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电子半导体

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半导体芯片用水主要在于前端晶棒硅切片冷却用水,基板晶圆片检测清洗用水,中段晶圆片溅镀、曝光、电镀、光刻、腐蚀等工艺清洗,后段检测封装清洗。LED芯片主要是前段在MOCVD外延片生长用水,中段主要在曝光、显影、去光阻清洗用水,后段检测封装用水。同时,半导体行业对TOC的要求较高。
电子半导体行业用水一般工艺
1.MMF+ACF+2RO+EDI+SMB
2.盘滤+ACF+UF+2RO+EDI+SMB
3.MMF+ACF+CAX+RO+MB+SMB

1.预处理系统

预处理系统作为反渗透的前处理,主要目的是去除原水中的悬浮物、胶体、色度、浊度、有机物等妨碍后续反渗透运行的杂质。

预处理的设备主要包括:原水箱、原水泵、多介质过滤器、活性炭过滤器等。

 

原水箱

原水首先流入原水箱。原水箱对原水的供给起到缓冲作用,协调原水的供给量与原水泵的输入量。当原水的供应量超过原水泵的输水量时,原水箱水满,通过原水箱的液位元元控制使用原水供给停止。当原水供应量小于原水泵的输水量时,原水箱空,原水泵停止运行,起到保护原水泵的作用。

 

原水泵

用于对原水加压,为预处理系统提供动力源,该泵具有体积小,高效率,低噪音等特点。

 

加药系统:(絮凝剂)

原水中投加入絮凝剂与原水中胶体、颗粒形成絮凝体,有利于在多介质过滤器中被过滤掉,提高过滤效果,进一步降低出水浊度,保证RO进水SDI≤2。

该设备占地小,安装移动方便。就位后,只要接上水、电,即可使用,操作管理简便,大大地减少操作人员的劳动强度。药剂的投加随高压水泵的启停而自动投加,药剂添加量是可调的。

 

多介质过滤器

本系统是对原水中悬浮物、颗粒物及胶体等物质进行去除,同时对原水中的浊度、色度起到降低作用,它完全可能滤掉原水带来的颗粒、藻类等可见物。

多介质过滤是一种先进的微絮凝过滤方式,纯水一号提供的多介质过滤器含有材质各异的多层过滤介质,完全能滤除不溶于水中的杂质,保证SDI值不大于3,是后级RO的强有力保护屏。能更好的去除水中的悬浮物或非溶解性粒子(氧化物、浊度、颗粒物等),具有低成本,操作维护、管理方便等特点,特别是在降低原水中的浊度、污染指数等方面具有很好的效果。


多介质过滤器反洗周期时间为16-24小时。反洗以压力参数设备来控制反冲洗周期,当进出水母管上的压力差达到0.5kg/cm2时即停止运行进行反冲洗,反洗水可由单独设置的反洗水泵供水控制和调节反洗水流量,反洗水强度应使滤层膨胀15-25%。反洗时送入压缩空气,擦洗滤料,其强度为30-50升/秒·米2,反洗水可用反渗透的浓水。

 

活性炭过滤器

市政自来水在经过消毒处理后,官网末梢的残余余氯是一种强氧化剂,如果不加以去除,会对树脂和反渗透造成不可逆转的损坏.用活性炭进行吸附处理,可以非常彻底地去除余氯。活性炭不仅吸附能力强,而且吸附容量大,其主要原因就是其多孔结构,其比表面积高达500-700m2/g。正是由于活性炭具有发达的细孔结构和巨大的比表面积,因此可以完全吸附水中的余氯及吸附部分有机物,而且对色度、臭味也有较好的去除效果。

 

2.反渗透脱盐水系统

反渗透系统承担了主要的脱盐任务。反渗透系统设备包括阻垢剂加药装置、保安过滤器、一级高压泵、一级反渗透膜组、NaOH加药装置、二级高压泵、二级反渗透膜组、化学清洗系统等。 


