芯片生產(chǎn)主要環(huán)境問題及污染防治措施的探討

朱佳喜

（廈門市庚壕環(huán)境科技集團有限責(zé)任公司，福建 廈門 361000）

我國工業(yè)未來的發(fā)展方向是開發(fā)節(jié)能與綠色能源相關(guān)產(chǎn)品、智能電力電子、智能通訊、設(shè)備保護與安全、傳感與物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品都離不開具有高端功能的半導(dǎo)體器件、MEMS器件（微機電系統(tǒng)），以及電源管理IC等芯片產(chǎn)品。集成電路芯片的制造是一個高度技術(shù)密集、資金密集的產(chǎn)業(yè)，對生產(chǎn)和環(huán)境的要求都非常嚴格，而且其生產(chǎn)工藝非常復(fù)雜，原輔材料的種類眾多，設(shè)備繁多，其生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢水、廢氣、噪聲、固體廢物、環(huán)境風(fēng)險等對環(huán)境造成的影響也是不容忽視的。因此，相關(guān)企業(yè)應(yīng)采取切實有效的污染防治措施，達到有效避免和減少對環(huán)境造成的損害和不利影響的目的。

本文結(jié)合實際工作經(jīng)驗，以廈門某電子股份有限公司功率器件芯片生產(chǎn)項目為例，充分利用項目環(huán)境影響評價，進行了環(huán)境影響因素的識別和評價因子的篩選，以工程分析為重點，確定主要環(huán)境問題，根據(jù)污染物產(chǎn)生的全過程（包括生產(chǎn)、裝卸、儲存、運輸）、產(chǎn)生方式和治理措施，核算項目污染源源強，對建設(shè)項目“實施后可能造成的環(huán)境影響進行分析、預(yù)測和評估，提出預(yù)防或者減輕不良環(huán)境影響的對策和措施”[1]，達到有效避免和減少對環(huán)境產(chǎn)生的損害和不利影響。

1 項目概況

1.1 項目概況

該公司的產(chǎn)品為12英吋功率器件芯片生產(chǎn)線1條，勞動定員為330人，年生產(chǎn)時間為355天，采取三班二運轉(zhuǎn)，每班工作12小時的方式。項目產(chǎn)品主要用于汽車電子、工業(yè)控制、計算機、家用電器等領(lǐng)域。

1.2 項目組成

項目的組成包括：主體工程（包括生產(chǎn)廠房、研發(fā)辦公樓）；輔助工程（包括綜合動力站、冷凍站、純水站、空壓站等）；公用工程（包括給水、排水、供電供氣、空調(diào)與潔凈系統(tǒng)）；倉庫工程（包括大宗氣站、特氣站、倉庫）；環(huán)保工程（包括廢水處理站、廢氣處理設(shè)施、噪聲治理措施、固體廢物處置措施、土壤和地下水防治措施、環(huán)境風(fēng)險防范措施）等。

2 芯片主要生產(chǎn)工藝路線及產(chǎn)污環(huán)節(jié)

本項目所涉及的工藝屬于芯片的前工序加工，是采用半導(dǎo)體平面工藝的方法在襯底硅片上形成電路圖形的生產(chǎn)過程，通過光刻的方法以及腐蝕和刻蝕的方法形成摻雜通道，再通過離子注入或高溫擴散的方法摻雜形成半導(dǎo)體的PN結(jié)，然后沉積金屬引線，包括檢測和測試在內(nèi)的工藝步數(shù)可達到800～900步，甚至?xí)?。芯片生產(chǎn)工藝的流程思路示意圖如圖1所示。

圖1 芯片生產(chǎn)工藝流程思路示意圖

3 污染源識別與污染物確定

結(jié)合項目工藝流程，從所涉及的工藝、裝備類型，確定項目可能產(chǎn)生廢氣、廢水、噪聲、固體廢物等污染物的場所、設(shè)備或裝置，包括可能對水環(huán)境和土壤環(huán)境產(chǎn)生不利影響的“跑冒滴漏”等環(huán)節(jié)，識別所有污染物。本芯片生產(chǎn)項目污染源識別及污染物確定結(jié)果見表1。

表1 芯片生產(chǎn)項目污染源識別及污染物確定結(jié)果一覽表

4 廢水污染源及擬采取的治理措施

4.1 廢水污染源

芯片生產(chǎn)項目廢水類型及來源情況為：含氨廢水主要來自使用氨水清洗后排放的廢水；含氟廢水主要來自使用氫氟酸清洗、蝕刻清洗后排放的廢水；酸堿廢水主要來自生產(chǎn)工藝排放的酸洗廢水、工藝廢氣噴淋塔排水、純水系統(tǒng)排放的濃水、冷卻塔排水；有機廢水主要來自光刻、去膠等有機物質(zhì)清洗后的排水；研磨廢水主要來自減薄工序清洗廢水；職工生活污水。

