膜技术在电子工业纯水制造中应用

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1、中国环保联盟 http:/ 膜技术在电子工业纯水制造中的应用膜技术在电子工业纯水制造中的应用 摘要：摘要：纯水在电子工业主要是电子元器件生产中的重要作用日益突出，纯水水质已成为影响电子元器件产品质量、生产成品率及生产成本的重要因素之一，水质要求也越来越高。在电子元器件生产中，高纯水主要用作清洗用水及用来配制各种溶液、浆料，不同的电子元器件生产中纯水的用途及对水质的要求也不同。 关键字：关键字：膜技术 纯水 一、纯水在电子元器件生产中的作用 纯水在电子工业主要是电子元器件生产中的重要作用日益突出，纯水水质已成为影响电子元器件产品质量、生产成品率及生产成本的重要因素之一，水质要求也越来越高。在电子

2、元器件生产中，高纯水主要用作清洗用水及用来配制各种溶液、浆料，不同的电子元器件生产中纯水的用途及对水质的要求也不同。 在电解电容器生产中，铝箔及工作件的清洗需用纯水，如水中含有氯离子，电容器就会漏电。在电子管生产中，电子管阴极涂敷碳酸盐，如其中混入杂质，就会影响电子的发射，进而影响电子管的放大性能及寿命，因此其配液要使用纯水。在显像管和阴极射线管生产中，其荧光屏内壁用喷涂法或沉淀法附着一层荧光物质，是锌或其他金属的硫化物组成的荧光粉颗粒并用硅酸钾粘合而成，其配制需用纯水，如纯水中含铜在 8ppb 以上，就会引起发光变色；含铁在 50ppb 以上就会使发光变色、变暗、闪光跳跃；含有机物胶体、微粒

3、、细菌等，就会降低荧光层强度及其与玻壳的粘附力，并会造成气泡、条迹、漏光点等废次品。在黑白显像管荧光屏生产的 12 个工序中，玻壳清洗、沉淀、湿润、洗膜、管颈清洗等 5 个工序需使用纯水，每生产一个显像管需用纯水 80kg1。液晶显示器的屏面需用纯水清洗和用纯水配液，如纯水中存在着金属离子、微生物、微粒等杂质，就会使液晶显示电路发生故障，影响液晶屏质量，导致废、次品。显像管、液晶显示器生产对纯水水质的要求见表 1。 表 1 显像管、液晶显示器用纯水水质 项目单位 电阻率 Mcm (25t) 细菌 个/ml 微粒 个/ml TOC mg/L Na+ g/L K+ g/L Cu g/L Fe g/

4、L Zn g/L 中国环保联盟 http:/ 黑白显像管 彩色显像管 液晶显示器 5 5 5 5 1 1 10(0.5) 10(1) 10(1) 0.5 0.5 1 10 10 10 10 10 10 8 10 10 10 10 10 10 10 10 在晶体管、集成电路生产中，纯水主要用于清洗硅片，另有少量用于药液配制，硅片氧化的水汽源，部分设备的冷却水，配制电镀液等。集成电路生产过程中的 80%的工序需要使用高纯水清洗硅片，水质的好坏与集成电路的产品质量及生产成品率关系很大。水中的碱金属（K、Na 等）会使绝缘膜耐压不良，重金属（Au、Ag、Cu 等）会使 PN 结耐压降低，族元素（B、A

5、l、Ga 等）会使 N 型半导体特性恶化，族元素（P、As、Sb 等）会使 P 型半导体特性恶化2，水中细菌高温碳化后的磷（约占灰分的 20-50%）会使 P 型硅片上的局部区域变为 N 型硅而导致器件性能变坏3，水中的颗粒（包括细菌）如吸附在硅片表面，就会引起电路短路或特性变差。集成电路生产对纯水水质的要求见表 2。 表 2 集成电路（DRAM）对纯水水质的要求456 集成电路（DRAM）集成度 16K 64K 256K 1M 4M 16M 相邻线距（m） 4 2.2 1.8 1.2 0.8 0.5 直径（m） 0.4 0.2 0.2 0.1 0.08 0.05 微粒 个数（PCS/ml）

6、100 100 20 20 10 10 细菌（CFU/100ML） 100 50 10 5 1 0.5 电阻率（s/cm，25） 16 17 17.5 18 18 18.2 TOC(ppb) 1000 500 100 50 30 10 DO(ppb) 500 200 100 80 50 10 Na+(ppb) 1 1 0.8 0.5 0.1 0.1 二、膜技术在纯水制造中的应用 中国环保联盟 http:/ 纯水制造中应用的膜技术主要有电渗析（ED）、反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）、微滤（MF），其工作原理、作用等见表 3。 表 3 纯水制造中常用的膜技术 膜组件名称 ED RO N

