膜技术在电子工业纯水制造中的应用.doc

膜技术在电子工业纯水制造中的应用摘要：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80kg1。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。表1 显像管、液晶显示器用纯水水质项目单位电阻率Mcm(25t)细菌个/ml微粒个/mlTOCmg/LNa+g/LK+g/LCug/LFeg/LZng/L黑白显像管彩色显像管液晶显示器55551110(0.5)10(1)10(1)0.50.5110101010101081010101010101010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（K、Na等）会使绝缘膜耐压不良，重金属（Au、Ag、Cu等）会使PN结耐压降低，族元素（B、Al、Ga等）会使N型半导体特性恶化，族元素（P、As、Sb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。表2 集成电路（DRAM）对纯水水质的要求456集成电路（DRAM）集成度16K64K256K1M4M16M相邻线距（m）42.21.81.20.80.5微粒直径（m）0.40.20.20.10.080.05个数（PCS/ml）10010020201010细菌（CFU/100ML）1005010510.5电阻率（s/cm，25）161717.5181818.2TOC(ppb)1000500100503010DO(ppb)500200100805010Na+(ppb)110.80.50.10.1二、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。表3 纯水制造中常用的膜技术膜组件名称EDRONFUFMF微孔孔径5-50埃15-85埃50-1000埃（1m）0.03-100m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）0.03-0.31-40.5-1.50.1-0.50.05-0.5水回收率（%）50-8050-7550-8590-95100使用寿命（年）3-83-53-53-53-6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.RO、NF、UF前的保安过滤(3-10m)2.离子交换后滤除树脂碎片(1m)3.UV后滤除细菌死体(0.2或 0.45m)4.纯水站终端过滤(0.03-0.45m)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（LSI、VLSI、ULSI），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UF有5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8万。UF前采用5m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（NaPO3）6（加药量为5ppm）以防止CaCO3、CaSO4等在RO膜上结垢，再经5m 保安过滤器后由高压泵打进一级RO。一级RO有4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6个RO元件，总共为210个RO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1.55Mpa。RO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NaOH（CP级）调节pH为8.2-8.6，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3m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6只RO元件，共60只RO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UF为3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UF为8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UF有3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UF、RO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