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    湖南为美环保技术有限公司
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    环保工艺
    膜技术在电子工业纯水制造中的应用
    信息来源:   发布时间:2014-3-27   浏览:1444次

     

    摘要:纯水在电子工业主要是电子元器件生产中的重要作用日益突出,纯水水质已成为影响电子元器件产品质量、生产成品率及生产成本的重要因素之一,水质要求也越来越高。在电子元器件生产中,高纯水主要用作清洗用水及用来配制各种溶液、浆料,不同的电子元器件生产中纯水的用途及对水质的要求也不同。 
     
      关键字:膜技术 纯水

      一、纯水在电子元器件生产中的作用

     

      纯水在电子工业主要是电子元器件生产中的重要作用日益突出,纯水水质已成为影响电子元器件产品质量、生产成品率及生产成本的重要因素之一,水质要求也越来越高。在电子元器件生产中,高纯水主要用作清洗用水及用来配制各种溶液、浆料,不同的电子元器件生产中纯水的用途及对水质的要求也不同。
     

      在电解电容器生产中,铝箔及工作件的清洗需用纯水,如水中含有氯离子,电容器就会漏电。在电子管生产中,电子管阴极涂敷碳酸盐,如其中混入杂质,就会影响电子的发射,进而影响电子管的放大性能及寿命,因此其配液要使用纯水。在显像管和阴极射线管生产中,其荧光屏内壁用喷涂法或沉淀法附着一层荧光物质,是锌或其他金属的硫化物组成的荧光粉颗粒并用硅酸钾粘合而成,其配制需用纯水,如纯水中含铜在8ppb以上,就会引起发光变色;含铁在50ppb以上就会使发光变色、变暗、闪光跳跃;含有机物胶体、微粒、细菌等,就会降低荧光层强度及其与玻壳的粘附力,并会造成气泡、条迹、漏光点等废次品。在黑白显像管荧光屏生产的12个工序中,玻壳清洗、沉淀、湿润、洗膜、管颈清洗等5个工序需使用纯水,每生产一个显像管需用纯水80kg[1]。液晶显示器的屏面需用纯水清洗和用纯水配液,如纯水中存在着金属离子、微生物、微粒等杂质,就会使液晶显示电路发生故障,影响液晶屏质量,导致废、次品。显像管、液晶显示器生产对纯水水质的要求见表1
     

    1   显像管、液晶显示器用纯水水质 

    项目单位

    电阻率

    MΩ·cm

    (25t)

    细菌

    /ml

    微粒

    /ml

    TOC

    mg/L

    Na+

    μg/L

    K+

    μg/L

    Cu

    μg/L

    Fe

    μg/L

    Zn

    μg/L

    黑白显像管

    彩色显像管

    液晶显示器

    ≥5

    ≥5

    ≥5 

    ≤5

    ≤1

    ≤1

    ≤10(Φ0.5μ)

    ≤10(Φ1μ)

    ≤10(Φ1μ)

    ≤0.5

    ≤0.5

    ≤1

    ≤10

    ≤10

    ≤10

    ≤10

    ≤10

    ≤10

    ≤8

    ≤10

    ≤10

    ≤10

    ≤10

    ≤10

    ≤10

    ≤10

    ≤10

       在晶体管、集成电路生产中,纯水主要用于清洗硅片,另有少量用于药液配制,硅片氧化的水汽源,部分设备的冷却水,配制电镀液等。集成电路生产过程中的80%的工序需要使用高纯水清洗硅片,水质的好坏与集成电路的产品质量及生产成品率关系很大。水中的碱金属(KNa等)会使绝缘膜耐压不良,重金属(AuAgCu等)会使PN结耐压降低,族元素(BAlGa等)会使N型半导体特性恶化,族元素(PAsSb等)会使P型半导体特性恶化[2],水中细菌高温碳化后的磷(约占灰分的20-50%)会使P型硅片上的局部区域变为N型硅而导致器件性能变坏[3],水中的颗粒(包括细菌)如吸附在硅片表面,就会引起电路短路或特性变差。集成电路生产对纯水水质的要求见表2

