并檢查對接外觀是否滿足要求。7.2.9退火。將對接完成的工程品，送入退火爐內保溫，去除應力。注意在退火放置過程中需要考慮產品的退火變形程度，選擇合適的退火方式、退火治具和退火時間。7.3對接類型和對接方法進行加工即可。一般可對接加工40mm以內的石英棒。進行加工即可。石英管對接的尺寸取決于旋盤設備卡爪的張開極限。小型旋盤設備一般能夠加工60mm以內的管，大型旋盤設備可加工550mm左右的管。7.3.3管和管對接。不同規(guī)格（外徑）的石英管，分別裝夾到旋盤機兩端，因內外徑不同的管子無法進行直接連接，需先將尺寸較大的管體進行動火壓錐度，將對接部位的內外徑加工到尺寸較小管體相同尺寸。再按照7.2.1~7.2.7進行對接。7.3.4棒和板對接。棒和板連接除了焊接工藝外，還可以選擇對接工藝。對接更為效率高、尺寸精度也較好、且不需要消耗焊棒。棒對接到石英板上，對于尺寸要求較高的、或需要一次成型的，可以通過設計石墨裝夾治具，將石英棒豎直方向上進行裝夾，裝夾后可調節(jié)上下位置，通過加熱對接部位，一次擠壓成型。88折彎加工8.1工藝原理折彎加工通過氫氧氣燃燒的高溫火焰將石英部件局部進行加熱，使局部軟化，再通過特定的工具使產品按照需要進行一定程度的變形，以達到圖紙要求的加工方式。折彎加工的優(yōu)勢有：可以加工異型件、成本節(jié)約、效率優(yōu)于一般加工方式。8.2對接類型和對接方法8.2.1方板類折彎。在石英水槽類產品中有部分底板結構并不是平板，而是彎板結構。如果采用MC整體掏料加工，會造成大量的原材料浪費，且加工時間較長。使用焊接拼焊的方式，則需要經過多道工序，較為繁瑣。使用折彎的方式則能明顯提升加工效率。8.2.2棒類折彎。棒類折彎相對比較簡單，只需要根據(jù)1比1尺寸輪廓，在對應的棒位置進行加熱彎曲即可。連續(xù)折彎或弧形折彎，對進度要求較高的，可考慮定制彎棒治具。8.2.3長條石英塊折彎。半導體石英環(huán)類產品中有大尺寸環(huán)類，例如隔離環(huán)，外徑達到1000mm。大型環(huán)的原材料較為稀少，通過在石英錠上進行切割的話，材料的損耗以及加工成本較高?？梢圆庞惺K彎曲成四分之一環(huán)，再焊接成圓環(huán)的方式加工。需要注意此方法只能加工成大致毛坯狀態(tài)，最終產品還需MC進行精密加工，焊接的材料需要預留加工余量。8.2.4管類折彎。石英管的折彎一般是外徑φ30mm以內，大型石英管折彎的難度較大，需要大型設備進行加工。管類折彎有局部折彎和整體連續(xù)彎曲兩類。局部彎曲的代表產品例如石英保護管、噴射管類。整體彎曲的產品在清洗工藝中用的較多，如廢液瓶。8.3操作方法98.3.1部品清洗。將需要焊接的部品進行工程洗凈，清洗干凈后用干凈的洗凈白布包裹保護，待加工8.3.2設備確認。在折彎作業(yè)前，并確認好產品加工所需的輔料、防護用品、治具、量具齊全。8.3.3折彎加工。在折彎前，需根據(jù)圖紙要求裝夾折彎件，必要時使用定制的石墨治具進行裝夾，根據(jù)1比1標記進行折彎操作。8.3.4尺寸檢查確認。折彎加工后對工件的尺寸進行確認，包括弧度，R角等，若尺寸不滿足圖紙控制要求，需要火加工進行尺寸調整，合格后方可進行下一步。8.3.5退火。將對接完成的工程品，送入退火爐內保溫，去除應力。