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高純水技術在電子業的使用

2011-09-19

  前言

  我們在為大量電子業客戶服務過程中發現電導率已不是判定水質好壞的唯一標準,而應更加注意粒子、二氧化硅對純水水質的影響。

  電子工業有大量的產品,其范圍從陰極射線管到諸如二極管和晶體管的離散裝置,直至公稱特征尺寸小于0.5μm的最復雜的集成電路。集成電路的生產,特別是現代化的生產,有區別于任何工業和應用對高純度水的要求。鍋爐的水質要求是用離子的含量表示的,并未涉及粒子的細菌。但電子工業需要考慮水的所有污染物,包括離子、有機物、粒子和二氧化硅(HaShimoto等1990)。一般來說,電子工業用超純水作表面清洗。在集成電路生產過程中,裸露的硅經歷多達30或40道生產工序;在每一道工序中,導電的或絕緣的材料層被加到硅的表面。因此,在下一層加上之前,需用腐蝕性的化學藥品,如硫酸、氫氟酸蝕刻掉表面的一部分。

  為了保證徹底地漂洗和移除硅片表面的化學藥物,在整個化學蝕刻各工序間都需用超純水。其他的電子產品制造過程也包括表面清洗,但集成電路的尺寸大小,以致水中微量的污染物能使硅片表面附上大量雜質,使電路鈍化。諸如鈉離子和氯化物能吸附進電路的某些層內,因而改變了裝置的電特性及最終產品的性質。水中的有機物有表面活性的趨勢,因而向表面遷移,并和表面締合。即使低含量溶解的有機物也能附著在集成電路上,從而破壞后續層的位置。諸如細菌等粒子的尺寸無疑地能超過更小的集成電路的特性尺寸,從而毀壞附加層,或在相鄰電路間產生電的短路。

  二氧化硅的去除

  二氧化硅具有不同于水中其他無機污染物的性質。二氧化硅是非離子性的物質;在大多數進料水中,具有可檢出量的濃度。它能以單個分子或聚合成一定分子量的膠體存在。在一定的濃度和PH條件下,二氧化硅會沉淀形成單個粒子。對此單個粒子的去除,IX是無能為力的;但是RO對粒狀二氧化硅的去除是完全有效的,同時也能去除溶解的二氧化硅。

  高純水系統中的問題

  因為RO系統是復雜的,高度工程監督的,有運動部件的機械過程,所以它們同所有的設備系統一樣,受制于同樣的缺點。但是,高純系統的某些特性涉及特殊的問題,為了避免對水質的嚴重的負面影響,在設計和操作階段必須慎審地注意這些特殊的問題。

  1、再污染

  在設計和開始工作階段必須強調這個問題。為了保證良好的性能,組件的制造材料應該在整個加工過程中保持潔凈狀態。從制造不當的膜上漂洗掉粒子是極端困難的。在裝膜之前,應該仔細漂洗RO的管件和壓力容器。添加消毒劑,如過氧化氫,在最初漂洗期間能夠幫助去除這類粒子。當然,如同任何化學試劑一樣,這些氧化劑的濃度應保持低于會使RO單元的結構材料降解的濃度。

  若可能的話,RO單元一經操作,就應保持連續運作。長時間停工,由于細菌在透過液流道中的大量繁殖而產生粒子聚集。當RO單元重新使用時,產品水的細菌污染將明顯增加,需耗費很多時間沖洗。心要求獲得盡可能好的水質場合,必須將RO產品水返至RO單元入口,以保證系統100%時間操作。

  2、膜旁路

  當水通過膜流動,而不是繞過膜流動時,可以體現RO的許多優點。在關注去除離子物質的場合,膜旁路會降低產品水的質量,增加精處理工序的費用。這尚不是嚴重的問題。然而,RO用作減少粒子的場合,特別是半導體制造中,旁路問題便是一個嚴重的問題了。在即使只有很小量的水發生膜旁路的情況下,產品水中的粒子濃度也會增加許多倍。

  膜旁路主要由兩個條件導致。第一,是膜片之間縫隙密封不嚴,它使進料水不首先通過膜而由膜片之間的咸水側流入透過液流道。這種情況較少見,最常見的是由產品水返回流入膜間的透過液隔網的透過水的流動造成的。若有足夠的壓力發生此回流,則膜間的縫隙將爆裂。若該回流是明顯的,并影響許多組件,則組件性能的下降會立即顯現出來。雖然縫隙受到破壞會發生這種情況,但是除非仔細監控RO單元,否則使用者覺察不出。

  能夠發生這類情況的原因如下。當RO單元的透過液排入位于較高高度的貯藏時,貯藏中水的位頭能有足夠的壓力引起回流,即可破壞膜間的縫隙。通常在RO透過液的排放處安裝單向閥;但是有時即使加單向閥,正常操作還是常遭破壞,結果會使大量的透過液泄漏,從而損害組件。

  引起膜旁路的最常遇到的問題是O形密封環的泄漏。每個膜單元的兩端都有用O形環密封的連接器。這是一個經濟的密封方法,在合適的情況下是十分有效的。但是,為了使O形環密封嚴格,密封的部件必須是靜止固定的,但在RO壓力容器中,這不容易作到,當泵啟動時,壓力容器中的壓力增加,容器拉伸。同時,由于在咸水流道中水流動的拖曳,所有有力作用在膜單元上。由此引起膜單元在咸水流動方向上移動。

  3、結論

  高純水生產,必須嚴格控制粒子、細菌和TOC含量是應用的關鍵過程。RO膜的質量必須不斷改進,工程公司必須加強對RO及超高純水系統的應用、設計和操作更多的了解。

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