    集成电路(DRAM)对纯水水质的要求[4][5][6]

    集成电路(DRAM)集成度

    16K

    64K

    256K

    1M

    4M

    16M

    相邻线距(μm

    4

    2.2

    1.8

    1.2

    0.8

    0.5

    微粒

    直径(μm

    0.4

    0.2

    0.2

    0.1

    0.08

    0.05

    个数(PCS/ml

    100

    100

    20

    20

    10

    10

    细菌(CFU/100ML

    100

    50

    10

    5

    1

    0.5

    电阻率(μs/cm25

    16

    17

    17.5

    18

    18

    18.2

    TOC(ppb)

    1000

    500

    100

    50

    30

    10

    DO(ppb)

    500

    200

    100

    80

    50

    10

    Na+(ppb)

    1

    1

    0.8

    0.5

    0.1

    0.1


      
     二、膜技术在纯水制造中的应用

      纯水制造中应用的膜技术主要有电渗析(ED)、反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)、微滤(MF),其工作原理、作用等见表3

    纯水制造中常用的膜技术

     

    膜组件名称

    ED

    RO

    NF

    UF

    MF

    微孔孔径

    5-50

    15-85

    50-1000埃(1μm

    0.03-100μm

    工作原理

    离子选择透过性

    1.优先吸附-毛细管理论

    2.氢链理论

    3.扩散理论

    同左

    滤膜筛滤作用

    同左

    作用

    去除无机盐离子

        去除无机盐离子,以及有机物、微生物、胶体、热源、病毒等

        去除二价、三价离子,M100的有机物,以及微生物、胶体、热源、病毒等

        去除悬浊物、胶体以及M6000的有机物

    去除悬浊物

    组件形式

    膜堆式

        大多为卷式,少量为中空纤维

    同左

        大多为中空纤维,少量为卷式

        摺迭滤筒式

    工作压力(Mpa

    0.03-0.3

    1-4

    0.5-1.5

    0.1-0.5

    0.05-0.5

    水回收率(%

    50-80

    50-75

    50-85

    90-95

    100

    使用寿命(年)

    3-8

    3-5

    3-5

    3-5

    3-6个月

    水站位置

    除盐工序

    除盐工序

    1.除盐工序

    2.RO前的软化

        大多为纯水站终端精处理,少数为RO前的预处理

    1.RONFUF前的保安过滤(3-10μm)

    2.离子交换后滤除树脂碎片(1μm)

    3.UV后滤除细菌死体(0.2 0.45μm)

    4.纯水站终端过滤(0.03-0.45μm)

      与传统的水处理技术相比,膜技术具有工艺简单、操作方便、易于自动控制、能耗小、无污染、去除杂质效率高、运行成本低等优点,特别是几种膜技术的配合使用,再辅之以其他水处理工艺,如石英砂过滤、活性炭吸附、脱气、离子交换、UV杀菌等,为去除水中的各种杂质,满足日益发展的电子工业对高纯水的需要,提供了有效而可靠的手段,而且也只有应用了多种膜技术,才能生产出合格、稳定的高纯水,才能生产出大规模、超大规模、甚大规模集成电路(LSIVLSIULSI),从而使计算机、雷达、通讯、自动控制等现代电子工业的发展和应用得以实现。值得一提的是:当原水的含盐量大于400mg/L时,纯水制造的除盐工序采用RO-离子交换工艺后,比早先单用离子交换可节约酸、碱90%左右,使离子交换柱的周期产水量提高10倍左右[7],事实证明,可以降低纯水制造的运行费用和制水成本,可以减少工人的劳动强度,可以减少对环境的污染,并可使纯水水质得到提高并长期稳定。据统计,在我国电子工业引进的纯水制造系统中,有RO的约占系统总数的90%,有UF的约占20%,有MF的几乎为100%[8],而ED在我国国产的纯水系统特别是早期投产的纯水系统,以及为数众多的对纯水水质要求不高的一般电子元器件(如电阻、电容、黑白显像管、电子管等)制造厂的纯水系统中占有相当的比例。