廢水水質(zhì)與采取的工藝技術(shù)有關(guān)，污染源強核算主要采用類比法和物料衡算法進行計算。

4.2 廢水污染物治理措施

芯片生產(chǎn)項目根據(jù)各機臺廢水的性質(zhì)和成分，直接通過管道輸送進入相應(yīng)的廢水收集池內(nèi)，為生產(chǎn)廢水做到完全收集、分類處置做好先期準(zhǔn)備。采取的廢水治理措施包括：含氨廢水采用“吹脫+硫酸吸水法”處理，將氨從廢水中逸出，再采用硫酸溶液吸收；含氟廢水采用“二級混凝、絮凝、沉淀除氟”工藝，投加氯化鈣+氫氧化鈉沉淀處理工藝，生成氟化鈣、磷酸鈣沉淀而去除廢水中的氟、磷；有機廢水采用二級生化法處理；研磨廢水采用絮凝沉淀處理；酸堿廢水采用“一級沉淀物化+三級酸堿中和反應(yīng)”處理。

項目廢水采取的處理工藝均為《排污許可證申請與核發(fā)技術(shù)規(guī)范電子工業(yè)》（HJ1021-2019）中的可行技術(shù)。

5 廢氣污染源及擬采取的治理措施

5.1 廢氣污染源

芯片生產(chǎn)項目的生產(chǎn)過程是在密閉的生產(chǎn)區(qū)及設(shè)備內(nèi)進行，各生產(chǎn)區(qū)在廠房內(nèi)又獨立、分隔?；瘜W(xué)品的供應(yīng)全部采用管道，與對應(yīng)的使用點直接連接，廢氣從機臺排氣口按氣體性質(zhì)排入對應(yīng)的排氣支管，各支管通過排氣管路統(tǒng)一匯總至相應(yīng)的排氣主管，最終進入對應(yīng)的尾氣處理裝置經(jīng)處理后排放。根據(jù)廢氣性質(zhì)，將廠房內(nèi)的生產(chǎn)廢氣處理系統(tǒng)分為一般性廢氣（廢熱）排風(fēng)系統(tǒng)、酸性廢氣處理系統(tǒng)、堿性廢氣處理系統(tǒng)、有機廢氣處理系統(tǒng)、工藝尾氣處理系統(tǒng)，還包括廢水處理站的臭氣廢氣。

污染源強核算主要采用物料衡算法、產(chǎn)污系數(shù)法、類比法進行計算。

5.2 廢氣污染物的治理措施

5.2.1 酸性廢氣治理措施

酸性廢氣是采用“堿液噴淋塔”進行處理，以10%的氫氧化鈉溶液為吸收液。堿性廢氣的治理措施是采用“酸液噴淋塔”進行處理，以10%的硫酸溶液為吸收液。酸性、堿性廢氣洗滌凈化措施在電子行業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用相當(dāng)普遍，具有運行穩(wěn)定，處理效果好，投資少，處理費用低等優(yōu)點，是《排污許可證申請與核發(fā)技術(shù)規(guī)范電子工業(yè)》（HJ1031-2019）推薦的可行技術(shù)。

5.2.2 有機廢氣的治理措施

采用“沸石轉(zhuǎn)輪+換熱+焚化爐”處理系統(tǒng)治理有機廢氣。有機廢氣焚燒系統(tǒng)采用天然氣作為燃料。沸石轉(zhuǎn)輪濃縮燃燒系統(tǒng)適合于處理大流量低濃度的有機廢氣，為目前國內(nèi)大部分電子廠處理有機廢氣采用的處理技術(shù)，是HJ1031-2019推薦的可行技術(shù)。

5.2.3 工藝廢氣的治理措施

對積淀、離子注入等工藝中產(chǎn)生的硅烷、磷烷先經(jīng)設(shè)備自帶的POU凈化裝置進行“電熱氧化+淋洗”處理，處理后再進入酸性廢氣處理系統(tǒng)一同處理；干法刻蝕工藝中產(chǎn)生的氟化物先經(jīng)設(shè)備自帶的POU凈化裝置進行“等離子分解+水洗”處理，再進入酸性廢氣處理系統(tǒng)一同處理；離子注入工序注入的砷烷，約有75%未參加反應(yīng)，先經(jīng)設(shè)備自帶的POU凈化裝置進行“干式吸附”處理后單獨排放。

