電子化學(xué)品的應(yīng)用現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)

＊羊?qū)W友

（世源科技工程有限公司成都分公司 四川 610000）

電子化學(xué)品整個(gè)行業(yè)的發(fā)展與電子器件廣大生產(chǎn)企業(yè)存在著密切聯(lián)系。產(chǎn)品類型及技術(shù)革新，均要以下游生產(chǎn)企業(yè)根本需求為核心。雖然電子化學(xué)品整個(gè)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)較好，但仍然不可松懈，應(yīng)當(dāng)要結(jié)合當(dāng)前的應(yīng)用情況，考慮到下游企業(yè)的基本需求，積極落實(shí)相關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)踐工作，如此才可為電子化學(xué)品整個(gè)行業(yè)能夠在今后維持穩(wěn)健發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

1.電子產(chǎn)業(yè)化學(xué)品的具體分類

電子化學(xué)品，又稱超凈高純?cè)噭┗蚬に嚮瘜W(xué)品，是指主體成分純度大于99.99%，雜質(zhì)離子和微粒數(shù)符合嚴(yán)格要求的化學(xué)試劑，是晶圓、顯示面板、光伏電池、動(dòng)力電池等制造材料之一。電子化學(xué)品，其主要以上游硫酸、鹽酸、氫氟酸、氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、丙酮、乙醇、異丙醇等為原料，經(jīng)過預(yù)處理、過濾、提純等工藝生產(chǎn)得到的高純度產(chǎn)品。下游應(yīng)用主要為光伏太陽(yáng)能電池、平板顯示和半導(dǎo)體三大領(lǐng)域。張?jiān)菩鉡1]指出，電子化學(xué)品是集成電路、分立器件、顯示面板、太陽(yáng)能電池等生產(chǎn)濕法工藝制程關(guān)鍵性材料，要求超凈高純，具有產(chǎn)品規(guī)格多、單個(gè)品種用量少、產(chǎn)品更新?lián)Q代快、質(zhì)控要求極高、對(duì)生產(chǎn)及使用環(huán)境潔凈度要求高等特點(diǎn)。電子化學(xué)品，其主要用于晶圓、面板、硅片電池制造加工過程中的清洗、光刻、顯影、蝕刻、去膠等濕法工藝制程。按照組成成分和應(yīng)用工藝不同可分為通用濕電子化學(xué)品（酸類、堿類、溶劑類，如硫酸、氫氟酸、雙氧水、氨水、硝酸、異丙醇等）和功能性濕電子化學(xué)品（配方產(chǎn)品，如顯影液、剝離液、清洗液、刻蝕液等）。

2.電子產(chǎn)業(yè)化學(xué)品的應(yīng)用現(xiàn)狀

(1)集成電路產(chǎn)業(yè)中化學(xué)品的應(yīng)用

電子化學(xué)品，其在晶圓加工中主要用于清洗、光刻、蝕刻工藝。晶圓清洗是指在氧化、光刻等工藝之前去除硅片表面的金屬離子、有機(jī)物、氧化物，對(duì)濕電子化學(xué)品有著較大的需求量。包括堿性（氨水+雙氧水）、酸性（鹽酸+雙氧水）、有機(jī)物清洗（濃硫酸+雙氧水）、氧化層清洗（稀釋氫氟酸）等不同類型清洗液。光刻工藝段包括光刻膠稀釋用溶劑、涂膠前基片表面處理劑、曝光之后的顯影劑及刻蝕完成后光刻膠去膠劑、剝離液等。

