基于环境影响评价浅谈集成电路建设项目污染控制

黄 萍

（上海华闵环境股份有限公司，上海 200333）

集成电路建设项目包括集成电路设计、制造、封装等生产项目[1]。随着我国集成电路行业的迅速发展，集成电路建设项目日益增多[2]。然而，集成电路建设项目生产工艺复杂，原辅料涉及各类化学品，不可避免地产生各类对环境有危害的废气、废水、固体废物（俗称“三废”）。根据相关法律法规，集成电路项目建设前应开展环境影响评价[3]。通过结合上海市某集成电路企业环境影响评价，介绍大多数集成电路建设项目通常会涉及的生产工艺，分析生产过程中产生的“三废”并提出相应的污染控制措施。

1 集成电路制造常见的生产工艺

一般来说，集成电路工艺主要包括图形转换、掺杂和制膜[4]。以上海市某集成电路制造企业（主要产品包括场效应管、集成电路、二极管等）为例，生产工艺主要由晶片加工工序和封装测试工序构成，具体生产工艺流程见图1。

图1 集成电路生产工艺流程

1.1 晶片加工

首先对晶片进行测试，在合格晶片正面贴上保护膜；然后使用研磨机，在喷洒纯水的情况下将晶片背面的厚度研磨减薄成设计的厚度后，按照带膜腐蚀或人工揭膜进行区分进行下一个步骤：带膜腐蚀是将正面贴膜的晶片依次人工浸入硼酸、氢氟酸和纯水中进行腐蚀，再人工揭膜；不带膜腐蚀是人工揭膜后将晶片置于腐蚀机内，在氮气保护下晶片经硅腐蚀液和氢氟酸腐蚀，再由纯水清洗。然后，在高真空蒸发镀膜设备内将钛、镍、银高温蒸发后沉积在晶片背面，形成复合金属镀膜。最后对晶片进行激光切割，成为加工后的晶片。

1.2 封装测试

加工后的晶片经检验测试合格后，进行装片贴膜。然后在切割机内，根据设计要求进行切割，并使用纯水和清洗液对晶片进行清洁后送至目视站进行显微目视检查。接着，晶片在粘片机中通过银浆或锡膏与铜框架相连。如果使用银浆，带有晶片的铜框架在烘箱内进行153 ℃烘烤；如果使用锡膏，粘片后用溴丙烷清洗多余的锡膏，不进行烘烤。然后在氮气和氢气的氛围下用打线机将铜线、金线或铝线装订在铜框架上，再送至目视站进行显微目视检查。检查合格后，将环氧树脂和洗模料塑封（170 ℃～180 ℃）在半成品上，再进行烘烤。然后采用激光打标机进行激光打标，在切废/切筋工序中切除边角料。接着，将半成品进行镀锡、切脚/成型工序，再送至目视站进行显微目视检查。最终，经过电测、包装、检查等工序后作为成品发送给客户。

1.3 镀锡（电镀）

大多数集成电路建设项目均涉及电镀工艺，包括镀铜、镀锡等[5]。以上述企业为例，半成品需要进行镀锡处理。镀锡的具体工艺流程见图2。

图2 集成电路建设项目中镀锡工艺流程

首先，在温度50 ℃、电压16 V和电流300 A的条件下进行电解软化以去除引脚旁的溢胶；后转移至清洗槽内进行纯水逆流清洗；

接着，在温度 25 ℃～35 ℃、电流150 A、电压8 V的条件下，用除锈活化剂溶液或者硫酸与过硫酸钠配成的槽液对镀件（全部为铜基）进行逆流喷淋，以进一步去除铜的氧化皮膜，增加表面粗糙度，以增大镀件的接触面积；

再次对镀件进行纯水逆流清洗后在温度20 ℃～40 ℃、电流80 A和电压12 V的条件下，将待镀件浸泡于甲基磺酸溶液中进行预浸以去除活化残余物，并使镀件表面清洁无氧化；

利用电镀原理，将锡球中的锡按比例均匀地沉积于产品引架上，并在温度20 ℃～23 ℃、电流 250 A 和电压 8 V 的条件下，用甲基磺酸、甲基磺酸锡、镀锡添加剂配成的槽液逆流喷淋。

完成镀锡的镀件在清洗槽内进行纯水逆流清洗后用磷酸三钾或防变色剂中和镀锡产品上的酸性物质。接着在清洗槽热纯水中逆流清洗后，用120 ℃的热空气将镀件烘干，然后自动卸载镀件。如果存在不合格产品，用重工剥锡剂、钢带剥离剂、水去除不合格产品表面的镀层，重新进行去废/电镀工序。

