[精編]《安全環(huán)境-環(huán)保技術》之膜技術在電子工業(yè)純水制造中的應用

1、此資料由網(wǎng)絡收集而來，如有侵權請告知上傳者立即刪除。資料共分享，我們負責傳遞知識。膜技術在電子工業(yè)純水制造中的應用 一、純水在電子元器件生產中的作用純水在電子工業(yè)主要是電子元器件生產中的重要作用日益突出，純水水質已成為影響電子元器件產品質量、生產成品率及生產成本的重要因素之一，水質要求也越來越高。在電子元器件生產中，高純水主要用作清洗用水及用來配制各種溶液、漿料，不同的電子元器件生產中純水的用途及對水質的要求也不同。在電解電容器生產中，鋁箔及工作件的清洗需用純水，如水中含有氯離子，電容器就會漏電。在電子管生產中，電子管陰極涂敷碳酸鹽，如其中混入雜質，就會影響電子的發(fā)射，進而影響電子管的放大性能

2、及壽命，因此其配液要使用純水。在顯像管和陰極射線管生產中，其熒光屏內壁用噴涂法或沉淀法附著一層熒光物質，是鋅或其他金屬的硫化物組成的熒光粉顆粒并用硅酸鉀粘合而成，其配制需用純水，如純水中含銅在8ppb以上，就會引起發(fā)光變色；含鐵在50ppb以上就會使發(fā)光變色、變暗、閃光跳躍；含有機物膠體、微粒、細菌等，就會降低熒光層強度及其與玻殼的粘附力，并會造成氣泡、條跡、漏光點等廢次品。在黑白顯像管熒光屏生產的12個工序中，玻殼清洗、沉淀、濕潤、洗膜、管頸清洗等5個工序需使用純水，每生產一個顯像管需用純水80kg1。液晶顯示器的屏面需用純水清洗和用純水配液，如純水中存在著金屬離子、微生物、微粒等雜質，就會

3、使液晶顯示電路發(fā)生故障，影響液晶屏質量，導致廢、次品。顯像管、液晶顯示器生產對純水水質的要求見表1。表1 顯像管、液晶顯示器用純水水質項目單位電阻率mcm(25t)細菌個/ml微粒個/mltocmg/lna+g/lk+g/lcug/lfeg/lzng/l黑白顯像管彩色顯像管液晶顯示器55551110(0.5)10(1)10(1)0.50.5110101010101081010101010101010在晶體管、集成電路生產中，純水主要用于清洗硅片，另有少量用于藥液配制，硅片氧化的水汽源，部分設備的冷卻水，配制電鍍液等。集成電路生產過程中的80%的工序需要使用高純水清洗硅片，水質的好壞與集成電路的

4、產品質量及生產成品率關系很大。水中的堿金屬（k、na等）會使絕緣膜耐壓不良，重金屬（au、ag、cu等）會使pn結耐壓降低，族元素（b、al、ga等）會使n型半導體特性惡化，族元素（p、as、sb等）會使p型半導體特性惡化2，水中細菌高溫碳化后的磷（約占灰分的20-50%）會使p型硅片上的局部區(qū)域變?yōu)閚型硅而導致器件性能變壞3，水中的顆粒（包括細菌）如吸附在硅片表面，就會引起電路短路或特性變差。集成電路生產對純水水質的要求見表2。表2 集成電路（dram）對純水水質的要求456 集成電路（dram）集成度16k64k256k1m4m16m相鄰線距（m）42.21.81.20.80.5微粒直徑（

5、m）0.40.20.20.10.080.05個數(shù)（pcs/ml）10010020201010細菌（cfu/100ml）1005010510.5電阻率（s/cm，25）161717.5181818.2toc(ppb)1000500100503010do(ppb)500200100805010na+(ppb)110.80.50.10.1二、膜技術在純水制造中的應用純水制造中應用的膜技術主要有電滲析（ed）、反滲透（ro）、納濾（nf）、超濾（uf）、微濾（mf），其工作原理、作用等見表3。表3 純水制造中常用的膜技術膜組件名稱edronfufmf微孔孔徑5-50埃15-85埃50-1000埃（1m

6、）0.03-100m工作原理離子選擇透過性1.優(yōu)先吸附-毛細管理論2.氫鏈理論3.擴散理論同左濾膜篩濾作用同左作用去除無機鹽離子 去除無機鹽離子，以及有機物、微生物、膠體、熱源、病毒等 去除二價、三價離子，m100的有機物，以及微生物、膠體、熱源、病毒等 去除懸濁物、膠體以及m6000的有機物去除懸濁物組件形式膜堆式 大多為卷式，少量為中空纖維同左 大多為中空纖維，少量為卷式 摺迭濾筒式工作壓力（mpa）0.03-0.31-40.5-1.50.1-0.50.05-0.5水回收率（%）50-8050-7550-8590-95100使用壽命（年）3-83-53-53-53-6個月水站位置除鹽工序除

7、鹽工序1.除鹽工序2.ro前的軟化 大多為純水站終端精處理，少數(shù)為ro前的預處理1.ro、nf、uf前的保安過濾(3-10m)2.離子交換后濾除樹脂碎片(1m)3.uv后濾除細菌死體(0.2或 0.45m)4.純水站終端過濾(0.03-0.45m) 與傳統(tǒng)的水處理技術相比，膜技術具有工藝簡單、操作方便、易于自動控制、能耗小、無污染、去除雜質效率高、運行成本低等優(yōu)點，特別是幾種膜技術的配合使用，再輔之以其他水處理工藝，如石英砂過濾、活性炭吸附、脫氣、離子交換、uv殺菌等，為去除水中的各種雜質，滿足日益發(fā)展的電子工業(yè)對高純水的需要，提供了有效而可靠的手段，而且也只有應用了多種膜技術，才能生產出合格

