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电子行业用水简介

作者:成都洪拓来源:成都洪拓发布时间:2015-04-26

 

 

随着电子工业的发展,在高精度产品(如硬盘、液晶显示器)及高纯度药剂(如电子级磷酸)的生产过程中,对于水质的要求越来越高,超纯水成为影响产品质量最关键的因素之一。
下图为我公司一套15吨/小时超纯水设备的现场:
图片21.jpg
超纯水系统能将原水中的杂质(包括离子、微粒、硅、有机碳和溶解气体等)降至1μg/l以下,接近水的理论电阻率——18.24MΩ·cm。
我公司拥有很多大型超纯水系统设计和施工经验,其最终用户包括京东方、旭虹光电、兴福电子、光为绿能等电子行业的知名企业。
下图为制取18.2MΩ·cm超纯水的工艺流程:
QQ图片20150427232601.png
备注:本工艺流程常用于芯片、液晶显示器、太阳能多晶硅等行业,根据用户对TOC、溶解氧等指标的特殊需要,可以增加TOC降解器、脱气膜等配件。
典型业绩介绍:
四川旭虹光电科技有限公司
2.jpg
项目简介:
本项目采用的工艺为絮凝剂添加装置+石英砂过滤+活性炭过滤+阻垢剂添加装置+板式换热器+双级反渗透+EDI+TOC降解器+抛光混床,设备产水达到《电子级水国家标准GB/T 1144.6.1-1997EW-Ⅰ级,设备产水用于液晶玻璃基板的生产。
:
由于甲方所选用的锅炉为余热锅炉,无法提供足够的热水或蒸汽来提升冬季的原水温度.故我公司在设计时,为客户专门研发了一套低温平衡系统,使系统的运行温度降低到11℃,大大降低了冬季时系统的蒸汽使用量,使设备运行成本降低了40%,赢得了客户的赞誉.
常见工艺流程介绍:
1.采用双级反渗透+EDI,其流程如下:
原水→原水箱→原水加压泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→阻垢剂添加装置/软水器→精密过滤器→一级反渗透机→PH调节→中间水箱→第二级反渗透→EDI给水箱→中间水泵→微孔过滤器→EDI系统→终端超滤→用水点
产水品质:电阻率≥15MΩ.cm
2.采用双级反渗透+EDI+抛光混床,其流程如下:
原水→原水箱→原水加压泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→阻垢剂添加装置/软水器→精密过滤器→一级反渗透机→PH调节→中间水箱→第二级反渗透→EDI给水箱→中间水泵→微孔过滤器→EDI系统→抛光混床→终端超滤→用水点
产水品质:电阻率≥18MΩ.cm
3.采用单级反渗透+混床,其流程如下:
原水→原水箱→原水加压泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→阻垢剂添加装置/软水器→精密过滤器→一级反渗透→混床系统→精密过滤器→用水点
产水品质:电阻率≥5MΩ.cm
4.采用两级反渗透+混床方式,其流程如下:
原水→原水箱→原水加压泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→阻垢剂添加装置/软水器→精密过滤器→第一级反渗透 →PH调节→中间水箱→第二级反渗透→二级反渗透产水箱→混床供水泵→混床→纯水箱→供水泵→微孔过滤器→用水点
产水品质:电阻率≥10MΩ.cm
备    注:
1. 多介质过滤器部分可以用盘式过滤器/自清洗过滤器+超滤装置替换,以便节约设备占地空间,同时提高预处理产水品质,延长反渗透膜的使用寿命。
2. 根据客户对超纯水中总有机碳、微粒、溶解氧、硼等杂质的具体要求,可以在上述流程中增加TOC降解器、电子级超滤、脱气膜、除硼树脂等配件。
常见工艺优劣势比较:
目前制备电子行业用超纯水的工艺基本上是以上四种,其余的工艺流程大都是在以上四种基本工艺流程的基础上进行不同组合搭配衍生而来。现将他们的优缺点分别列于下面:
1.采用单级/双级反渗透+混床工艺:
优点:初期投资少,故障发生率低,维修方便,维护费用低;
缺点:对水中有机物、溶解氧等杂质的去除效果很差。必须定期对树脂进行再生,操作难度较大。树脂再生消耗大量酸碱,导致运行成本高,且污染环境。
2.采用双级反渗透+EDI的工艺:
优点:去除全部的细菌、病毒、胶体、大分子有机物和微粒等杂质,离子去除效果达到≤1ppb级别,产水电阻率≥15Mcm;全自动运行,可24小时不间断工作,水质稳定无波动,综合运行成本低,无污染物排放。
缺点:初期投资相对较高。
这是目前制取纯水最经济、最环保的制备工艺,其产水高品质和工作稳定性已经在大量的实践中得到检验。
我们公司生产的纯水设备特点:
我公司在纯水设备设计、生产、安装和调试方面有多年的从业经验,可根据用户的原水情况、现场情况、投资预算、设备自动化程度要求和最终产水品质要求等,为用户提供最佳的配置。
关键部件介绍
1) 反渗透部分:此部分主要作用是去除水中绝大多数的盐类、有机物、胶体、细菌和病毒,反渗透部分产水品质通常可以达到电阻率≥0.5MΩ.cm,为了保证系统在原水较恶劣的情况下仍然能够提供高品质的产水,同时延长EDI和抛光混床系统的使用寿命,我公司生产的超纯水系统反渗透部分均为双级反渗透;
2) TOC脱除器:采用185nm的紫外线将有机物降解,降解产物为CO2和水,以达到降低总有机碳含量的目的;
3.jpg
3) 脱气系统:此部分主要起到脱除水中溶解气体——尤其是溶解氧和二氧化碳,通过两级或三级脱气,可以将水中的溶解氧含量降低到小于1μg/L;下图为脱气膜工作原理图:

