半导体纯水系统

系统概述

• 重要性：半导体生产对水质要求极高，水中的杂质、颗粒、有机物、微生物等会对半导体产品的性能和质量产生严重影响。例如，在芯片制造的光刻、蚀刻、清洗等关键工艺环节中，超纯水作为溶剂、清洗剂或冷却剂等，必须保证其极高的纯度，否则会导致芯片短路、性能下降等问题。
• 水质要求：电阻率通常要求大于 18MΩ.cm（25℃），同时对水中的电解质、溶解氧、总有机碳（TOC）、二氧化硅、颗粒及细菌等杂质的含量有着严格的限制，一般需达到接近理论纯水的水质标准。

工艺流程

• 预处理：通常包括机械过滤、活性炭过滤、软化等步骤。机械过滤可去除水中的大颗粒杂质；活性炭过滤用于吸附有机物和余氯，防止其对后续反渗透膜等造成损害；软化则是去除水中的钙、镁等离子，防止在管道和设备中产生水垢，保护设备并提高后续处理效率。
• 反渗透（RO）：利用半透膜的原理，在压力作用下，使溶剂（水）与溶质分离，可有效去除水中的各种盐份离子、颗粒、细菌等，是制取纯水的关键步骤之一。通常会采用多级反渗透系统，以进一步提高水质。
• 离子交换：可选用阳床、阴床、混合床等离子交换树脂，去除水中残留的离子，进一步提高水的纯度。例如，阳床可去除水中的阳离子，阴床可去除阴离子，混合床则能同时去除阴阳离子。
• 电去离子（EDI）：是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术相结合的纯水制造技术。在直流电场作用下，水中的离子通过离子交换膜进行定向迁移，从而实现对水质的提纯，无需酸碱再生，具有连续出水、水质稳定等优点，已在半导体纯水系统中得到广泛应用。
• 后处理：包括紫外线杀菌、超滤等步骤，用于去除水中可能残留的微生物、有机物和极微小颗粒，确保水质达到半导体生产的高标准。例如，紫外线杀菌可破坏微生物的 DNA 结构，使其失去活性。

主要设备

• 原水泵：为系统提供稳定的原水压力，保证水能够顺利进入预处理系统。
• 多介质过滤器：内部填充石英砂、无烟煤等多种过滤介质，可去除水中的悬浮物、泥沙等大颗粒杂质。
• 活性炭过滤器：利用活性炭的吸附作用，去除水中的有机物、余氯、色度等杂质，改善水的口感和气味。
• 软化器：通过离子交换树脂去除水中的钙、镁等离子，降低水的硬度，防止在后续设备和管道中产生水垢。
• 精密过滤器：通常采用微孔滤膜，可进一步去除水中的微小颗粒杂质，保护反渗透膜等关键设备。
• 反渗透膜组件：是反渗透系统的核心部件，可截留水中的杂质和离子，使水得到初步净化。
• EDI 模块：由阴、阳离子交换膜和离子交换树脂等组成，在电场作用下实现离子的定向迁移和去除，生产高纯度的水。
• 纯水箱：用于储存经过处理后的纯水，为半导体生产提供稳定的水源，并起到缓冲和调节用水需求的作用。
• 纯水泵：将纯水箱中的纯水输送到半导体生产的各个用水点，满足生产过程中的用水压力和流量要求。
• 紫外线杀菌器：利用紫外线照射杀灭水中的微生物，如细菌、病毒等，确保纯水的微生物指标符合半导体生产要求。
• 超滤装置：采用超滤膜，可去除水中的大分子有机物、胶体、细菌等杂质，进一步提高水质。

系统特点

• 高度自动化：采用先进的控制系统和传感器技术，能够实时监测水质、流量、压力等关键参数，并根据实际需求进行自动调节和优化。例如，可实现自动反冲洗、自动加药、自动切换设备等功能，减少人工干预，提高生产效率和稳定性。
• 高纯度水质：通过多种先进的水处理技术组合，如反渗透、离子交换、EDI 等，能够有效去除水中的各种杂质，生产出电阻率高达 18MΩ.cm 以上的超纯水，满足半导体制造对水质的严苛要求。
• 稳定可靠：设备采用优质的材料和制造工艺，确保在长时间运行过程中能够保持稳定的性能和精度。同时，系统具备完善的保护和报警功能，当出现异常情况时能够及时停机并发出警报，防止对设备和产品造成损害。
• 节能环保：注重节能和环保设计，采用节能型设备和技术，降低能耗和排放。例如，通过优化工艺流程、提高设备的运行效率等方式，减少能源消耗；同时，对废水进行合理的处理和回用，实现水资源的循环利用，降低生产成本和对环境的影响。
• 定制化：可根据不同半导体生产企业的工艺要求、产量规模、用水点分布等因素，进行定制化设计和制造，满足企业的个性化需求。