5.2.4 廢水處理站臭氣治理措施

廢水處理站產(chǎn)生的臭氣采用“兩級噴淋生物除臭裝置”進行處理，該處理技術(shù)為通用、成熟的工藝。

芯片生產(chǎn)項目還應(yīng)關(guān)注廢氣的無組織排放情況。生產(chǎn)所需的大部分物質(zhì)（各類酸、氨水等）儲存于廠房的化學(xué)品供應(yīng)間，儲存和使用過程中產(chǎn)生的少量廢氣均經(jīng)廠房一般排氣系統(tǒng)收集排放；特氣站內(nèi)的化學(xué)品（氯氣、液氨等）均以鋼瓶直接存放，且部分鋼瓶采取氮封形式；特殊氣體和化學(xué)品在化學(xué)品柜中安裝桶/槽/罐/鋼瓶，且特氣及藥品配送站設(shè)計位于密閉的潔凈廠房內(nèi)，設(shè)置有一般排氣，廢氣將通過廠房屋頂排氣筒排放。采取上述措施后，可從儲存、運輸、使用環(huán)節(jié)避免廢氣的無組織排放。

6 噪聲及治理措施

本項目生產(chǎn)車間都在密閉的潔凈室內(nèi)，密封性較好，無塵室外噪聲級小于50 dB。項目主要產(chǎn)噪設(shè)備為綜合動力站內(nèi)的冷凍機組、空壓機、水泵等動力設(shè)備以及廢氣處理系統(tǒng)風(fēng)機等，根據(jù)類比分析，各噪聲源的噪聲值在75～90 dB。

典型的降噪措施降噪效果為：室內(nèi)聲源通過廠房隔聲降噪效果10～15 dB（A）；通風(fēng)機、送風(fēng)機等通過進風(fēng)口消聲器降噪效果為12～25 dB（A）；壓縮機、空壓機等通過隔聲罩降噪效果為10～20 dB（A）；引風(fēng)機、水泵等通過隔聲間降噪效果為15～35 dB（A）[3]。項目可采取的降噪措施有：選用同行業(yè)低噪聲、低振動設(shè)備，采取基礎(chǔ)減振措施，在出風(fēng)口安裝消聲器；優(yōu)化車間平面布局；加強設(shè)備日常維護，使設(shè)備處于良好的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。在采取綜合減振隔聲降噪措施后，廠界噪聲可達標(biāo)。

7 固體廢物及處置

項目生產(chǎn)過程種的主要固體廢物是一般固廢、危險固廢和生活垃圾。一般固體廢物暫存在一般固廢倉庫內(nèi)，由物質(zhì)回收部門回收處置或者由原料供應(yīng)商回收處置。危險廢物暫存在危廢倉庫內(nèi)，分類收集，委托有資質(zhì)單位收集處置；職工生活垃圾由環(huán)衛(wèi)部門統(tǒng)一清運處理。

固體廢物處置應(yīng)首先考慮合理使用資源，充分回收，盡可能減少固體廢物產(chǎn)生量，其次考慮對其進行安全、合理、衛(wèi)生的處置，以最經(jīng)濟和最可靠的方式將廢物減量化、無害化和資源化，最大限度降低對環(huán)境的不利影響。固體廢物暫存管理、處置應(yīng)遵照《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18599-2020）和《危險廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18597-2001）及其修改單的有關(guān)規(guī)定進行污染控制和管理，避免造成二次污染。

8 環(huán)境風(fēng)險防范措施

芯片生產(chǎn)項目涉及到的化學(xué)品危險性有易燃液體、易燃氣體、毒性氣體、氧化性物質(zhì)、毒性物質(zhì)、腐蝕性物質(zhì)，毒物危害程度分類I～III類。生產(chǎn)裝置的危險性主要存在于廠房、大宗氣站、特氣站、化學(xué)品倉庫，以及廢水處理設(shè)施、廢氣處理設(shè)施、危廢倉庫。

環(huán)境風(fēng)險防范措施包括：化學(xué)品倉庫、生產(chǎn)車間、廢液收集區(qū)、廢水處理站、危廢倉庫、事故應(yīng)急池及初期雨水池等作為重點污染防治區(qū)域進行基礎(chǔ)防滲，放置盛裝容器的地方有耐腐蝕的硬化地面，有堵截泄漏裙腳，有隔離設(shè)施和防風(fēng)、防曬、防雨設(shè)施，設(shè)置足夠容積的消防廢水收集池、初期雨水收集池；雨水排放口設(shè)置閥門；配備消防及泄露應(yīng)急物資及應(yīng)急設(shè)備；設(shè)有毒/可燃氣體報警系統(tǒng)。

9 結(jié)語

在科技和生產(chǎn)發(fā)展的同時，應(yīng)重視可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護[4]，本文通過對功率器件芯片生產(chǎn)項目的環(huán)境影響評價工程分析，明確其帶來的環(huán)境問題，識別廢氣、廢水、噪聲和固體廢物污染源，并提出有效的污染防治措施，對后續(xù)的環(huán)境影響評價起到至關(guān)重要的作用。