氢气在微电子封装中的安全使用知识

氢气在微电子封装中的安全使用知识前言：随着微电子工艺的发展，氢氮气铜线键合(Copperwirebonding)、氢氮气贴片(SMT)、氩氢气等离子体清洗(Plasmacleaning)等在微电子封装中的应用越来越广泛。氢气在各工序工艺中的作用各不相同，有的参与反应发生了化学变化，有的未参与反应，总的来说给安全生产带来了一定的隐患。氢是最活泼的元素，氢气极易与氧气发生化学反应，生成水，着火温度为571^，因而是最易燃易爆的气体，被人们视为最可怕的气体。但只要我们掌握氢气与氧气化学反应的特点，掌握燃烧和爆炸的规律，并在操作中严格遵循氢气反应的规律性，就能充分利用氢气的优点，避免其不利因素。化学品安全技术说明书(MSDS)：氢氮混合气、氩氢混合气均未有专门的MSDS，一般安全管理做法是以氢气、氮气、氩气的MSDS来要求。氢气一一MSDS：第一部分：化学品名称化学品中文名称：氢；氢气化学品英文名称：HydrogenCASNo.：133-74-0分子式：H2分子量：2.01第二部分：成分/组成信息化学品名称：氢；氢气第三部分：危险性概述紧急情况综述氢气存储在高压气瓶内，是一种无色、无嗅、易燃的压缩气体。当空气中氢含量>4%时，随时都可能发生火灾或爆炸。它比空气轻且火焰无颜色。在可燃范围内的高浓度的氢气会导致窒息。不要进入这样的区域。潜在健康影响吸入：窒息剂。窒息之前会有感觉。当空气中氢的含量超过其燃烧下限时，则它是一个既缺氧又易爆炸的混合气。暴露在含氢气中等的空气中会引起眩晕、恶心、失去知觉。若人处于含有8—10%或更少的氧含量的空气中，将会无任何先兆地失去知觉，失去自我救护的能力。缺氧会引起严重的伤害或死亡。眼睛接触：无皮肤接触：无慢性影响：无其他过分暴露的影响：无致癌性：未被NTP、OSHA及IARC列为致癌物第四部分：急救措施吸入：人员若缺氧，必须将其移到空气清新处，若已停止呼吸，采用人工呼吸，若呼吸困难，则吸氧，并迅速进行医务处理。皮肤接触：不适用眼睛接触：不适用摄入：无医生须知：无第五部分：消防措施形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。氢气是已知的最轻气体，能使空气或其它气体密封良好的系统，可能会使氢气泄漏。在室内使用和储存时，漏气上升滞留建筑物的顶部，遇火星会引起爆炸。与氟、氯等能发生剧烈的化学反应。有害燃烧产物：灭火方法及灭火剂：切断气源。若不能立即切断气源，则不允许熄灭正在燃烧的气体。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。雾状水、二氧化碳。消防员的个体防护：禁止使用的灭火剂：闪点(°C)：<-50自燃温度(C)：400爆炸下限［%(V/V)］：4.1爆炸上限［%(V/V)］：74.1第六部分：泄漏应急处理应急处理：迅速撤离泄漏污染区人员全上风处，并隔离直至气体散尽，切断火源。建议应急处理人员戴自给式呼吸器，穿一般消防防护服。切断气源，抽排(室内)或强力通风(室外)。如有可能，将漏出气用排风机送至空旷地方或装设适当喷头烧掉。漏气容器不能再用，且要经过技术处理以清除可能剩下的气体。第七部分：操作处置与储存操作注意事项：不要在连好之前打开钢瓶阀。否则会自燃。氢气是已知的最轻的气体，不需要排空就会聚集在建筑物的顶部。能使空气或其他气体密封良好的系统，可能会使氢气泄漏。用测漏液检测系统的泄漏，千万不要用明火测漏。储存注意事项：储存区内应有“禁止吸烟和使用明火”的警示牌。储存区域内不应有火源。氢气的储存或使用区域内，所有电器必须有防爆设施。第八部分：接触控制/个体防护工程控制：密闭操作。提供良好的自然通风条件。呼吸系统防护：高浓度环境中，佩带供气式呼吸器或自给式呼吸器。眼睛防护：一般不需特殊防护。身体防护：穿工作服。于防护：一般不需特殊防护。