2.2.1阻垢剂加药装置 

阻垢剂加药系统在反渗透进水中加入阻垢剂,防止反渗透浓水中碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙等难溶盐浓缩后析出结垢,堵塞反渗透膜。从而损坏膜元件的应用特性,因此在进入膜元件之前设置了阻垢剂投加装置。阻垢剂是一种有机化合物质,除了能在朗格利尔指数(LSI) =2.6情况下运行之外,还能阻止SO42-的结垢,它的主要作用是相对增加水中结垢物质的溶解性,以防止碳酸钙、硫酸钙等物质对膜的阻碍,同时它也可以降低铁离子堵塞膜的微孔。

本系统推荐使用进口PTP-0100复合阻垢剂,它具有:

1)抑制析出作用。

2)分散作用。

3)晶格扭曲作用。

4)络合作用。


2.2.2 保安过滤器

经过前面的石英过滤器、活性炭过滤器之后,原水中大颗粒悬浮物已基本被除去,而一些小颗粒悬浮物则没有被除去。在这里,再进行一次微滤,去除5μm以上的悬浮物,以保护RO膜不被堵塞。同时,一些活性炭细沫也被截留在反渗透系统之外。保安装过滤器进出口设压力指示表,当压差增大到设定值时更换滤芯。

 

2.2.3 NaOH加药装置 

在二级反渗透高压泵前加入NaOH,用以中和水中的CO2形成易于被RO膜脱除的Na2CO3。二氧化碳有两种效果:首先CO2和Ca2+、Mg2+形成碳酸盐类结垢,这种垢的形成与给水的离子浓度和PH有关。第二,由于CO2的电荷变化与PH值有关,而其被RO和EDI的除去都依赖于其电荷,他的去除效率是有变化的。即使较低的CO2都能显著地降低产品水的电阻率。所以本工艺设计了加碱调PH值技术,大大提高了RO系统的产水水质,满足EDI 装置对其进水水质的要求,真正的发挥出EDI的先进性。 

 

2.2.4高压泵

高压泵是反渗透设备的主要动力设备,高压泵设置有过热保护,泵前后分别设置低、高压保护开关。当高压泵进水压力低于设定值后,高压泵停运,以保护高压泵,当高压泵出口压力高于设定值后,高压泵停运,以保护反渗透膜。

 

2.2.5清洗装置

反渗透膜在长期运行中,表面会逐渐有进水中存在的各种污染物的沉积而引起膜的污染,这造成系统性能(脱盐率和产水量)的下降,组件进出口压差的升高;膜的定期清洗是防治膜污染的主要措施之一。

反渗透装置在停运和化学清洗前,都需要进行低压水冲洗;

在运行较长时间后,若压差明显增大,产水量明显下降,则需要进行化学清洗。

清洗剂选用膜专用清洗药剂,绝对无污染、无化学药剂残留;清洗装置包括清洗水泵、清洗水箱以及清洗用精密过滤器等。

 

2.2.6反渗透装置

反渗透系统主要去除水中溶解盐类,同时去除一些有机大分子,前阶段未去除的小颗粒等。包括:高压泵、反渗透装置、反渗透清洗系统等。

预处理系统产水进入反渗透膜组,在压力作用下,大部分水分子和微量其它离子透过反渗透膜,经收集后成为产品水,通过产水管道进入后续设备;水中的大部分盐分和胶体、有机物等不能透过反渗透膜,残留在少量浓水中,由浓水管排出。

在反渗透装置停运时,自动冲洗3-5分钟,以去除沉积在膜表面的污垢,使装置和反渗透膜得到有效保养。 

反渗透膜经过长期运行后,会积累某些难以冲洗的污垢,如有机物、无机盐结垢等,造成反渗透膜性能下降。这类污垢必须使用化学药品进行清洗才能去除,以恢复反渗透膜的性能。化学清洗使用反渗透清洗装置进行,装置包括一台清洗液箱、清洗过滤器、清洗泵以及配套管道、阀门和仪表。当膜组件受污染时,可以用它进行RO系统的化学清洗。 

 

2.2.7 RO产水箱 

用于储存反渗透产水,起到缓冲和调节水量的作用,防止进水压力波动,保证高压泵的安全稳定运行,并通过控制系统实现与高压泵的连锁。通过水箱的调节可保证RO系统在清洗时有足够的水量供应后段用水,实现24小时连续运行。

 

3.EDI高纯水系统 


EDI精处理系统主要功能是深一层除去水中的盐类和离子,使水的纯度提高(电阻率≥15.0MΩ.CM);该装置产出水水质稳定,产出的水质的电阻率可达16.0MΩ左右。

