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高纯水技术在电子业的使用

前言

我们在为大量电子业客户服务过程中发现电导率已不是判定水质好坏的唯一标准,而应更加注意粒子、二氧化硅对纯水水质的影响。

电子工业有大量的产品,其范围从阴极射线管到诸如二极管和晶体管的离散装置,直至公称特征尺寸小于0.5μm的最复杂的集成电路。集成电路的生产,特别是现代化的生产,有区别于任何工业和应用对高纯度水的要求。锅炉的水质要求是用离子的含量表示的,并未涉及粒子的细菌。但电子工业需要考虑水的所有污染物,包括离子、有机物、粒子和二氧化硅(HaShimoto等1990)。一般来说,电子工业用超纯水作表面清洗。在集成电路生产过程中,裸露的硅经历多达30或40道生产工序;在每一道工序中,导电的或绝缘的材料层被加到硅的表面。因此,在下一层加上之前,需用腐蚀性的化学药品,如硫酸、氢氟酸蚀刻掉表面的一部分。

为了保证彻底地漂洗和移除硅片表面的化学药物,在整个化学蚀刻各工序间都需用超纯水。其他的电子产品制造过程也包括表面清洗,但集成电路的尺寸大小,以致水中微量的污染物能使硅片表面附上大量杂质,使电路钝化。诸如钠离子和氯化物能吸附进电路的某些层内,因而改变了装置的电特性及最终产品的性质。水中的有机物有表面活性的趋势,因而向表面迁移,并和表面缔合。即使低含量溶解的有机物也能附着在集成电路上,从而破坏后续层的位置。诸如细菌等粒子的尺寸无疑地能超过更小的集成电路的特性尺寸,从而毁坏附加层,或在相邻电路间产生电的短路。

二氧化硅的去除

二氧化硅具有不同于水中其他无机污染物的性质。二氧化硅是非离子性的物质;在大多数进料水中,具有可检出量的浓度。它能以单个分子或聚合成一定分子量的胶体存在。在一定的浓度和PH条件下,二氧化硅会沉淀形成单个粒子。对此单个粒子的去除,IX是无能为力的;但是RO对粒状二氧化硅的去除是完全有效的,同时也能去除溶解的二氧化硅。

高纯水系统中的问题

因为RO系统是复杂的,高度工程监督的,有运动部件的机械过程,所以它们同所有的设备系统一样,受制于同样的缺点。但是,高纯系统的某些特性涉及特殊的问题,为了避免对水质的严重的负面影响,在设计和操作阶段必须慎审地注意这些特殊的问题。

1、再污染

在设计和开始工作阶段必须强调这个问题。为了保证良好的性能,组件的制造材料应该在整个加工过程中保持洁净状态。从制造不当的膜上漂洗掉粒子是极端困难的。在装膜之前,应该仔细漂洗RO的管件和压力容器。添加消毒剂,如过氧化氢,在最初漂洗期间能够帮助去除这类粒子。当然,如同任何化学试剂一样,这些氧化剂的浓度应保持低于会使RO单元的结构材料降解的浓度。

若可能的话,RO单元一经操作,就应保持连续运作。长时间停工,由于细菌在透过液流道中的大量繁殖而产生粒子聚集。当RO单元重新使用时,产品水的细菌污染将明显增加,需耗费很多时间冲洗。心要求获得尽可能好的水质场合,必须将RO产品水返至RO单元入口,以保证系统100%时间操作。

2、膜旁路

当水通过膜流动,而不是绕过膜流动时,可以体现RO的许多优点。在关注去除离子物质的场合,膜旁路会降低产品水的质量,增加精处理工序的费用。这尚不是严重的问题。然而,RO用作减少粒子的场合,特别是半导体制造中,旁路问题便是一个严重的问题了。在即使只有很小量的水发生膜旁路的情况下,产品水中的粒子浓度也会增加许多倍。

膜旁路主要由两个条件导致。第一,是膜片之间缝隙密封不严,它使进料水不首先通过膜而由膜片之间的咸水侧流入透过液流道。这种情况较少见,最常见的是由产品水返回流入膜间的透过液隔网的透过水的流动造成的。若有足够的压力发生此回流,则膜间的缝隙将爆裂。若该回流是明显的,并影响许多组件,则组件性能的下降会立即显现出来。虽然缝隙受到破坏会发生这种情况,但是除非仔细监控RO单元,否则使用者觉察不出。

能够发生这类情况的原因如下。当RO单元的透过液排入位于较高高度的贮藏时,贮藏中水的位头能有足够的压力引起回流,即可破坏膜间的缝隙。通常在RO透过液的排放处安装单向阀;但是有时即使加单向阀,正常操作还是常遭破坏,结果会使大量的透过液泄漏,从而损害组件。

引起膜旁路的最常遇到的问题是O形密封环的泄漏。每个膜单元的两端都有用O形环密封的连接器。这是一个经济的密封方法,在合适的情况下是十分有效的。但是,为了使O形环密封严格,密封的部件必须是静止固定的,但在RO压力容器中,这不容易作到,当泵启动时,压力容器中的压力增加,容器拉伸。同时,由于在咸水流道中水流动的拖曳,所有有力作用在膜单元上。由此引起膜单元在咸水流动方向上移动。

3、结论

高纯水生产,必须严格控制粒子、细菌和TOC含量是应用的关键过程。RO膜的质量必须不断改进,工程公司必须加强对RO及超高纯水系统的应用、设计和操作更多的了解。