半導體行業(yè)超純水處理系統(tǒng)優(yōu)化設計

袁帥

摘? ?要：隨著電子科技的迅速發(fā)展，半導體行業(yè)作為現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的關鍵產(chǎn)業(yè)，其超純水制備及處理技術也隨之快速發(fā)展。文章將針對半導體行業(yè)超純水處理系統(tǒng)的優(yōu)化設計進行研究。

關鍵詞：半導體;超純水;系統(tǒng)優(yōu)化

當下我國的超純水制備領域正在迅速發(fā)展，為了研發(fā)超純材料，應用蒸餾、反滲透技術、去離子化或其他適當?shù)某R界精細技術生產(chǎn)出來的水被稱為超純水。在我國科研事業(yè)蒸蒸日上的形勢下，很多精細程度的實驗都需要用到超純水，以保證實驗的效果與水中細菌、病毒等有機物無關。半導體行業(yè)是個高耗能的領域，在這個領域中，由于生產(chǎn)設備的精密性和生產(chǎn)工藝的復雜性，對其配套設施提出了很高的要求，尤其對作為半導體行業(yè)血脈的超純水系統(tǒng)更是高之又高。如果想保持競爭力，就要在產(chǎn)量的提高、成本的降低上著手，所以，本文通過對半導體行業(yè)中超純水處理系統(tǒng)的優(yōu)化設計進行探討，以期為相關科研工作提供一定理論幫助。

1? ? 超純水制備流程

隨著科研的不斷進步和發(fā)展，半導體行業(yè)需要大量高品質的超純水。超純水制備一開始采用了傳統(tǒng)的離子交換樹脂的方法，這種方法初次投資少，所占地方小，但要不斷耗費大量酸堿，進行離子再生，在一定程度上污染了環(huán)境。目前比較流行的是采用反滲透加離子交換設備的方法，這種方法雖然初次成本較之前要稍高，但離子再生的周期相對來說較長，耗費的酸堿也比之前要少很多。本文所分析的采用反滲透作預處理再配上電去離子裝置的方法，是目前超純水制備較為先進和環(huán)保的工藝方法，不需要用酸堿進行再生便可連續(xù)制取超純水，不會污染環(huán)境，制備出的超純水是目前世界上純凈品質要求最高的水。

半導體行業(yè)中超純水制備處理系統(tǒng)，利用了現(xiàn)在水處理技術最先進的工藝和設備：預處理系統(tǒng)，降低水中溶解性總固體的含量，同時祛除水中的懸浮雜質，是其主要作用。反滲透系統(tǒng)，多采用雙級反滲透工藝，從而做到降低能量消耗。電去離子通常采用EDI模塊和CEDI模塊，EDI是指在濃水室注入鹽水循環(huán)，從而使得膜組電阻率降低，不僅如此，還需要用不含硬度離子的精鹽，從而保證精度比較高。CEDI模塊是指在不需注入鹽水循環(huán)的情況下，不使用化學物質，通過在濃水室用專利樹脂技術降低膜組電阻率，濃水的電導率在20～100 μS/cm ，沒有極水排放，拋光混床部分基本采用雙級拋光混床等。超純水處理系統(tǒng)首先是通過原水池，在增壓汞的工作下進入多介質濾器模塊，再通過保安濾器和高壓汞的處理后進入反滲透裝置模塊，此時到達中間水箱，然后利用增壓汞，經(jīng)過陽床和陰床到達大循環(huán)水箱，進入動力傳輸和單混床，隨后在紫外殺菌器的作用下進入有效控制純水中的顆粒含量的最終端過濾，經(jīng)過終端過濾的超純水流向回水管路、出水管路、廢水排放管路以及檢測模塊。經(jīng)過超純水制備流程，有效控制了超純水中的離子、TOC和溶解氧、顆粒及硅含量，使二次污染降到最低程度。

超純水處理是一個循序漸進的過程，且處理部件都有一個合適的流量范圍，在供水過程中能夠保證系統(tǒng)的水循環(huán)，保證其良好的水質。在超純水制備過程中要注意選用脫氣效果好的脫氣膜、處理能力適宜的UV燈、控制二次污染能力高的單混床和能夠有效過濾超純水中的顆粒的濾芯的終端過濾器。超純水制備工藝流程如圖1所示。

2? ? 超純水處理系統(tǒng)優(yōu)化設計

傳統(tǒng)的純水制備設備安裝之后，數(shù)據(jù)的采集和管理便再無人問津。傳統(tǒng)的模式對系統(tǒng)的優(yōu)化有較大的弊端，首先，對制水過程的操作人員有較大的依賴，對水質和供氮情況以及各種汞的運行情況要實時確認和解讀，所以對管理人員的專業(yè)能力要求較高，會損耗很多專業(yè)人才。

2.1? 確定制備過程

針對原水水質、產(chǎn)水水質制定相關的超純水制備過程，目前會依據(jù)不同的狀況，增減超純水處理系統(tǒng)部分一些單元，從而達到符合不同行業(yè)的不同水質。舉例來說，集成電路8英寸超純水，對電阻率的標準是18 M?-cm@25 ℃。而光電產(chǎn)業(yè)，藍寶石襯底的超純水要求電阻率至少為16 M?-cm@25 ℃。光伏行業(yè)的太陽能級多晶硅超純水，對電阻率的要求一般在10 M?-cm@25 ℃。

2.2? 優(yōu)化成本

設備成本、運行成本是超純水系統(tǒng)的主要成本。設備成本一般是大部分成本，工藝流程制定結束后，考慮到備品備件的維護可以購買國外設備，在作用無差別的前提下可以購買國內設備，不要過多追求市場上高技術、高成本的設備，以防造成效率沒有得到提高，而成本大大提高的情況。

2.3? 穩(wěn)定系統(tǒng)

確保穩(wěn)定的合格水質才是超純水處理系統(tǒng)的最終目標。要達到系統(tǒng)穩(wěn)定性，在過濾塔、汞和離子交換塔等設備方面，設計采用N+1的原則進行。在控制系統(tǒng)方面，運用支持熱插拔、冗余的技術，確保在任何時候系統(tǒng)都可以穩(wěn)定運行。在電力系統(tǒng)方面，一般可利用緊急電源和分為市電以及不間斷電源供電。

2.4? 管路設計

超純水系統(tǒng)對制備過程中各項材料的材質要求都非常高。降低管材成本的效果，在預處理階段，一般會用到聚氯乙烯UPVC，之后往往都是用高潔度聚丙烯PP，回收系統(tǒng)一般會用尋常的聚偏二氟乙烯PVDF，這樣不僅可以使成本大大降低，還能夠保證整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

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