(2)面板產(chǎn)業(yè)中電子化學(xué)品應(yīng)用及前景

電子化學(xué)品，其主要用于LCD及OLED面板Array制程。LCD及OLED面板生產(chǎn)工藝Array制程（TFT玻璃基板蝕刻）工藝流程，往往比較類似。主要包括：TFT玻璃基板清洗-沉積ITO薄膜（氧化物半導(dǎo)體薄膜，用于后續(xù)蝕刻）-涂布光刻膠-曝光、顯影-蝕刻-光刻膠剝離。所需濕電子化學(xué)品主要包括基板清洗用清洗劑、光刻膠稀釋劑、顯影劑、刻蝕液、剝離液等。面板Array制程磷酸、雙氧水、醋酸、硝酸單位用量最大。在面板加工領(lǐng)域，需求量較大的濕電子化學(xué)品主要是：磷酸（41.3%）、硝酸（24.06%）、MEA等極性溶液（15.8%）、醋酸（9.59%），主要在面板的蝕刻加工中充當(dāng)蝕刻、清洗試劑。

(3)光伏產(chǎn)業(yè)中電子化學(xué)品的應(yīng)用

太陽(yáng)能電池工作原理的重要基礎(chǔ)是半導(dǎo)體P-N結(jié)的光伏效應(yīng)，晶硅太陽(yáng)能電池是目前應(yīng)用最廣泛的電池，基本結(jié)構(gòu)是在P型晶體硅材料上通過擴(kuò)散等技術(shù)形成N型半導(dǎo)體層，組成P-N結(jié)。在N型半導(dǎo)體表面制備絨面結(jié)構(gòu)和減反射層以減少光反射造成的光損失，在正面、背面分別制備金屬電極。

制絨工藝濕電子化學(xué)品用量占到60%～70%。太陽(yáng)能電池片主要工藝步驟包括：清洗制絨、磷擴(kuò)散制備P-N結(jié)、硅片清洗、邊緣刻蝕以避免短路、沉積反射膜、絲網(wǎng)印刷制備電極等。制絨工藝濕電子化學(xué)品消耗量最大，約占整個(gè)加工需求總量的60%～70%。制絨即通過化學(xué)腐蝕的方法將光滑的硅片表面腐蝕成凸凹不平的結(jié)構(gòu)，以減少光反射造成的光損失。

太陽(yáng)能電池生產(chǎn)過程氫氟酸、氫氧化鉀、硝酸、雙氧水用量最大。單晶硅制絨工藝一般采用氫氧化鉀等堿性溶液作為腐蝕劑，配合鹽酸、氫氟酸進(jìn)行清洗。多晶硅采用硝酸、氫氟酸等混合酸液作為腐蝕劑，采用高純氫氧化鉀，氫氟酸+鹽酸混合液進(jìn)行清洗。近年來(lái)單晶硅片占比提升較快，單多晶產(chǎn)能市占比已從2015年的2:8變?yōu)?018年的3.5:6.5。未來(lái)高效電池的市占比不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)單晶硅片市占比仍將繼續(xù)提升，太陽(yáng)能電池領(lǐng)域氫氧化鉀、雙氧水需求將明顯增加。

3.化學(xué)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)

化學(xué)品作為電子廠不可或缺的部分，又因本身的腐蝕性，易燃易爆等特性，在設(shè)計(jì)時(shí)一定要根據(jù)使用的具體情況進(jìn)行合理且嚴(yán)密的設(shè)計(jì)。

(1)化學(xué)液集中供應(yīng)系統(tǒng)概述

化學(xué)品系統(tǒng)主要以中央供應(yīng)系統(tǒng)為主?；瘜W(xué)品中央供應(yīng)系統(tǒng)包括槽車、儲(chǔ)存桶、儲(chǔ)罐、供應(yīng)單元、稀釋單元、閥門箱、管路組成。按功能分段可簡(jiǎn)單分為4個(gè)系統(tǒng)：充裝系統(tǒng)、稀釋及混合單元、供應(yīng)單元、控制單元，具體如下：