其他防护：工作现场严禁吸烟。避免高浓度吸入。进入罐或其它高浓度区作业，须有人监护。第九部分：理化特性外观与性状：无色无臭气体。熔点(°C)：-259.2沸点(C)：-252.8相对蒸气密度(空气=1)：0.07饱和蒸气压(kPa)：13.33/-257.9C燃烧热(kJ/mol)：241.0临界温度(C)：-240临界压力(MPa)：1.30闪点(C)：<-50引燃温度(C)：400爆炸上限%(V/V)：74.1爆炸下限%(V/V)：4.1溶解性：不溶于水，不溶于乙醇、乙醚。主要用途：用于合成氨和甲醇等，石油精制，有机物氢化及作火箭燃料。第十部分：稳定性和反应活性稳定性：在常温常压下稳定禁配物：强氧化剂、卤素。避免接触的条件：光照。聚合危害：不能出现分解产物：水。第十一部分：毒理学资料氢是一种简单的窒息剂第十二部分：生态学资料氢气不会在生态学方面产生不良反应。氢中不含有任何1类或2类的分解臭氧的化学物质。氢未被列为海洋污染物。第十三部分：废弃处置未用的产品/空容器：将空的容器及未用的产品返回给供应商。不要将未用的产品擅自处理掉。系统中的残留气体应按一定的比例，通过一个烟囱在高处排空。这个烟囱应远离易燃物。第十四部分：运输信息危险货物编号：21001UN编号：1049包装标志：易燃气体包装类别：II类包装包装方法：钢质气瓶运输注意事项：易燃压缩气体。储存于阴凉、通风仓间内。仓温不宜超过30°C。远离火种、热源。防止阳光直射。应与氧气、压缩空气、卤素（氟、氯、漠）、氧化剂等分开存放。切忌混储混运。储存间内的照明、通风等设施应采用防爆型。第十五部分：法规信息化学危险物品安全管理条例、化学危险物品安全管理条例实施细则工作场所安全使用化学品规定常用危险化学品的分类及标志第十六部分：其他信息危害等级：NFPA等级 HMIS等级健康：0 健康：0可燃性：4 可燃性：4反应性：0 反应性：0特殊说明：简单窒息剂氮气、氩气----MSDS（较简单，不在此描述）氮气、氩气均为无毒、无色、无味、不可燃的惰性气体，当气体浓度达到使空气中的氧含量低于19.5%时会导致窒息，氮气比空气略轻，氩气比空气重。氢气的燃烧和爆炸危险性：氢气燃烧的条件是达到燃点以上，因而如果有空气泄漏的话，只要加热到574C以上，就能使氧气逐步与氢气反应燃烧，而不致积聚后造成爆炸。氢气的点火能量很低，静电就能将其点燃。纯净的氢气在空气里安静地燃烧，产生淡蓝色的火焰。用烧杯罩在火焰的上方时，烧杯壁上有水珠生成，接触烧杯的手能感到发烫。氢气的爆炸只有具备以下三个条件才能发生，一是氢气与氧气同时存在于有限的空间内，二是氢气的含量在爆炸范围内，三是有火源引入。爆炸的过程大致为火源引入，使火源附近的可燃气体燃烧，发出热量，体积膨胀，压缩其邻近层，使该层温度升高，继续燃烧，如此迅速传播，使全部氢气瞬间同时发生反应，气体体积急剧膨胀产生高压而使设备损坏或人员受伤。据氢气协会和美国能源部能量效率与可再生能源办公室共同发表的有关氢气安全情况说明书内容获悉，氢气不见得比汽油和天然气更危险。事实上，比起汽油和其他燃料，氢气的差异性实际上为其提供了安全优势。然而，所有易燃物都需要进行可靠的处理。与汽油和天然气一样，氢气这种易燃物在特定情况下能够发生危险。虽然这样，如果遵守简单原则，以及使用者对其性能有充分了解的话，氢气是能够安全处理的。1）与其他易燃物的比较氢气比空气轻，扩散速度比天然气快3.8倍，这就意味着，如果氢气发生扩散，它将快速扩散成不可燃浓度。氢气向上扩散速度几乎可达到45mph（65.6英尺/s），是氮气的2倍，天然气的6倍。因此，除非受到屋顶、通风差的屋子或其他充有上升气体的场所限制，氢气的物理定律会防止它聚集在泄露处周围（或靠近使用充氢设备的人员）。简单的说，要造成火灾危害性，氢气首先需要被限制在狭小的空间内；然而，因为氢气是宇宙中最轻的元素，因此很难将它控制在固定空间。