硅烷使用过程中易被忽略的安全风险与防护知识

在将近50多年的使用过程中，作为硅的外延生长、 多晶硅、氧化硅、氮化硅等的原料， 太阳能电池，光导纤维，有色玻璃制造，化学气相淀积等泛半导体行业有着非常广泛的应用。笔者从业十余年来唯一一种每天都要面对的特气就是硅烷，从事过外资分装站的分析，太阳能工厂、红蓝光、IC厂的硅烷使用，通过观察发现大家在硅烷使用中易被忽略的安全风险及相关防护知识，分成三类因素和大家分享一下相关心得。

一、设计中存在的安全风险与防护思路硅烷是一种燃烧范围很广的自燃气体，但当把它释放到空气中时并不一定会立刻燃烧，有时候可能根本不燃烧,理解了这一点,可以让我们提高系统的设计和操作的安全性，以及在发生事故时的反映程序。根据大量有关硅烷的学术研究（FM Global, Intel, Hazards Research, etc），硅烷的燃烧跟其释放方式以及周围环境的变化有着相当大的关系。用水雾可以消减浓烟和粉尘，但一定要注意不要熄灭任何的硅烷引起的火焰。只能通过切断硅烷泄漏源来灭火。如果在硅烷泄漏源被切断之前熄灭了硅烷火焰，硅烷会聚集起来，导致爆炸。硅烷的可燃极限是非常广泛的，被稀释后的硅烷会扩大可燃范围，而不是缩小燃烧范围。硅烷的可燃极限的下限是2%，当引入不同的稀释剂时可燃范围远远低于这个浓度。周围环境的空气温度和湿度也对可燃极限有影响。很多公司使用的是气柜来供应硅烷，在气柜开启的瞬间大量的氧气涌入有很大几率造成爆炸，台南太阳能厂在05年的爆炸就是在气柜开启的瞬间发生的【1】。国外在建立硅烷站时一般都是采用气架的方式单独建站减少爆炸，而非买不起气柜。

硅烷与氧化剂、氧、碱、卤素反应非常剧烈，氮气吹扫过程中未分别设置吹扫气瓶，特别是VMB区域更加明显，一旦发生倒灌就会引起剧烈爆炸，这种事故在上世纪80年代美国发生过多起因笑气倒灌至硅烷钢瓶内引起爆炸的案例。同时还需要关注的是吹扫气体的品质，氧含量控制也是一个很重要的关键节点，为了保证气体品质，硅烷建议单独设立吹扫系统，吹扫系统配置纯化装置以保证吹扫气体内氧含量足够低。

气动阀比手动阀更安全这也是目前最主流的思想，但是需要指出的是，国内事故出现伤亡的恰恰是气动阀更多，这是为什么呢？因为市场上99%以上的气柜或BDGS在开启的时候是瞬间开启的，如果PIGTAIL较长，瞬间的冲击力会产生很大的震动，同时也是因为瓶阀处有一个明显的变径，浙江某太阳能厂在高压保压正常的情况下甚至出现了DISS接头NUTE脱落的情况，而他的供应商某国内上市公司提供给其他同类型客户的产品中DISS接头处均有二氧化硅粉尘出现。我们可以肯定的是，有较大的震动，不排除在开启的瞬间发生了JT效应，同时各种随心所欲，且无法保证固定好了的PIGTAIL,从而导致了有那么一瞬间的接头损失气密性，最终浙江这家公司成了冰山里面露出头的那一个。当然近两年有一些公司在钢瓶换上初次开启的时候加入了多次点动开启，压力缓慢上升的设置，这让装有气动阀的硅烷钢瓶/Y瓶变的更加的安全。但是我们也要看到还有很多公司在用十年前的产品，像这种经过很小的程序升级就能提供更安全的思路希望得到更多人的认识。

二、人为因素带来的安全风险与防护思路

一些 献指出硅烷燃烧时是“凉”火焰。不能完全相信这种观点。硅烷燃烧的火焰温度是不恒定的有时候不能点燃纸张，但是很多时候火焰可以熔化象黄铜和铝一样的金属。而我我们日常使用的防火隔热服，非瞬间接近温度为800-900℃是无法保证直接与火焰接触安全的，这是国内很多使用硅烷的电子工厂的管理人员和操作人员的误区，仿佛只要切断穿上防火服，应急人员就能进行任何高风险作业了。这将会将我们的作业人员带入很高的安全风险中。