4.jpg

 
4) EDI:又称连续电除盐技术,这一新技术可以代替传统的离子交换装置,生产出电阻率高达15MΩ·cm以上的超纯水,并且产水品质稳定,无需酸碱再生,操作和维护简单;下图为EDI工作原理图:
5.jpg
下表是西门子Ionpure EDI模块的工作参数:
操作参数
回收率
90-95%
最大允许进水压力
7bar(100psi)
最高允许进水温度
45℃(113°F)
名义流量时的压降范围
1.4-2.1bar(20-30psi)
产水水质
产水电阻率
>16MΩ.cm
说明:实际性能可以用Ionpure的IP-Pro 设计软件确定
硅(SiO2)去除率
90-99%,取决于进水条件
氯化钠(NaCl)去除率
大于99.9%,最终含量<3ppb
5) 抛光混床系统:用于去除EDI产水中残余的微量离子及弱电解质,其产水电阻率可达到18.2Mcm。抛光混床是通过使用一种专门为最高级别的超纯水精处理而设计的抛光树脂,这种树脂具有高交换容量、充分再生、无化学析出的特点。从而能够很好地去除水中的微量离子,同时不会使不断运行的超纯水系统增加杂质;
目前所采用的抛光树脂多为美国陶氏公司生产的MR-450UPW,其具体参数请见下表:
2.png
6) 混床系统:混床离子交换除盐,就是把阴阳离子交换树脂放在同一交换器中,运行前,先把它们分别再生成OH- 型和H+ 型,然后混合均匀。所以混床可以看作由许许多多阴阳树脂交错排列而组成的多级式复床。在混床中,由于运行时阴阳树脂是相互混匀的,所以其阴阳离子交换反应几乎是同时进行的。或者说,水中阳离子交换和阴离子交换是多次交错进行的。因此,经阳离子交换所产生的H+和经阴离子交换所产生的OH都不会累积起来,而是马上互相中和生成H2O。这就使交换反应进行得非常彻底,出水水质很好。混床中树脂失效后,应先将两种树脂分离,然后分别进行再生和清洗。再生清洗后,再将两种树脂混合均匀,又投入使用。
7) 氮封水箱和输送管路:氮封水箱和输送管路的材质极大的影响超纯水的品质,为了防止水箱和管路大量析出离子和细菌繁殖,水箱和管路的材质建议采用PVDF或Clean PVC。
行业标准:
  美国ASTM电子级半导体工业用水要求
 