注意在退火放置過程中需要考慮產品的退火變形程度，選擇合適的退火方式、退火治具和退火時間。9火補修理9.1工藝原理因石英產品本身特性，容易在加工過程中產生裂紋、缺口。此時為降低報廢，可以選擇使用火加工修補方式進行修復。9.2操作方法9.2.1填寫動火返修單。依照返修單填寫好產品信息，發(fā)生部門填寫產品不良發(fā)生原因以及預防對策。9.2.2交接產品。需求部門與火加工負責修補的人員進行產品交接，明確修理內容。9.2.3產品清洗。MC加工后的產品。需確保經過脫蠟洗凈、煮沸洗凈，表面無油脂殘留。然后進行火加工前的工程洗凈。清洗干凈后用干凈的洗凈白布包裹保護，大型產品則放置在潔凈區(qū)域內，待加工。9.2.4火補修理。選用合適焊棒對修補區(qū)域進行填料加工。9.2.5退火。將火補完成的產品，送入退火爐內保溫，去除應力。9.2.6檢測。火補后的產品進行外觀檢查和應力檢測，合格后方可流入下道工序，并做好檢查記錄。9.3注意事項9.3.1火補產品進過的修理工序，需在返修記錄表上記錄加工履歷（參數(shù)、人員、日期保證產品加工流程的可追溯性。9.3.2火補產品的修理工序，需注意產品的搬運和放置方法，防止產生新的缺口、裂紋、劃傷等缺陷。9.3.3火補作業(yè)時，操作人員需按照正常加工要求，做好人員防護以及產品防護。9.3.4對于修理風險較大的產品，例如大型產品、結構復雜多臺階直角、裂紋缺口較多的。需提前做好修理方案，采用退火爐保溫修理、多人操作、分次修補等方式，減少產品開裂風10質量檢測10.1檢測對象火加工產品的尺寸及外觀需嚴格按照基準書規(guī)定進行；若客戶有專用檢驗要求，則按照客戶要求進行檢查。10.2缺陷術語10.2.1裂紋：產品表面的裂縫、裂口。10.2.2缺口：產品端面的缺料。10.2.3材料氣泡：一種是材料本身加工過程中形成的內部空洞，可能是球狀也可能是線狀。10.2.4焊接氣泡：在焊接過程中因焊槍火焰不當、手法不正確、焊接過快在產品焊接部位形成氣泡或氣線。10.2.5劃傷：產品外表面的擦傷，形成的發(fā)白痕跡。10.2.6失透：產品表面的附著物在退火過程中，形成的白色點狀結晶。10.2.7嘎斯（gas）：焊接或精燒過程中，形成的白色二氧化硅附著物。10.2.8異物：燒在產品表面的白色、黑色及其他有色附著物。10.2.9修理痕跡：在修理產品表面劃傷、異物等不良時，在產品表面形成的范圍性凹凸痕跡。10.3尺寸檢查10.3.1圖紙已標注公差的尺寸，按照圖紙要求進行檢查。10.3.2圖紙上未指定公差的尺寸及幾何公差，通過表1自由尺寸公差表進行判定。表-1自由公差表單位:mm基準尺寸的區(qū)分一般管、棒類管類角度長度外徑>3且≤6>6且≤10>10且≤30>30且≤80>80且≤180>180且≤315>315且≤500>500且≤1000>1000且≤2000>2000且≤3150注：以上尺寸公差是經噴砂、退火等所定的項目已完成后的最終尺寸。10.4外觀檢查在300~500勒克斯的照明條件下進行，目視離產品30cm左右距離檢查。再檢查發(fā)現(xiàn)有外觀問題項目時，可使用帶刻度10X放大鏡進行測量，檢查基準參照表2外觀項目確認表。表2外觀項目確認表序號項目要求1裂紋2缺口產品端面深度＜1.0mm，且長度＜2.0mm的缺口允許。