工业领域在设计需要使用氢气的结构中考虑到氢气的这些特性。在万一出现意想不到的氢气泄漏的时候，这些设计将帮助氢气扩散并远离使用人员。氢气是无气味，无色，无味道的气体，所以人类感官无法对其泄漏有所警觉。然而，考虑到氢气是向上挥发的气体，氢气在室内发生泄漏会暂时聚集在天花板处，最终将转移到角落。基于这些原因，工业领域通常使用氢气感测器来帮助检测氢气泄漏，几十年来，氢气感测器保持了极高的安全记录。2） 燃烧氢气燃烧主要生成热量和水。由于缺乏碳元素，以及当氢气燃烧时产生吸热水蒸气，引燃氢气产生的热辐射将比引燃碳氢化合物少得多。因为氢气在燃烧时在火焰附近释放较低的热量（火焰本身作为热点），所以产生二次火灾的风险较低。与任何易燃物质一样，氢气可燃烧。但是氢气的浮性、扩散性以及很小的分子大小特点使它很难聚集并产生燃烧。想让氢气发生燃烧，需要同时满足一定的氢气浓度、出现引火源以及适当数量的氧化剂（如氧气）氢气具有很宽的燃烧范围（空气中为4%〜74%），引燃氢气（0.02mJ）所需的能量非常低。然而，当氢气的浓度很低时（低于10%），引燃氢气所需的能量就要很高，与天然气和汽油在他们相应的燃烧范围内所需的引燃能量差不多，实际上在接近氢气较低燃烧范围的情况下，氢气更难被引燃。3） 爆炸氢气不会在氢气罐或任何仅充有氢气的地方发生爆炸。像氧气这样的氧化剂的纯氧浓度必须至少为10%，或者空气浓度为41%。氢气的爆炸浓度范围为18.3%〜59%。尽管爆炸范围很宽，需要牢记的是，比起氢气，汽油更具危险性，因为汽油的在1.1%〜3.3%这样较低的浓度下就能够发生爆炸。另外，氢气由于其向上挥发的特性使得它很难在露天的环境下发生爆炸。这与像丙烷或汽油这样的重气体正好相反，他们在地面盘旋，存在更大的爆炸危险性。氢氮、氩氢混合气的性能由于掺杂了大量的惰性气体，与纯氢气的很大的区别，可燃性、爆炸性大大降低，实验表明混合气氢含量需在15%以上才能在空气中点燃。使用氢气时的安全注意事项氢气是可燃易爆气体，并且着火能低、扩散速度大，也是窒息性气体，所以在使用氢气时，除应严格遵守氢气安全使用的规定外，主要应防止氢气集聚形成爆炸混合气和防止氢气着火、回火等事故的发生。（1） 为防止使用场所内氢气的集聚，应采取良好的通风措施、即时的氢气泄漏报警系统。（2） 氢气供应系统的设备、管路及其附件、阀门的选型、选材和施工验收、维护管理都应做到准确、严格，使氢气供应系统始终处于完好状态，不得有泄漏现象发生。（3） 应按规定检查使用氢气场所的电气装置（包括防静电接地）的防爆措施、装置接线（缆）的完好性，即时发现缺陷、即时正确处理。（4） 应按规定检测氢气纯度，使用场所内的氢气浓度，即时发现超标或不合格，即时查明原因，即时处理、直至停止供氢进行检查。（5） 应按规定检查氢气供应系统的阻火器是否完好、阻火性能等，使之确保氢气使用过程的安全性。主要氢气安全防范措施：1、 通风2、 安装有大量氢气报警器。3、 定期采用手持式氢气检测仪对氢气浓度进行检测。4、 所有氢气管道采用不锈钢并接地。5、 生产车间维持一定的湿度，降低静电的积聚。6、 送入生产区的氢气浓度有在线浓度检测，一但高于规定范围立即切断氢气管道。附录：氢气安全规程标准名称：氢气使用安全技术规程GB4962-85UDC614.83.661.96标准编号：GB4962-85UDC614.83.661.96标准正文：Technicalsafetyregulationforgaseoushydrogenuse国家标准局1985-03-01发布1985-11-01实施为防止氢气发生火灾、爆炸事故，保护职工生命安全和避免国家财产遭受损失，本标准对氢气使用的安全技术作出规定。本标准适用于瓶装氢气为气源的供氢站、供氢装置和供氢作业。使用氢气除执行本标准外，其他未作规定的问题，尚应符合现行的国家有关规范、规程的要求。