设备主要包括:EDI给水泵、紫外线杀菌器、精密滤器、EDI 装置等。

 

3.3.1紫外线杀菌器

设置紫外线杀菌灯,将水中余留的少量细菌杀死,确保进入EDI系统的细菌指标达到进水要求。其紫外线波长为254nm,照射强度30000μws/cm2,使用寿命大于8000 h,杀菌率>99%。

紫外线杀菌的特点是:杀菌能力强,接触时间短:设备简单,操作管理方便,处理时不改变水的物理和化学性质;处理后的水无色、无味、无中毒的危害;不会增加像氯气杀生时出现的氯离子,因此不会因带入附加物而造成二次污染。

 

3.3.2精密过滤器

0.22μm 过滤器的作用是截留经紫外线杀菌器杀死的细菌尸体,防止进入EDI系统。过滤器中的滤芯,当过滤器进出口压差大于设定值(通常为0.07~0.1Mpa)时应当更换。安装滤芯时应上下对中,否则会损坏滤芯,更严重的会失去过滤作用。

 

3.3.3  EDI装置 

EDI装置是应用有反渗透系统之后,取代混合离子交换床的成熟技术具有产水品质稳定,运行费用低,操作管理方便。占地面积小及无有害废水排放等优点。超纯水制备工艺的发展方向,已被全世界主要水处理工程公司所认证。自1986年EDI技术工业化以来,已有数千套EDI投入支行,尤其在制药、半导体、电力和光电等工业中得到了非常广泛的应用。

 

EDI正常运行的最低条件:

以下是保证EDI正常运行的最低条件。为了使系统运行效果更佳,系统设计时应适当提高这些条件。

★给水:RO纯水,一般水的电导率为4-30us/cm。

★PH:5.0-8.0(在此PH条件下,水硬度不能太高)

★温度:5-35℃

★进水压力:最大为4kg/cm2(60psi),最小为1.5kg/cm2(25psi)。

注意:组件压力损失取决于流量和水温。

 

EDI组件标准配置:

★出水压力:浓水和电极水的出口压力必须低于产品的出口压力。

★硬度(以CaCO3计):最大为1.0ppm,建议采用0.1ppm。

★有机物:最大为0.05ppm。

★氧化剂:最大为0.05ppm(CL2),0.02ppm(03)。

★变价金属:最大为 0.01 ppm Fe。

★二氧化硅:50-150ppb。

★二氧化碳CO2的总量:二氧化碳含量和PH值将明显影响产品水电阻率。在大于10ppm时般应在EDI设备前安装脱气装置。

 

4.抛光混床(SMB)系统

设置抛光混床是为了更好地降低EDI系统过程中未脱尽的阳离子、阴离子,防止管路系统的二次污染,满足生产给水的需要,保证出水电阻率≥17.5-18.0MΩ.cm。抛光混床内装填的树脂为核级树脂,失效后无需再生,直接更换。

在后续的水处理工艺中推荐采用抛光混合离子交换系统。这样,一方面既可发挥树脂交换容量大、无需再生等优越性,另一方面有利于保证出水水质(出水电阻率≥17.5-18.0MΩ),降低设备运行成本。


终端过滤器 

终端采用过滤精度为0.1微米的终端过滤装置,以截留水中的微细颗粒和细菌尸体,保证出水的颗粒物含量指标满足要求。该装置滤芯采用0.1μm绝对过滤芯,并且过滤器罐体采用不锈钢材质。

 

超纯水的储存、分配及灭菌

对于一个有经验的水处理公司来讲,确定科学合理的纯水制备工艺流程,才能制备出既可以达到用户所需纯水的化学指标,又能满足其物理质量标准的纯水。实践证明,如果出水水质不合格,多数情况出现在纯水在储存及分配过程中的细菌二次污染。科学的设计纯水储存和分配二环节,是保证纯水不受二次污染的重要手段。为此,纯水一号设计了真正的大循环供水方式,设计了20-30%的循环量,且回水管路加装回水紫外线,可有效的预防微生物污染。大循环管道采用低溶出物的C-PVC材质,减少纯水在输送过程中的微离子析出。