半导体行业超纯水处理系统优化设计

袁帅

摘   要：随着电子科技的迅速发展，半导体行业作为现代信息产业的关键产业，其超纯水制备及处理技术也随之快速发展。文章将针对半导体行业超纯水处理系统的优化设计进行研究。

关键词：半导体;超纯水;系统优化

当下我国的超纯水制备领域正在迅速发展，为了研发超纯材料，应用蒸馏、反渗透技术、去离子化或其他适当的超临界精细技术生产出来的水被称为超纯水。在我国科研事业蒸蒸日上的形势下，很多精细程度的实验都需要用到超纯水，以保证实验的效果与水中细菌、病毒等有机物无关。半导体行业是个高耗能的领域，在这个领域中，由于生产设备的精密性和生产工艺的复杂性，对其配套设施提出了很高的要求，尤其对作为半导体行业血脉的超纯水系统更是高之又高。如果想保持竞争力，就要在产量的提高、成本的降低上着手，所以，本文通过对半导体行业中超纯水处理系统的优化设计进行探讨，以期为相关科研工作提供一定理论帮助。

1    超纯水制备流程

随着科研的不断进步和发展，半导体行业需要大量高品质的超纯水。超纯水制备一开始采用了传统的离子交换树脂的方法，这种方法初次投资少，所占地方小，但要不断耗费大量酸碱，进行离子再生，在一定程度上污染了环境。目前比较流行的是采用反渗透加离子交换设备的方法，这种方法虽然初次成本较之前要稍高，但离子再生的周期相对来说较长，耗费的酸碱也比之前要少很多。本文所分析的采用反渗透作预处理再配上电去离子装置的方法，是目前超纯水制备较为先进和环保的工艺方法，不需要用酸碱进行再生便可连续制取超纯水，不会污染环境，制备出的超纯水是目前世界上纯净品质要求最高的水。

半导体行业中超纯水制备处理系统，利用了现在水处理技术最先进的工艺和设备：预处理系统，降低水中溶解性总固体的含量，同时祛除水中的悬浮杂质，是其主要作用。反渗透系统，多采用双级反渗透工艺，从而做到降低能量消耗。电去离子通常采用EDI模块和CEDI模块，EDI是指在浓水室注入盐水循环，从而使得膜组电阻率降低，不仅如此，还需要用不含硬度离子的精盐，从而保证精度比较高。CEDI模块是指在不需注入盐水循环的情况下，不使用化学物质，通过在浓水室用专利树脂技术降低膜组电阻率，浓水的电导率在20～100 μS/cm ，没有极水排放，抛光混床部分基本采用双级抛光混床等。超纯水处理系统首先是通过原水池，在增压汞的工作下进入多介质滤器模块，再通过保安滤器和高压汞的处理后进入反渗透装置模块，此时到达中间水箱，然后利用增压汞，经过阳床和阴床到达大循环水箱，进入动力传输和单混床，随后在紫外杀菌器的作用下进入有效控制纯水中的颗粒含量的最终端过滤，经过终端过滤的超纯水流向回水管路、出水管路、废水排放管路以及检测模块。经过超纯水制备流程，有效控制了超纯水中的离子、TOC和溶解氧、颗粒及硅含量，使二次污染降到最低程度。

超纯水处理是一个循序渐进的过程，且处理部件都有一个合适的流量范围，在供水过程中能够保证系统的水循环，保证其良好的水质。在超纯水制备过程中要注意选用脱气效果好的脱气膜、处理能力适宜的UV灯、控制二次污染能力高的单混床和能够有效过滤超纯水中的颗粒的滤芯的终端过滤器。超纯水制备工艺流程如图1所示。

2    超纯水处理系统优化设计

传统的纯水制备设备安装之后，数据的采集和管理便再无人问津。传统的模式对系统的优化有较大的弊端，首先，对制水过程的操作人员有较大的依赖，对水质和供氮情况以及各种汞的运行情况要实时确认和解读，所以对管理人员的专业能力要求较高，会损耗很多专业人才。

2.1  确定制备过程

针对原水水质、产水水质制定相关的超纯水制备过程，目前会依据不同的状况，增减超纯水处理系统部分一些单元，从而达到符合不同行业的不同水质。举例来说，集成电路8英寸超纯水，对电阻率的标准是18 M?-cm@25 ℃。而光电产业，蓝宝石衬底的超纯水要求电阻率至少为16 M?-cm@25 ℃。光伏行业的太阳能级多晶硅超纯水，对电阻率的要求一般在10 M?-cm@25 ℃。

2.2  优化成本

设备成本、运行成本是超纯水系统的主要成本。设备成本一般是大部分成本，工艺流程制定结束后，考虑到备品备件的维护可以购买国外设备，在作用无差别的前提下可以购买国内设备，不要过多追求市场上高技术、高成本的设备，以防造成效率没有得到提高，而成本大大提高的情况。

2.3  稳定系统

确保稳定的合格水质才是超纯水处理系统的最终目标。要达到系统稳定性，在过滤塔、汞和离子交换塔等设备方面，设计采用N+1的原则进行。在控制系统方面，运用支持热插拔、冗余的技术，确保在任何时候系统都可以稳定运行。在电力系统方面，一般可利用紧急电源和分为市电以及不间断电源供电。

2.4  管路设计

超纯水系统对制备过程中各项材料的材质要求都非常高。降低管材成本的效果，在预处理阶段，一般会用到聚氯乙烯UPVC，之后往往都是用高洁度聚丙烯PP，回收系统一般会用寻常的聚偏二氟乙烯PVDF，这样不仅可以使成本大大降低，还能够保证整个系统运行的稳定性。

[参考文献]

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