8、、穩(wěn)定的高純水，才能生產出大規(guī)模、超大規(guī)模、甚大規(guī)模集成電路（lsi、vlsi、ulsi），從而使計算機、雷達、通訊、自動控制等現(xiàn)代電子工業(yè)的發(fā)展和應用得以實現(xiàn)。值得一提的是：當原水的含鹽量大于400mg/l時，純水制造的除鹽工序采用ro-離子交換工藝后，比早先單用離子交換可節(jié)約酸、堿90%左右，使離子交換柱的周期產水量提高10倍左右7，事實證明，可以降低純水制造的運行費用和制水成本，可以減少工人的勞動強度，可以減少對環(huán)境的污染，并可使純水水質得到提高并長期穩(wěn)定。據(jù)統(tǒng)計，在我國電子工業(yè)引進的純水制造系統(tǒng)中，有ro的約占系統(tǒng)總數(shù)的90%，有uf的約占20%，有mf的幾乎為100%8，而ed在我國

9、國產的純水系統(tǒng)特別是早期投產的純水系統(tǒng)，以及為數(shù)眾多的對純水水質要求不高的一般電子元器件（如電阻、電容、黑白顯像管、電子管等）制造廠的純水系統(tǒng)中占有相當?shù)谋壤?。三、微電子工廠純水站使用膜技術實況現(xiàn)以某微電子工廠中的某一純水站使用膜技術的實況，說明膜技術在電子工業(yè)純水制造中的應用。其純水制造系統(tǒng)工藝流程見圖1。1.前級uf前級uf是用于去除水中的懸濁物、膠體及有機物，降低水的sdi值，確保ro的安全運行。前級uf有5組，每組45根組件，共225根組件，進水280m3/h，透過水250 m3/h，濃縮水排放，回收率約90%。uf組件為美國romicon公司生產，型號hf-bz-20-pm80，組件

10、直徑5in，長43in，內壓式中空纖維膜，纖維直徑20mil（0.51mm），共有2940根纖維，膜面積132ft2，膜材料為ps（聚砜），截留分子量8萬。uf前采用5m保安過濾器。2.一級ro水中加入還原劑na2so3（加藥量為水中余氯值的1.8倍）以防止余氯氧化腐蝕ro膜，加入防垢劑（napo3）6（加藥量為5ppm）以防止caco3、caso4等在ro膜上結垢，再經5m 保安過濾器后由高壓泵打進一級ro。一級ro有4組，均為二段。其中三組為每組8根膜容器，呈（5+3）排列，第4組為11根膜容器，呈（8+3）排列，膜容器由frp（玻璃鋼）制成，每根內裝6個ro元件，總共為210個ro元件，

11、進水250m3/h，透過水188m3/h，濃縮水排放，回收率為75%，脫鹽率90%（初始脫鹽率99%），操作壓力1.55mpa。ro元件為美國hydranautics(海德能)公司生產，型號cpa3。元件直徑8in，長40in，卷式膜，膜面積400ft2，膜材料為芳香聚酰胺復合膜，元件脫鹽率99.5%。3.二級ro一級ro水箱出水中一部分進入a系統(tǒng)，先加naoh（cp級）調節(jié)ph為8.2-8.6，使水中co2生成hco3-，被二級ro除去，以減輕混床離子交換的負擔，采用二級ro可以使混床再生周期延長一倍，減少再生酸堿耗量，并可進一步去除toc和膠體物質。二級ro前采用3m保安過濾器，二級ro為

12、一組三段，共10根膜容器，按（6+3+1）排列，每根容器內裝6只ro元件，共60只ro元件，進水70m3/h，出水62m3/h，濃水排至超濾水箱，回收率為90%，脫鹽率70%(初始脫鹽率80%)，ro元件的生產廠、型號與一級ro相同。4.后級uf后級uf是用于去除水中的微粒、微生物、膠體、有機物等的終端過濾設備。a系統(tǒng)后級uf為3組，每組18支，共54支組件，進水92 m3/h，出水90 m3/h，濃水排至一級ro水箱，回收率約98%。uf組件為美國romicon公司生產，型號hf-132-20-pm10，組件直徑5in，長43in，內壓式中空纖維膜，纖維直徑20mil(0.51mm)，共有2940根纖維，膜面積132ft2，膜材料為ps（聚砜），截留分子量1萬。b系統(tǒng)后級uf為8組，每組9支，共72支組件，進水168 m3/h，出水164 m3/h，回收率約98%，uf組件制造廠及型號與a系統(tǒng)后級uf相同。c系統(tǒng)后級uf有3支組件，進水4 m3/h，出水3.9 m3/h，回收率約98%，uf元件為美國hydranautics公司生產，型號4040-ftv-2120，組件直徑3.94in，長40in，卷式膜，膜面積55ft2，膜材料為聚烯烴，截留分子量5萬。5.微濾本系統(tǒng)的微濾可分為三類，第一類為前級uf、ro前的保安過濾器，用于去除水