未接受过严格培训的作业人员进行的行为、因疲劳和麻痹导致违规作业的行为都会导致非常严重的损失。出现过多次将尾气处理设备完全烧毁、泄露引起的燃烧、爆炸。导致这个问题出现的情况是，目前从业人员参差不齐，涵盖多个细分行业。目前没有系统性的培训和学习的途径，只能靠师徒传承，10年之前人员紧缺时，在多个FAB的支持下建立了2IC论坛，缩小了泛半导体行业之间的沟通的距离，很多跟半导体相关的工程师也是从那时候成长起来的。10年以后论坛也因为涉及的知识产权和一些其他问题被迫关闭，行业间企业间的沟通变得困难起来。中小企业则变得越来越依赖工程师的个人水平，基层作业人员想要快速成长也要比当初付出更多的努力，一旦工程师离职技术员能够真正替代的很少，一般都需要外招，外招的工程师能否快速融入团队并快速上手这是摆在面前的问题，没有梯队化的人员组织建设，薪资控制和人员稳定性对这些公司都将是一个很大的问题，如果长期处在这样的状态下，降低用人标准将会是100%的选择。技术员团队也存在同样的问题，笔者之前带过TGM团队，定期会到周边企业挖技术员，2-3年的技术员基本可以独立操作，经过简单的团队要求、安全和行业特性培训就可以派驻驻厂服务，作为技术员来说薪资也会相对原单位高很多，我们也是一个很好的选择。但是对于周边企业来说，技术员不断流动需要不断的培训，有时候为了运转，一个月就需要单独顶岗，一旦发生意外，比如发生硅烷或其他气体泄漏，除了通知其他人处理，很难做出其他反应。由经受过严格培训的人员进行双人操作、双人值守、双人维护是我们这些从事特气的工程师必须要坚持一个很重要的底线，没有发生事故不代表永远不发生事故。

目前新建项目较多，很多施工单位出现了有意识的减配，为了保证能够使用减配的基本都是安全配置，笔者就参与接收运营过一个项目，比合同中要求的配置减少了大量的安全配置，很难想象主管工程师在其中起到了一个什么样的作用，这是何等的藐视运行人员的安全，行业里很多人热衷于建厂，如果是为了做这些事情，那还是希望放我们这些长期从事运维的人员一些生路吧，毕竟现在安全是终身追责的。

三、投运前的安全风险和防护思路

五项测试结束后，衔接时必须做吹气试验才能进行衔接，否则有接错的风险。同时在送气后必须做流通测试，管路接错后使用造成的损失很难预计。

硅烷送气前管路是He检仪器抽空还是line purge这个问题笔者和很多人讨论过，笔者一直坚持必须要做linepurge，五项测试结束后衔接时是有盲点的，最终是会接触到空气。硅烷一般单独建站管路较长，用氦检仪抽到高真空可以抽出绝大的部分的氧气，但是无法绝对抽空，且氧含量难度难以保证。用超纯氮置换后可以保证管路内氧含量＜0.1ppm，用设备端或氦检仪将管路再次抽至高真空会更安全。某曾经世界五百强的气体公司在大连为某芯片公司建设特气系统送气时，采用高真空送气法，结果送气至设备时，设备连续出现颗粒超标，管路置换拆开后发现大量的SIO2粉尘，造成设备和管路的大量经济损失和工时损失。前期送气前对水氧含量保持谨慎控制是非常有必要的。

日常运行过程中还能总结出很多其他的高风险项目，外在比较明显，关注的人比较多，倾斜的人力物力也较多，但是以上问题会在运行中被忽略，为了不伤害自己，不伤害别人，从事气体行业的就需要我们不断发掘、学习和总结气体会给我们带来的安全风险和防护问题。

参考 献：

【1】Eugene Y.Ngai Dir.Of ER&DisposalTechnology An Overview Of Silane lncidents and Release Behavior Semicon china, shanghai/Air Products