化學(xué)品集中供液系統(tǒng)在濕化學(xué)工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用

吳光慶，郭春華

(中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所,北京101601)

化學(xué)品集中供液系統(tǒng)在濕化學(xué)工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用

吳光慶，郭春華

(中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所,北京101601)

介紹了化學(xué)品集中供液系統(tǒng)（CDS）的組成以及工作原理，并探討了系統(tǒng)中幾種關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的功能，為遠(yuǎn)距離輸送、精確配比等工況下的高效供液打下基礎(chǔ)。

化學(xué)品集中供液系統(tǒng)（CDS）；遠(yuǎn)距離輸送；精確配比；氣液分離器

隨著濕化學(xué)設(shè)備在LED、太陽能、MEMS、功率器件、分立器件、先進(jìn)封裝和半導(dǎo)體材料等領(lǐng)域自動(dòng)化程度的不斷提高，傳統(tǒng)的人工手動(dòng)配液、補(bǔ)液逐漸由自動(dòng)供液取代。在這一過程中，化學(xué)品集中供液系統(tǒng)（CDS）便得到了越來越重要的應(yīng)用。尤其在大揚(yáng)程輸送，精確配比等使用環(huán)境下，便體現(xiàn)出其極大地優(yōu)勢。

1 CDS供液系統(tǒng)組成及基本要求

1.1 CDS供液系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由機(jī)架、引風(fēng)單元、電控單元、供液單元、管路單元及化學(xué)液分配閥箱(VMB)等部分組成，分別如圖1和圖4所示。

圖1 CDS供液系統(tǒng)基本組成

1.2 CDS供液系統(tǒng)基本要求

1）操作安全：系統(tǒng)應(yīng)具有抗腐蝕性、毒性、耐壓、防燃防爆等功能，保證操作者安全；

2）兼容性：與化學(xué)品接觸部份應(yīng)完全與輸送化學(xué)品兼容，對(duì)化學(xué)品零污染；

3）流量及揚(yáng)程：滿足供液過程中的流量和揚(yáng)程要求，尤其對(duì)高濃度化學(xué)品（如 H2SO4、H3PO4）和具有垂直落差（供液系統(tǒng)與工藝機(jī)臺(tái)不在同一高度）的動(dòng)力空間；

4）自動(dòng)控制操作運(yùn)轉(zhuǎn)：系統(tǒng)單元與機(jī)臺(tái)界面自動(dòng)化；

5）精確配比：系統(tǒng)連續(xù)供液（配液、補(bǔ)液）過程中準(zhǔn)確可靠，脈動(dòng)性較好；

6）取樣分析：便于對(duì)系統(tǒng)中管路的粒子數(shù)、金屬離子等取樣分析；

7）泄漏警報(bào)：檢測泄漏及緊急關(guān)閉系統(tǒng)(EMO)；

8）其他：系統(tǒng)自診斷及管路維修保養(yǎng)功能。

2 CDS供液系統(tǒng)工作原理

CDS供液系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。

圖2 CDS供液系統(tǒng)工作原理圖

一般情況下，同種溶液的原液桶為兩個(gè)，一用一備。當(dāng)其中一個(gè)桶的液位傳感器檢測到該桶已經(jīng)無液時(shí)，信號(hào)會(huì)自動(dòng)使切換閥切換到另一個(gè)滿桶繼續(xù)工作。在有些情況下，受客戶場地或廠務(wù)因素等影響，供液系統(tǒng)與工藝機(jī)臺(tái)處于非同一高度，如圖3所示。

這種情況下必須考慮液體傳輸?shù)倪B續(xù)性，當(dāng)管路系統(tǒng)中夾雜氣泡時(shí)，流量計(jì)測得的流量值就會(huì)存在誤差，使得配液比例不精確，從而影響客戶工藝。因此需要借助安裝氣液分離器來保證管路系統(tǒng)中傳輸液體的連續(xù)穩(wěn)定。分配箱通過將運(yùn)輸?shù)囊后w分流，多點(diǎn)應(yīng)用，保證各工藝機(jī)臺(tái)的同時(shí)在線供液。