1名词术语1.1供氢站汇流排间、实瓶间和空瓶间的统称。1.2供氢装置（或称供氢系统）贮存、输送氢气的设备、管道和附件的组合体。气瓶空瓶和实瓶的统称。实瓶在一定充灌压力下的气瓶，一般以40升水容量，150公斤力/厘米八2压力计算。空瓶无压力或在一定残余压力下的气瓶。1.6集装瓶用框架固定的若干气瓶的组合单元。1.7放空管向大气中直接排放氢气的设施。1.8阻火器防止氢气回火的一种安全装置。1.9含湿氢气具有一定相对温度，且在输送过程中能达到饱和并析出水分的氢气。1.10明火地点室内外有外露火焰或赤热表面的固定地点。1.11散发火花地点有飞火的烟囱或室外的砂轮、电焊、气焊和电气开关等固定地点。2供氢站2.1供氢站在厂区的总平面布置应符合下列要求：2.1.1供氢站宜布置在厂区的边缘，车辆出入方便的地段，并尽可能靠近主要用氢地点。2.1.2供氢站平面布置的防火间距，不应小于下表的规定。2.2供氢站应采用独立的单层建筑，其耐火等级不应低于二级。不得在建筑物的地下室、半地下室设供氢站。当实瓶数量不超过60瓶时，可与耐火等级不低于二级的用氢厂房或耐火等级不低于二级的非明火作业的丁、戊类厂房毗连，但毗连的墙应为无门、窗、洞的防火墙。供氢站平面布置的防火间距表名称最小防火间距，米其他建筑物耐火等级一、二级12三级14四级16甲类物品库房20屋外变、配电站25民用建筑25重要公共建筑50明火或散发火花地点30水槽式可燃气体贮罐，米3<50012501-1000015>1000020水槽式氧气贮罐，米3<100010>100012易燃液体贮罐，米31-501551-20019201-1000251001-500031可燃液体贮罐100-50006按5米3可燃液体等于1米3易燃液体折算煤和焦炭，吨>50008厂外铁路（中心线）30厂内铁路（中心线）20厂外道路（路边）15厂内主要道路（路边）10厂内次要道路（路边）5注：①建筑物之间的防火间距按相邻外墙的最近距离计算。如外墙有凸出的燃烧物件，则应从其凸出部分处缘算起；贮罐、变压器和防火间距应从距建筑物最近的外壁算起。供氢站与其他建筑物相邻面的外墙均为非燃烧体，且无门、窗、洞及无外露的燃烧体屋檐，其防火间距可按本表减少25%。固定容积可燃气体贮罐，应按其水容量（米八3）和工作压力（公斤力/厘米八2）的乘积，按本表水槽式贮罐的要求执行。供氢站与架空电力线的防火间距，不应小于电线杆高度的1.5倍。2.3供氢站厂房的防爆设计应按TJ16-74《建筑设计防火规范》（试行）的有关规定执行。其中泄压面积与房间容积的比值，不应小于其上限值。2.4供氢站屋架下弦的高度不宜小于4米（集装瓶站房的高度不宜小于6米）。2.5房顶应做成平面结构，防止出现积聚氢气的死角。地坪尽可能做到平整、耐磨、不发火花，且与装卸平台等高。2.6汇流排间、空瓶间和实瓶间的布置应符合下列要求：2.6.1汇流排间、空瓶间和实瓶间应分别设置（集装瓶站房除外）。汇流排间可以通过门洞与空瓶间或实瓶间相通，但各自必须有独立的出入口。2.6.2当实瓶数量不超过60瓶时，空瓶、实瓶和汇流排可布置在同一房间内，但实瓶、空瓶应分别存放。空（实）瓶与汇流排之间的净距不宜小于2米。2.6.3汇流排间、空瓶间和实瓶间不应与仪表室、配电室和生活间直接相通，应用无门、窗、洞的防火墙隔开。如需连通，应设双门斗间，门采用自动关闭如弹簧门），且耐火极限不低于0.9小时。2.6.4空瓶间和实瓶间应有支架，栅栏等防止倒瓶的设施。2.6.5汇流排间、空瓶间和实瓶间内通道的净宽应根据气瓶的搬运方式确定，一般不宜小于1.5米。2.6.6汇流排间应尽量宽敞。汇流排宜靠墙布置，并特设固定气瓶的框架。2.6.7实瓶间应有遮阳措施，防止阳光直射气瓶。2.6.8空瓶间和实瓶间应设气瓶装卸平台。平台的高度由气瓶运输工具确定，一般高出室外地坪0.4-1.1米，平台的高度为1.5-2米。平台上的雨篷和支撑应采用非燃材料。