①充裝系統(tǒng)。根據(jù)制程用量需求及純度需求，化學(xué)品可以采用桶裝（DRUM 200L）或儲(chǔ)罐或槽車3種。在用量不大的情況下主要以桶裝方式供應(yīng)，但桶裝方式充裝或運(yùn)送時(shí)品質(zhì)不易控制。對(duì)于使用量較大的化學(xué)品一般采用槽車充裝與儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，如雙氧水、IPA等。②稀釋混合單元。稀釋一般是指將化學(xué)品或研磨液加純水稀釋，而混合則是多種化學(xué)品或多種研磨液混合，也可將化學(xué)品或研磨液加純水混合，一般由使用單位根據(jù)實(shí)際情況定義。③供應(yīng)單元。供應(yīng)單元是供應(yīng)系統(tǒng)的動(dòng)力部分，其目的是將化學(xué)品經(jīng)管路送至工藝設(shè)備，因此供應(yīng)單元包括輸送設(shè)備、過濾器、輸送管線等。一般輸送方式有3種：泵送：常用的供應(yīng)方式，是利用泵提供動(dòng)力將化學(xué)品送至儲(chǔ)槽或使用點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是輸送量大，壓力較高，可輸送距離較遠(yuǎn)；缺點(diǎn)是泵的使用和維護(hù)成本較高，發(fā)生事故概率較大，泵本身也會(huì)釋放小顆粒污染物污染化學(xué)品。真空吸?。涸诠?yīng)系統(tǒng)安裝真空泵，利用真空將化學(xué)品吸入小容器中再使用高壓氮?dú)鈱⒒瘜W(xué)品壓到儲(chǔ)罐中或使用點(diǎn)；氮?dú)饧訅狠斔停涸趦?chǔ)罐中直接用氮?dú)鈮褐羶?chǔ)罐或使用點(diǎn)，此種方式需考慮儲(chǔ)罐及管道的壓力耐受性；這種方式優(yōu)點(diǎn)為供應(yīng)量穩(wěn)定、維修成本低、氣體品質(zhì)高不會(huì)污染化學(xué)品；缺點(diǎn)是輸送量較小。

(2)廢液收集

廢液收集系統(tǒng)由管路及儲(chǔ)罐組成，儲(chǔ)罐按不大于7天廢液排放量進(jìn)行設(shè)計(jì)?；厥諔?yīng)采用集中處理系統(tǒng)，通過收集桶或槽車輸送至專業(yè)工廠進(jìn)行回收處理。回收系統(tǒng)一般布置在廠房支持區(qū)，需要避免直接在潔凈室下方進(jìn)行易燃性廢液收集，化學(xué)品廢液收集應(yīng)按照化學(xué)性質(zhì)不同進(jìn)行分開布置。若在下夾層進(jìn)行收集，需要參考相關(guān)規(guī)范，對(duì)儲(chǔ)量進(jìn)行限定并配備相關(guān)的安全措施。

在下夾層設(shè)置收集或提升站時(shí)，應(yīng)有下列安全措施：①收集桶液位控制，當(dāng)液位超過限定時(shí)啟動(dòng)報(bào)警措施；②當(dāng)易燃品處于柜體或密閉空間時(shí)，應(yīng)設(shè)置易燃?xì)怏w探測(cè)，立即啟動(dòng)報(bào)警功能；③采用與國(guó)家相關(guān)機(jī)構(gòu)認(rèn)證的滅火系統(tǒng)。

(3)管路設(shè)計(jì)與材料選取

化學(xué)品管路、分支箱、閥門箱需考慮項(xiàng)目預(yù)留擴(kuò)產(chǎn)需求，管道在進(jìn)入潔凈室前設(shè)置預(yù)留閥，以滿足未來(lái)擴(kuò)產(chǎn)或后續(xù)預(yù)留的需求；所有的管路、三通、閥門必須設(shè)置在套管或閥門箱內(nèi)避免化學(xué)品泄漏造成污染及其他危害安全的事項(xiàng)發(fā)生。