圖3 供液系統(tǒng)與機(jī)臺(tái)廠務(wù)布置空間圖

2.1 供液泵

供液泵作為動(dòng)力源，常與閥門、管道、流量計(jì)等組成自動(dòng)供液系統(tǒng)，用于配液、補(bǔ)液。常用的供液泵有氣動(dòng)隔膜泵和風(fēng)囊泵。氣動(dòng)隔膜泵采用壓縮空氣作為動(dòng)力源，對(duì)于各種腐蝕性的液體、帶顆粒的液體、高黏度、易揮發(fā)、易燃的液體均可輸送。隔膜泵的主要特點(diǎn)是：具有自吸功能，可空轉(zhuǎn)運(yùn)行，但沒有機(jī)械密封，不會(huì)產(chǎn)生顆粒及污染，適用于中高黏度的液體，但液體的脈動(dòng)性較大。由于隔膜泵在連續(xù)不間斷工作時(shí)膜片的使用壽命較短，因此需頻繁更換膜片。而風(fēng)囊泵除具有氣動(dòng)隔膜泵的主要優(yōu)點(diǎn)外，因采用全氟材料，耐腐蝕和耐高溫性更強(qiáng)。由于風(fēng)囊泵是用風(fēng)囊取代了隔膜泵中的膜片，更適用于連續(xù)不間斷運(yùn)行。輸送的液體脈動(dòng)較隔膜泵小，使用壽命更長，但成本更高。值得一提的是，當(dāng)泵的運(yùn)輸管路在垂直方向含有落差時(shí)，泵的選型需格外注意。與在水平方向不同，因?yàn)樵诖怪狈较蛏?，泵需要克服液體的重力將液體輸送到所需高度，因此泵的揚(yáng)程要滿足要求。

2.2 流量計(jì)

流量計(jì)可以用來測量液體、氣（汽）體和固體（沖量流量計(jì)），以滿足過程控制和計(jì)量的需要[1]。在濕化學(xué)工業(yè)設(shè)備中經(jīng)常作為一種計(jì)量工具廣泛應(yīng)用到溶液的配比、補(bǔ)液等環(huán)節(jié)中。例如SPM溶液，其組成成分一般按比例分為5∶1∶1（H2SO4∶H2O2∶H2O）和2∶1（H2SO4∶H2O2）兩種；APM溶液（NH4OH:H2O2∶H2O）等，對(duì)于這種混合的溶液而言，各成分的比例就是通過流量計(jì)控制的。

2.3 氣液分離器

氣液分離器就是讓混雜的氣相液相各自聚合成股，液滴碰撞聚結(jié)，氣體除去液滴后上升，從而達(dá)到氣液分離的目的。其原理是利用氣液比重不同，在慣性碰撞作用下，當(dāng)流速降低后，在主流體轉(zhuǎn)向的過程中，氣相中細(xì)微的液滴下沉，從而與氣體分離，或利用旋風(fēng)分離器，氣相中細(xì)微的液滴被進(jìn)口高速氣流甩到器壁上，碰撞后失去動(dòng)能而與轉(zhuǎn)向氣體分離。常采用的分離結(jié)構(gòu)有重力沉降、離心力分離和超濾分離等。

2.4 分配箱

分配箱（VMB）是一種內(nèi)嵌式多分支液體管道閥門分配控制箱體。VMB是易燃且具有腐蝕性、毒性等危險(xiǎn)性液體供應(yīng)專用組件。它能使液體從單一來源分配到多點(diǎn)應(yīng)用。對(duì)于每個(gè)使用點(diǎn),氣壓可單獨(dú)調(diào)控,從而滿足個(gè)性化需求。另外，供液系統(tǒng)所供應(yīng)的化學(xué)品一般都有很高的純度要求,金屬離子濃度一般控制在一定的數(shù)量級(jí)[2]。分配箱設(shè)有采樣口，主要目的是可隨時(shí)監(jiān)測溶液濃度、成分等物理或化學(xué)特性，以滿足工藝需求。

圖4 分配箱原理圖

3 結(jié)束語

本文介紹了化學(xué)品集中供液系統(tǒng)（CDS）的組成以及工作原理，并探討了集中供液系統(tǒng)中幾種關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的功能，為遠(yuǎn)距離輸送、精確配比等工況下的高效供液打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張潤，張峰，王玉，等.基于濕法清洗設(shè)備自動(dòng)供液系統(tǒng)的研究.[J].山西電子技術(shù)，2016，(6)：80-81.

[2] 張?jiān)菩?，黃其煜.300 mm半導(dǎo)體代工廠的化學(xué)供應(yīng)系統(tǒng)探討[J].現(xiàn)代管理，2007，32(1)：17-20.

Application of Chemical Centralized Dispense System in Wet Chemical Industry Equipment

WU Guangqing，GUO Chunhua

(The 45thResearch Institute of CETC,Beijing 101601，China)

Composition and working principle of Chemical Centralized Dispense System(CDS)is introduced in this paper,and the functions of several key components in the system are discussed, which lay the root for high efficiency supply liquid under the condition of long-distance transmission and accurate matching.

Chemical centralized dispense system(CDS)；Long distance delivery；Exact match ratio；Gas-liquid separator

TN305

B

1004-4507(2017)03-0055-04

吳光慶（1969-），男，廣西玉林，工程師，主要從事半導(dǎo)體濕化學(xué)設(shè)備的研制和開發(fā)工作。

2017-03-22