2 主要产污节点

2.1 晶片加工过程的产污节点

晶片背面减薄过程中研磨机的运行会产生少量颗粒物，腐蚀过程中由于使用各类酸性试剂，会产生酸性废气。背面减薄采用的是“湿磨”的方式，因此会产生背面减薄废水，腐蚀过程产生腐蚀清洗废水。此外，晶片加工还会产生废晶片、废酸液、废塑料（贴膜）等固体废物。

值得关注的是，该企业采用真空蒸镀，在高真空腔体中，空置发射器发射阴离子射线轰击靶材，将靶材金属原子击打出来，并通过电场精确控制下沉积到晶片背面，此过程为纯物理过程，不会产生废气，因此不涉及含重金属镍、银等一类污染物的废气、废水产生。

2.2 封装测试过程的产污节点

封装测试过程中的粘片、清洗、烘烤、塑封等步骤由于使用银浆、锡膏等含挥发性物质原辅料，因此会产生有机废气（粘片废气、清洗废气、银浆烘烤废气、塑封废气），切割清洗步骤会产生少量清洗废水。整个封装测试过程中同样会产生固体废物，包括废晶片、废塑料、废金属等。

由于封装测试过程中使用的清洗液无腐蚀性，不会溶解表面蒸镀层，另外，晶片在无酸清洗后与外部铜框架连接之后即已被封闭保护，后续的镀锡流程只针对铜框架进行，不会触及晶片表面，不会导致晶片镀层重金属元素进入水相。

课外教学能够弥补课堂教学受时间、空间等因素限制的不足。从网络教学、专业技能训练、创新性综合实践三个方面着手，构建多元化的课外教学体系。网络教学包括教学网站、网络教学资源库和网络管理平台三个部分。专业技能训练则根据学生不同的专业需求，开展具有针对性的专业技能训练活动，为学生的专业学习服务。创新型综合实践，是根据计算机技术的发展趋势、不同专业的应用背景，来构建以学生为主体的创新性综合实践体系，具体通过科研活动、科技竞赛以及产学研结合等实践环节来实现。

2.3 镀锡（电镀）过程的产污节点

镀锡工艺流程中使用的槽液大多为酸性，容易产生酸性电镀气体；清洗过程中产生的清洗废水除了含有第一类水污染物锡以外，还因酸性腐蚀铜框架和溶解铜的氧化物而含有铜，但整个镀锡流程中均不接触晶片表面，该废水不含银、镍等污染物。镀锡流程中主要产生的固体废物为高浓度的废酸液（槽液）。

3 “三废”污染控制

3.1 废气

企业生产过程中产生的废气种类及污染因子主要包括减薄废气（颗粒物）、晶片腐蚀废气（HF、硫酸雾和NOx）、封装有机废气（粘片、清洗、烘烤、塑封，主要污染因子为非甲烷总烃）和电镀酸性气体（硫酸雾）。上海市《半导体行业污染物排放标准》（DB31/374-2006）要求“半导体企业产生的大气污染物应由密闭排气系统导入废气处理设施后排放，不应有无组织排放存在”，因此企业在废气收集方面均力求实现废气100%的收集效率。

3.1.1 减薄废气

企业减薄工序均在密闭设备内进行，产生的减薄废气通过设备全密闭收集，经过喷淋塔处理后由排气筒排放。废气收集效率为100%，喷淋塔去除颗粒物的效率可达95%以上。

3.1.2 晶片腐蚀废气

晶片腐蚀在密闭设备内进行，产生的酸性气体通过设备密闭收集后由碱性喷淋塔处理，之后经过排气筒高空排放。废气收集效率100%，洗涤塔洗涤处理效率可以保证大于50%以上，甚至达到90%。

3.1.3 封装有机废气

企业封装过程中有机废气的清洗、粘片、烘烤、塑封工序均设置在密闭房间中，产生的有机废气通过集气罩收集，接入碱洗喷淋塔+除湿+活性炭装置处理后通过排气筒排放。废气收集效率为100%，碱洗喷淋塔+除湿+活性炭装置对有机废气的处理效率可达90%。