化學(xué)品管路應(yīng)位于所有管路的最下層，避免泄漏危害其他管線。管路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置適當(dāng)?shù)钠露缺阌诓檎倚孤┰础９芗茉O(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮所有的靜荷載，如管材、化學(xué)品、閥門等重量，以及可能產(chǎn)生操作荷載。

化學(xué)品的三通箱、閥門箱避免設(shè)置在工藝層，一般設(shè)置在工藝設(shè)備的下夾層，閥門箱內(nèi)應(yīng)設(shè)置泄漏偵測(cè)，若發(fā)生泄漏時(shí)，應(yīng)立即連鎖關(guān)閉泵及相關(guān)閥門，并判斷是否啟動(dòng)消防連鎖及其他安全措施。

酸堿化學(xué)品管路材質(zhì)選用主要考慮腐蝕性，一般采用雙套管，內(nèi)管一般采用PFA，外管一般采用透明PVC管道便于監(jiān)測(cè)；有機(jī)化學(xué)品因閃點(diǎn)低及有機(jī)類化學(xué)品相似相容性，考慮防火需求，一般采用不銹鋼材質(zhì)，當(dāng)該有機(jī)化學(xué)品具有一定腐蝕性時(shí)，可改成雙套管。

(4)安全措施設(shè)計(jì)

①供應(yīng)系統(tǒng)中如果采用氮?dú)庾鳛閯?dòng)力方式，在相應(yīng)槽罐上應(yīng)設(shè)置安全閥、爆破片、壓力報(bào)警儀等。當(dāng)壓力超過設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)安全聯(lián)鎖，爆破片頂破，并開始泄壓，確保整個(gè)儲(chǔ)罐及相應(yīng)系統(tǒng)的安全。設(shè)置事故緊急三通開關(guān)與緊急排放旁路管路系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)處于事故狀態(tài)時(shí)輸送系統(tǒng)無(wú)法立即停止，三通開關(guān)快速切換至排放系統(tǒng)。②選擇適當(dāng)類型的傳感器檢測(cè)化學(xué)液泄漏，包括耐腐蝕性和長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)壽命的特點(diǎn)。并且需要具有防止泄漏和排放功能，避免發(fā)生二次危險(xiǎn)。③安裝手動(dòng)開關(guān)以在緊急情況下切斷或分流化學(xué)液供應(yīng)。④填充化學(xué)液桶、槽和柜時(shí)，使用液位或壓力傳感器監(jiān)測(cè)液位和壓力，并在超過一定值時(shí)自動(dòng)停止供應(yīng)。⑤易燃易爆化學(xué)液輸送系統(tǒng)應(yīng)配備滅火裝置，并使用傳感器監(jiān)測(cè)火焰、溫度或煙霧，以進(jìn)行有效滅火和報(bào)警。并且要擁有遠(yuǎn)程報(bào)警信號(hào)傳輸功能。減少泄漏和事故的風(fēng)險(xiǎn)，并提供及時(shí)應(yīng)急響應(yīng)。

4.化學(xué)品站房相關(guān)設(shè)計(jì)

化學(xué)品按照物化特性予以劃分，可分為酸性化學(xué)品、堿性化學(xué)品、有機(jī)化學(xué)品；站房初步規(guī)劃時(shí)應(yīng)考慮化學(xué)品房間的安全性、不相容化學(xué)品分類、防爆與泄爆設(shè)置、消防與通風(fēng)配備等。化學(xué)品的儲(chǔ)存、分配應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝和化學(xué)品的品質(zhì)、數(shù)量、物化特性進(jìn)行確定；化學(xué)品應(yīng)按照化學(xué)品特性進(jìn)行分類儲(chǔ)存，不相容的化學(xué)品布置在不同的房間內(nèi)，房間采用實(shí)體墻進(jìn)行隔離。在規(guī)劃時(shí)，還要考慮后續(xù)擴(kuò)充的預(yù)留空間。設(shè)計(jì)時(shí)注意區(qū)分化學(xué)品庫(kù)與化學(xué)品供應(yīng)間，化學(xué)品庫(kù)用于存儲(chǔ)各類化學(xué)品，具體實(shí)際操作時(shí)要參照《建筑防火規(guī)范》GB 50016；化學(xué)品供應(yīng)間主要供應(yīng)機(jī)臺(tái)工藝需求，設(shè)計(jì)時(shí)要參照《電子化學(xué)品系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB 5078與《電子化學(xué)品系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB 50016。