集装瓶站房应设防爆起重设施。2.7室内必须通风良好，保证空气中氢气最高含量不超过1%（体积比）下同。建筑物顶部或外墙的上部设气窗（楼）或排气孔。排气孔应朝向安全地带，室内换气次数每小时不得小于三次，事故通风每小时换气次数不得小于七次2.8电气设备的选型、配线和接地应符合国家《爆炸危险场所电气安全规程》的有产规定。2.9供氢站应有防雷措施。3.10按GB2894-82《安全标志》的规定在供氢站周围设置禁火标志。3供氢设置3.1氢气瓶氢气瓶的设计、制造和检验应符合《气瓶安全监察规程》的要求3.2集装瓶3.2.1每单元总重不得超过2吨。集装夹具、吊环的安全系数不得小于9。气瓶、管路、阀门和接头应予以固定，不得松动位移，管路和阀门应有防止碰撞的防护装置。3.2.2总管路应有两只阀门串联，每组气瓶应有分阀门。3.3固定容积贮气罐3.3.1贮气罐应设放空阀，安全阀和压力表。凡最高工作压力大于或等于1公斤/厘米八2时，其设计、制造和检验应符合《压力容器安全监察规程》的要求。3.3.2贮气罐的基础和支承必须牢固，且为非燃烧体。3.3.3贮气罐的地面应高于相邻散发可燃气体、可燃蒸气的甲、乙类生产单元的地面，否则应设高度不低于1米的实体围墙予以隔离。3.3.4贮气罐平面布置的防火间距，按IJ46-74中可燃性气体贮罐防火间距的有关规定执行。3.4管道3.4.1管道和附件应选用符合国家标准规格的产品，并应适合氢气工作压力、温度的要求。氢气管道应采用无缝金属管道，禁止使用铸铁管道。3.4.2管道的连接一般应采用焊接或其他有效防止漏气的连接方式。3.4.3管道上应设放空管、取样口和吹扫口，其位置应能满足管道内气体吹扫、置换的要求。3.4.4当氢气作焊接、切割、燃料和保护气等使用时，每台（组）用氢设备的支管上应设阻火器。3.4.5管道敷设应符合下列要求：3.4.5.1氢气管道宜采用架空敷设，其支架应为非燃烧体。架空管道不应与电缆、导电线敷设在同一支架上。氢气管道与燃气管道、氧气管道平行敷设时，中间宜有不燃物料管道隔开，或净距不小于250毫米。分层敷设时，氢气管道应位于上方。氢气管道与建筑物、构筑物或其他管线的最小净距可参照有关规定执行。3.4.5.2室内管道不应敷设在地沟中或直接埋地，室外地沟敷设的管道，应有防止氢气泄漏、积聚或窜入其他沟道的措施。埋地敷设的管道埋深不宜小于0.7米。含湿氢气的管道应敷设在冰冻层以下。3.4.5.3管道穿过墙壁或楼板处，应设套管。套管内的管段不应有焊缝，管道和套管之间应用不燃材料填塞。3.4.5.4管道应避免穿过地沟、下水道及铁路汽车道路等，当必须穿过时应设套管。3.4.5.5管道不得穿过生活间、办公室、配电室、仪表室、楼梯间和其他不使用氢气的房间。不宜穿过吊顶、技术（夹）层，当必须穿过吊顶或技术（夹）层时，应采取安全措施。3.4.6室内外架空或埋地敷设的管道和汇流排及其连接的气瓶均应互相跨接和接地，跨接和接地措施按国家现行的有关规定执行。3.5放空管3.5.1氢气贮罐的放空阀、安全阀和管道系统均应设放空管。3.5.2放空管应采用金属材料，不准使用塑料管或橡皮管。3.5.3放空管应设阻火器，凡条件允许，可与灭火蒸汽或惰性气体管线连接，以防着火。3.4.4室内放空管的出口，应高出屋顶2米以上。室外设备的放空管应高于附近有人操作的最高设备2米以上。3.5.5放空管应采取静电接地，并在避雷保护范围之内。3.5.6应有防止雨雪侵入和外来异物堵塞放空管的措施。4氢气系统运行安全要点4.1输入系统的氢气含氧量不得超过0.5%。4.2氢气系统运行时，不准敲击，不准带压修理和紧固，不得超压，严禁负压。4.3管道、阀门和水封装置冻结时，只能用热水或蒸汽加热解冻，严禁使用明火烘烤。4.4设备、管道和阀门等连接点泄漏检查，可采用肥皂水或携带式可燃性气体防爆检测仪，禁止使用明火。4.5不准在室内排放氢气。吹洗置换，放空