缺口需要精燒處理過。3氣泡氣泡大小與材料厚度相對比的比例應為＜1/3。密集重疊氣泡計算大小時按照總大小判定。最大氣泡大小應<φ1.3mm。100mm*100mm范圍內，φ0.5以上氣泡超過＜5個。4氣線在內部寬≤1mm、長≤200mm及露出表面的被精燒過的為良。100mm*100mm范圍內寬≤1mm、長≤20mm氣線數(shù)量＜2條。5劃傷發(fā)白劃傷且目視有一定深度的不允許。經過拋光，目視不明顯的劃傷允許。6失透最大徑≤1.3mm允許。100mm*100mm范圍內，外徑大于φ0.4mm的失透數(shù)量＜5個。7嘎斯（gas）目視無明顯嘎斯。但對于密封結構工藝無法去除的嘎斯允許。8異物面積小于200mm*200mm的產品，異物大?。睛?.0mm為不良；100mm*100mm范圍內，外徑大于φ0.4mm的異物數(shù)量≥5個為不面積大于200mm*200mm的產品，異物大小＞φ2.0mm為不良；100mm*100mm范圍內，外徑大于φ0.4mm的異物數(shù)量≥5個為不紅色異物不允許。9修理痕跡修理痕跡部位，產品的相關尺寸如內徑、外徑、厚度需在規(guī)格公差內。面積小于200mm*200mm的產品，修理痕跡范圍＞φ20mm為不良。面積大于200mm*200mm的產品，修理痕跡范圍＞φ30mm為不良。10.5應力檢查使用可以讀取應力角度值的應力儀，檢查產品應力在15o以下，視為產品無明顯應力。若客戶有特殊需求，則按照客戶要求。11環(huán)境控制11.1人員要求11.1.1人員穿著純棉工作服，佩戴純棉工作帽，純棉手套，不使用化纖制品的衣物和防護用品。11.1.2人員作業(yè)過程中需佩戴口罩，防止唾液飛濺到產品上。11.1.3焊接區(qū)域工作鞋應與其他外部區(qū)域用鞋區(qū)分，減少外界污染的引入。11.1.4焊接作業(yè)時不能使用吸塵器、拖把、抹布等可能產生塵埃的工具打掃衛(wèi)生，防止灰塵飛落到產品上影響產品最終品質和性能。11.1.5接觸焊接車間的石墨治具、平臺、量具、焊槍等物品必須戴手套，不可裸手接觸。11.2壓差要求11.2.1焊接車間需配備風機循環(huán)系統(tǒng)（包括經過過濾的新風以及排風）。11.2.2焊接車間相對于外部環(huán)境如走廊保持正壓，壓力一般控制在2~20Pa之間，超出范圍需要對風機系統(tǒng)進行檢查修理。11.3.3每日需對加工車間壓差進行確認，確保壓差在規(guī)定值內。11.3潔凈度要求11.2.1半導體用的石英零部件對產品外觀要求較高，因此焊接工序車間的潔凈度有一定的要求，一般需要達到十萬級及以上（0.5μm顆粒物數(shù)量小于100000）。11.2.2潔凈度測量使用專門的顆粒度測量儀器，在風機系統(tǒng)開啟運行1小時后進行測定，以確保測量的準確性。11.3.3測量注意點：測量時清潔度儀放在固定臺面上，保持水平；離取樣口1.5m范圍內不應有其他人走動、說話及作業(yè)，以免影響測量數(shù)據(jù)可靠性。清潔度測量時必須避開對風口。12清洗要求12.1清洗流程12.1.1脫脂洗凈：需要焊接的部件使用脫脂液進行擦拭，去除部件表面油脂。12.1.2純水沖淋：使用純水沖洗部件，去除表面脫脂液殘留。12.1.3硝酸清洗：將產品浸泡在硝酸槽中，以去除表面的金屬顆粒。