      三、微电子工厂纯水站使用膜技术实况

      现以某微电子工厂中的某一纯水站使用膜技术的实况,说明膜技术在电子工业纯水制造中的应用。其纯水制造系统工艺流程见图1

      1.前级UF

      前级UF是用于去除水中的悬浊物、胶体及有机物,降低水的SDI值,确保RO的安全运行。前级UF5组,每组45根组件,共225根组件,进水280m3/h,透过水250 m3/h,浓缩水排放,回收率约90%UF组件为美国Romicon公司生产,型号HF-BZ-20-PM80,组件直径5in,长43in,内压式中空纤维膜,纤维直径20mil0.51mm),共有2940根纤维,膜面积132ft2,膜材料为PS(聚砜),截留分子量8万。UF前采用5μm保安过滤器。

      2.一级RO

      水中加入还原剂Na2SO3(加药量为水中余氯值的1.8倍)以防止余氯氧化腐蚀RO膜,加入防垢剂(NaPO36(加药量为5ppm)以防止CaCO3CaSO4等在RO膜上结垢,再经5μm 保安过滤器后由高压泵打进一级RO。一级RO4组,均为二段。其中三组为每组8根膜容器,呈(5+3)排列,第4组为11根膜容器,呈(8+3)排列,膜容器由FRP(玻璃钢)制成,每根内装6RO元件,总共为210RO元件,进水250m3/h,透过水188m3/h,浓缩水排放,回收率为75%,脱盐率>90%(初始脱盐率>99%),操作压力1.55MpaRO元件为美国HYDRANAUTICS(海德能)公司生产,型号CPA3。元件直径8in,长40in,卷式膜,膜面积400ft2,膜材料为芳香聚酰胺复合膜,元件脱盐率≥99.5%

      3.二级RO

      一级RO水箱出水中一部分进入A系统,先加NaOHCP级)调节pH8.2-8.6,使水中CO2生成HCO3-,被二级RO除去,以减轻混床离子交换的负担,采用二级RO可以使混床再生周期延长一倍,减少再生酸碱耗量,并可进一步去除TOC和胶体物质。二级RO前采用3μm保安过滤器,二级RO为一组三段,共10根膜容器,按(6+3+1)排列,每根容器内装6RO元件,共60RO元件,进水70m3/h,出水62m3/h,浓水排至超滤水箱,回收率为90%,脱盐率>70%(初始脱盐率>80%)RO元件的生产厂、型号与一级RO相同。

      4.后级UF

      后级UF是用于去除水中的微粒、微生物、胶体、有机物等的终端过滤设备。

      A系统后级UF3组,每组18支,共54支组件,进水92 m3/h,出水90 m3/h,浓水排至一级RO水箱,回收率约98%UF组件为美国Romicon公司生产,型号HF-132-20-PM10,组件直径5in,长43in,内压式中空纤维膜,纤维直径20mil(0.51mm),共有2940根纤维,膜面积132ft2,膜材料为PS(聚砜),截留分子量1万。

      B系统后级UF8组,每组9支,共72支组件,进水168 m3/h,出水164 m3/h,回收率约98%UF组件制造厂及型号与A系统后级UF相同。

      C系统后级UF3支组件,进水4 m3/h,出水3.9 m3/h,回收率约98%UF元件为美国HYDRANAUTICS公司生产,型号4040-FTV-2120,组件直径3.94in,长40in,卷式膜,膜面积55ft2,膜材料为聚烯烃,截留分子量5万。

      5.微滤

      本系统的微滤可分为三类,第一类为前级UFRO前的保安过滤器,用于去除水中的悬浊物微粒,降低水的SDI值,滤芯为PP(聚丙烯)膜摺迭式滤芯,孔径为5μm3μm。第二类在离子交换后,用于滤除离子交换树脂碎片,滤芯为PP膜摺迭式滤芯,孔径为1μm。第三类在UV杀菌器后,用于滤除微生物尸体,滤芯为N-6(尼龙6)膜摺迭式滤芯,孔径为0.45μm0.2μm

      除上述水站外,该厂还有另几套高纯水制造系统,RO除使用复合膜元件外,还有使用CA醋酸纤维素膜元件。

                               新闻来源:中国环保技术论文网

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