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膜技术在电子工业纯水制造中的应用

  
评论: 更新日期:2012年08月05日

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。

表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
个/ml
微粒
个/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(Φ>0.5μ)
≤10(Φ>1μ)
≤10(Φ>1μ)
≤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(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,Ⅲ族元素(B、Al、Ga等)会使N型半导体特性恶化,Ⅴ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[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/cm,25℃)
>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。

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埃
15-85埃
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,M>100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M>6000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.RO、NF、UF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或 0.45μm)
4.纯水站终端过滤(0.03-0.45μm)

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