12.1.4純水洗凈：將產品放入純水槽中，去除殘留酸液。12.1.5氫氟酸清洗：將產品浸泡在氫氟酸槽中，對部件表面進行表面酸液蝕刻。12.1.6純水洗凈：將產品放入純水槽中，去除殘留酸液。12.1.7純水沖淋：石英純水沖洗整個部件。12.2超聲波清洗12.2.1打磨后需要精燒的產品，洗凈增加超聲波清洗，去除產品表面研磨顆粒。12.2.2厚度薄、結構強度較弱的產品不適宜進行超聲波清洗，容易造成開裂。若需要超聲波清洗，需調低超聲波強度。12.3酸溶液槽的日常管理12.3.1酸溶液槽在本文件中包含HF酸槽和硝酸槽。12.3.2為了防止酸溶液槽中的酸液大量揮發(fā)，不使用時應加蓋；工作時間確保排風裝置正常運轉。12.3.3酸槽工作期間應打開循環(huán)過濾泵，下班時關閉循環(huán)過濾泵。循環(huán)過濾所用濾芯更換周期為每月更換一次。若日常點檢過程中發(fā)現(xiàn)槽體有明顯臟污，可提前進行更換。12.3.4HF溶液更換周期管理：每月更換一次，或洗凈產品數(shù)量達到500件時，日期或產品件數(shù)有一項到期時即可更換酸液。更換酸液時對酸槽內壁進行全面清洗與維護；若更換周期未到，酸液被污染，需緊急進行更換。產品的清洗記錄，填寫到《火加工工程洗凈記錄表》中，文件編號：MD-02-202406-602A*。12.3.5HNO3溶液更換周期管理：每月更換一次，或洗凈產品數(shù)量達到500件時，日期或產品件數(shù)有一項到期時即可更換酸液。更換酸液時對酸槽內壁進行全面清洗與維護；若更換周期未到，酸液被污染，需緊急進行更換。產品的清洗記錄，填寫到《火加工工程洗凈記錄表》中，文件編號：MD-02-202406-602A*。12.3.6酸液濃度每周檢測一次，若發(fā)現(xiàn)濃度異常及時進行加液或加純水處理。12.3.7含酸廢液的回收方法：直接從水槽的排放管道排放至公司廢液收集處進行收集。排酸過程中需要有1人在廢水收集站觀察廢液桶的液位，若液位將滿，需立刻通知排酸人員關閉排酸閥門，通知危廢處理人員更換廢液桶。12.4酸溶液槽溫度管理12.4.1酸槽溫度控制在30℃±3℃,加熱設定器統(tǒng)一設定為30℃,每日分早中晚三次對酸溶液溫度進行監(jiān)測。規(guī)定早晨溫度升到30℃后點檢并開始生產，其他檢測時間中午（12：30-13：00），晚上（18：00-18：30），晚上若未進行生產不測量。相關點檢記錄填入《HZRS-MD-03-600-002*火加工洗凈酸槽點檢表》。12.4.2酸液溫度監(jiān)測過程中，發(fā)現(xiàn)異常時，需要對發(fā)生日期、時間、異常內容、臨時處置等進行記錄。酸液溫度監(jiān)控發(fā)生異常時，先對加熱管斷電處理，然后匯報上長和設備管理擔當，等待指示和修理。當設備修理完畢時，設備溫度恢復正常后方可使用。洗凈槽發(fā)生異常時正在洗凈的產品，從洗凈槽中取出，用純水沖洗后放入洗凈后產品放置區(qū)，待洗凈槽正常工作后重新按照洗凈流程進行洗凈。12.4.3為防止因加熱管絕緣套破損而污染酸槽的情況發(fā)生，每次全量更換酸溶液時，應對加熱管絕緣套進行檢查，確認是否有異常情況存在。如有，及時報告上長及設備管理擔當。12.5純水槽的日常管理