 
Type E-1
Type E-1.1
Type E-1.2
Type E-2
Type E-3
Type E-4
线宽 (μm)
1.0-1.5
0.5-0.25
0.25-0.18
5.0-1.0
>5.0
/
电阻率MΩ.cm
(25℃)
 
18.2
 
18.2
 
18.2
 
17.5
 
12
 
0.5
内毒素(EU/ml)
 
0.03
 
0.03
 
0.03
 
0.25
 
/
 
/
总有机碳 (μg/L)
 
5
 
2
 
1
 
50
 
300
 
1000
溶解氧 (μg/L)
 
1
 
1
 
1
 
/
 
/
 
/
蒸发残渣 (μg/L)
 
1
 
0.5
 
0.1
 
/
 
/
 
/
空间环境检测仪测试颗粒/L
0.1-0.2 (μm)
 
1000
 
1000
 
200
 
/
 
/
 
/
0.2-0.5 (μm)
 
500
 
500
 
100
 
3000
 
/
 
/
0.5-1   (μm)
 
50
 
50
 
1
 
/
 
10000
 
/
1.0     (μm)
 
/
 
/
 
/
 
/
 
/
 
100000
在线检测仪测试颗粒/L
0.05-0.1(μm)
 
500
500
100
/
/
/
0.1-0.2 (μm)
 
300
300
50
/
/
/
0.2-0.3(μm)
 
50
50
20
/
/
/
0.3-0.5(μm)
 
20
20
10
/
/
/
>0.5 (μm)
4
4
1
/
/
/
细菌
个/100ml
1
1
1
/
/
/
个/1L
1
1
0.1
10
10000
100000
全硅 (μg/L)
 
3
 
0.5
 
0.5
 
10
 
50
 
1000
溶解性硅 (μg/L)
 
1
 
0.1
 
0.05
 
/
 
/
 
/
离子和金属 (μg/L)
铵(NH4+
0.1
0.1
0.05
/
/
/
溴(Br-
0.1
0.05
0.02
/
/
/
氯(Cl-
0.1
0.05
0.02
1
10
1000
氟(F-
0.1
0.05
0.03
/
/
/
硝酸根(NO3-
 
0.1
 
0.05
 
0.02
 
1
 
5
 
500
亚硝酸根(NO2-
 
0.1
 
0.05
 
0.02
 
/
 
/
 
/
磷酸根(PO43-
 
0.1
 
0.05
 
0.02
 
1
 
5
 
500
硫酸根(SO42-
 
0.1
 
0.05
 
0.02
 
1
 
5
 
500
铝(Al3+
0.05
0.02
0.005
/
/
/
钡(Ba2+
0.05
0.02
0.001
/
/
/
0.05
0.02
0.005
/
/
/
钙(Ca2+
0.05
0.02
0.002
/
/
/
0.05
0.02
0.002
/
/
/
铜(Cu2+
0.05
0.02
0.002
1
2
500
铁(Fe3+
0.05
0.02
0.002
/
/
/
铅(Pb2+
0.05
0.03
0.005
/
/
/
(Li+)
0.05
0.02
0.003
/
/
/
(Mg2+)
0.05
0.02
0.002
/
/
/
0.05
0.02
0.002
/
/
/
0.05
0.02
0.002
1
2
500
(K+)
0.05
0.02
0.005
2
5
500
(Na+)
0.05
0.02
0.005
1
5
1000
(Sr2+)
0.05
0.02
0.001
/
/
/
(Zn2+)
0.05
0.02
0.002
1
2
500
注:集成度(DRAM)64M位,其线宽0.35(μm);16M位线宽0.5(μm)。