一般電子廠所需的化學(xué)品種類多達(dá)幾十種，一般情況下，使用量大的化學(xué)品可按一周的使用量進(jìn)行儲(chǔ)存，使用量少的可按一個(gè)月的使用量進(jìn)行儲(chǔ)存,室外化學(xué)品庫(kù)還受庫(kù)房占地面積、總圖等因素影響，具體情況具體分析。應(yīng)特別注意甲類化學(xué)品儲(chǔ)存量的設(shè)計(jì)，參照《建筑防火規(guī)范》GB 50016—2014規(guī)定，甲類庫(kù)占地面積不宜超過1500m2。同理生產(chǎn)廠房?jī)?nèi)的化學(xué)品房間占地面積不宜超過本層面積的5%。當(dāng)生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)使用危險(xiǎn)性較大的化學(xué)品量比較少時(shí)，可不按照物質(zhì)危險(xiǎn)特性確定火災(zāi)危險(xiǎn)類別最大的量可參照《建筑防火規(guī)范》GB 50016—2014條文說(shuō)明。

化學(xué)品站房涉及的設(shè)備主要有儲(chǔ)罐、桶槽、機(jī)泵集成單元等，設(shè)備布置應(yīng)滿足工藝流程、日常維護(hù)檢修及防火間距要求且做到緊急合理，整齊美觀。設(shè)備布置應(yīng)考慮一個(gè)良好的操作環(huán)境，如人員通行的便利，設(shè)備維護(hù)時(shí)設(shè)備搬進(jìn)、搬出的空間，必要的操作平臺(tái)等；涉及到危險(xiǎn)化學(xué)品時(shí)還應(yīng)注意防火堤的設(shè)計(jì)，防火間距的要求。

吳秀娟[2]指出，有機(jī)化學(xué)品如STRIPPER、THINNER、IPA、EBR等主要用于刻蝕后的清洗、剝離，使用量較大；按照《電子工廠化學(xué)品系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB 50781—2012要求，生產(chǎn)廠房?jī)?nèi)的化學(xué)品儲(chǔ)罐容量為該化學(xué)品7天的消耗量，同時(shí)注意單一化學(xué)品的儲(chǔ)存量有沒有達(dá)到現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》GB 18218規(guī)定的數(shù)量?；瘜W(xué)品可按照火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行分類儲(chǔ)存，甲類化學(xué)品供應(yīng)間應(yīng)設(shè)置在廠房外側(cè)，并考慮爆炸泄壓措施；并注意火災(zāi)危險(xiǎn)性較大部分房間面積不宜超過本層面積的5%，否則會(huì)影響廠房的火災(zāi)危險(xiǎn)性定性。

5.結(jié)束語(yǔ)

雖然現(xiàn)階段伴隨著如半導(dǎo)體廠、顯示面板廠、光伏電池廠、動(dòng)力電池廠等電子廠的持續(xù)發(fā)展，對(duì)化學(xué)品種類需求、用量、純度要求越來(lái)越高，然則，高端電子化學(xué)品國(guó)產(chǎn)率卻仍然偏低。隨著國(guó)家政策的支持，產(chǎn)品種類及產(chǎn)品率不斷提高，國(guó)內(nèi)電子化學(xué)品企業(yè)逐步切入到高端市場(chǎng)。化學(xué)品系統(tǒng)是電子廠安全生產(chǎn)重要的環(huán)節(jié)之一，一定要有合理的規(guī)劃，縝密的布局，科學(xué)的設(shè)計(jì)。