3.1.4 电镀酸性气体

企业电镀槽可实现密闭收集电镀产生的酸性气体，废气经碱液喷淋塔净化后经排气筒排放，废气收集效率为100%，碱洗喷淋塔处理效率可以保证大于50%以上。

3.2 废水

根据企业环评可知，生产废水主要包括：晶片前道加工中背面减薄工序产生的背面减薄废水，腐蚀工序产生的腐蚀清洗废水；封装测试中切割清洗工序产生的切割清洗废水；镀锡的高压水清洗、纯水清洗工序产生的电镀清洗废水；喷淋塔处理废气产生的喷淋塔废水。其中，镀锡废水进入专门的镀锡废水处理站（专门处理电镀废水的车间预处理站）；背面减薄、腐蚀和切割清洗废水进入研磨废水中水回用系统进行多层超滤处理，约10%浓水排入研磨废水站进一步处理达标后纳管，其余90%中水站出水直接进入中水系统，供全厂生产使用；喷淋塔废水进入研磨废水处理站。

3.2.1 镀锡废水处理站

企业的镀锡废水站包含多个废水处理单元，配备提升泵、计量泵、搅拌机、加药泵、填料塔、隔膜泵、排泥阀、压滤机、碳滤器、砂滤器等设备，设计处理能力为480 t/d，处理工艺为“絮凝沉降+斜管沉淀+A/O生化+碳滤/砂滤”。进入镀锡废水站的废水主要污染因子为COD、BOD5、NH3-N、SS、LAS、锡等，絮凝沉降/斜管沉淀能够有效去除废水中的SS，A/O生化能够有效去除废水中的COD、BOD5、NH3-N、SS、LAS等，絮凝沉降、碳滤/砂滤对锡等重金属的去除效果良好。

3.2.2 研磨废水中水回用系统

中水回用系统的核心原理是依靠各等级的过滤材料，将废水中的物质从粒径由大到小逐级过滤，直到满足中水回用要求。系统工艺路线为收集系统——判定循环系统——预处理系统——陶瓷膜系统——过滤杀菌装置——反渗透装置。即废水进入收集池，陆续进入预处理系统，废水经精密过滤器过滤，去除较大的颗粒悬浮物及部分细小颗粒，降低陶瓷膜负荷，在陶瓷膜系统去除细小悬浮物颗粒、胶体硅及部分有机物等污染物质，陶瓷膜产水经过滤杀菌后，进入反渗透装置，进行脱盐，去除有机污染物，RO产水回用纯水制备系统。企业配置的研磨废水中水回用系统设计规模为30 m3/h，全厂废水排放大大缩减，同时减少了新鲜水的使用。

3.2.3 研磨废水处理站

企业配备的研磨废水处理系统包含多个废水处理单元，配备提升泵、计量泵、搅拌机、隔膜泵、排泥阀、压滤机等电动设备，设计处理能力为648 t/d，处理工艺为“絮凝沉降+斜管沉淀”。进入研磨废水站的废水主要污染因子为COD、SS等，在絮凝剂的作用下，废水中的悬浮微粒失去稳定性，胶粒物相互凝聚使微粒增大，形成絮凝体、矾花。絮凝体长大到一定体积后即在重力作用下脱离水相沉淀，从而去除废水中的大量悬浮物，达到水处理的效果。研磨废水站运行良好，处理工艺能够满足研磨硅屑/喷淋/酸洗废水的处理需求。

3.2.4 含一类水污染物废水收集处理措施

企业仅有镀锡线使用含锡物料并产生含锡废水，锡为一类重金属污染物，要求车间排放口达标。为此，企业专门为镀锡线配套建设了镀锡废水处理站，作为镀锡线的车间预处理装置，只收集处理镀锡线废水，目前已拥有独立自用的污泥压滤装置，压滤废水全部回到调节池重新处理。

企业镀锡废水站排口、总排水口均安装了在线监测系统，并已和生态环境局联网，加强日常管理，严格控制一类污染物的排放。

3.3 固体废物

3.3.1 一般工业固废

企业生产过程中产生的一般工业固废主要为废塑封料、废塑料、废包装材料、废金属、废晶片、废滤芯。一般工业固废暂存于一般工业固废暂存区，满足防渗漏、防雨淋、防扬尘等环境保护要求，定期安排物资回收单位外运综合利用或处置。

3.3.2 危险废物

企业生产过程中产生的危险废物主要为废酸（HW34）、废有机溶剂（HW06）、废包装物（HW49）、废灯管（HW29）、废活性炭（HW49）、污泥（HW17）。企业设置有专门危废暂存库，对地面进行防渗处理，危废按类别分类暂存，待收集到一定数量后委托资质单位外运处置。

4 结语

本文通过上海某集成电路制造企业的环境影响评价，分析其生产过程中的主要工艺、产污节点和“三废”的污染控制措施，尽可能减少污染物的产生量和排放量，提高污染物的削减量，满足上海市集成电路行业污染物排放标准的要求。