7、F UF MF 微孔孔径 5-50 埃 15-85 埃 50-1000埃 （1m） 0.03-100m 工作原理 离子选择透过性 1.优先吸附-毛细管理论 2.氢链理论 3.扩散理论 同左 滤膜筛滤作用 同左 作用 去除无机盐离子 去除无机盐离子，以及有机物、微生物、胶体、热源、病毒等 去除二价、三价离子，M100 的有机物，以及微生物、 胶体、 热源、 病毒等 去除悬浊物、胶体以及M6000的有机物 去除悬浊物 组件形式 膜堆式 大多为卷式，少量为中空纤维 同左 大多为中空纤维， 少量为卷式 摺迭滤筒式 工作压力 （Mpa） 0.03-0.3 1-4 0.5-1.5 0.1-0.5 0.05

8、-0.5 水回收率（%） 50-80 50-75 50-85 90-95 100 使用寿命（年） 3-8 3-5 3-5 3-5 3-6 个月 水站位置 除盐工序 除盐工序 1.除盐工序 2.RO 前的软化 大多为纯水站终端精处理， 少数为 RO 前的预处理 1.RO、NF、UF 前的保安过滤(3-10m) 2.离子交换后滤除树脂碎片中国环保联盟 http:/ (1m) 3.UV后滤除细菌死体(0.2 或 0.45m) 4.纯水站终端过滤(0.03-0.45m) 与传统的水处理技术相比，膜技术具有工艺简单、操作方便、易于自动控制、能耗小、无污染、去除杂质效率高、运行成本低等优点，特别是几种膜技

9、术的配合使用，再辅之以其他水处理工艺，如石英砂过滤、活性炭吸附、脱气、离子交换、UV 杀菌等，为去除水中的各种杂质，满足日益发展的电子工业对高纯水的需要，提供了有效而可靠的手段，而且也只有应用了多种膜技术，才能生产出合格、稳定的高纯水，才能生产出大规模、超大规模、甚大规模集成电路（LSI、VLSI、ULSI），从而使计算机、雷达、通讯、自动控制等现代电子工业的发展和应用得以实现。值得一提的是：当原水的含盐量大于 400mg/L 时，纯水制造的除盐工序采用 RO-离子交换工艺后，比早先单用离子交换可节约酸、碱 90%左右，使离子交换柱的周期产水量提高 10 倍左右7，事实证明，可以降低纯水制造的

10、运行费用和制水成本，可以减少工人的劳动强度，可以减少对环境的污染，并可使纯水水质得到提高并长期稳定。据统计，在我国电子工业引进的纯水制造系统中，有 RO 的约占系统总数的 90%，有 UF 的约占 20%，有 MF 的几乎为 100%8，而 ED 在我国国产的纯水系统特别是早期投产的纯水系统，以及为数众多的对纯水水质要求不高的一般电子元器件（如电阻、电容、黑白显像管、电子管等）制造厂的纯水系统中占有相当的比例。 三、微电子工厂纯水站使用膜技术实况 现以某微电子工厂中的某一纯水站使用膜技术的实况，说明膜技术在电子工业纯水制造中的应用。其纯水制造系统工艺流程见图 1。 1.前级 UF 前级 UF

11、是用于去除水中的悬浊物、胶体及有机物，降低水的 SDI 值，确保 RO 的安全运行。前级 UF有 5 组，每组 45 根组件，共 225 根组件，进水 280m3/h，透过水 250 m3/h，浓缩水排放，回收率约 90%。UF 组件为美国 Romicon 公司生产，型号 HF-BZ-20-PM80，组件直径 5in，长 43in，内压式中空纤维膜，纤维直径 20mil（0.51mm），共有 2940 根纤维，膜面积 132ft2，膜材料为 PS（聚砜），截留分子量 8 万。UF 前采用 5m 保安过滤器。 中国环保联盟 http:/ 2.一级 RO 水中加入还原剂 Na2SO3（加药量为水中

12、余氯值的 1.8 倍） 以防止余氯氧化腐蚀 RO 膜， 加入防垢剂 （NaPO3）6（加药量为 5ppm）以防止 CaCO3、CaSO4等在 RO 膜上结垢，再经 5m 保安过滤器后由高压泵打进一级 RO。一级 RO 有 4 组， 均为二段。 其中三组为每组 8 根膜容器， 呈 （5+3） 排列， 第 4 组为 11 根膜容器， 呈 （8+3）排列，膜容器由 FRP（玻璃钢）制成，每根内装 6 个 RO 元件，总共为 210 个 RO 元件，进水 250m3/h，透过水 188m3/h，浓缩水排放，回收率为 75%，脱盐率90%（初始脱盐率99%），操作压力 1.55Mpa。RO 元件为美国

13、HYDRANAUTICS(海德能)公司生产，型号 CPA3。元件直径 8in，长 40in，卷式膜，膜面积 400ft2，膜材料为芳香聚酰胺复合膜，元件脱盐率99.5%。 3.二级 RO 一级 RO 水箱出水中一部分进入 A 系统， 先加 NaOH（CP 级）调节 pH 为 8.2-8.6，使水中 CO2生成 HCO3-，被二级 RO 除去，以减轻混床离子交换的负担，采用二级 RO 可以使混床再生周期延长一倍，减少再生酸碱耗量，并可进一步去除 TOC 和胶体物质。二级 RO 前采用 3m 保安过滤器，二级 RO 为一组三段，共 10 根膜容器，按（6+3+1）排列，每根容器内装 6 只 RO

14、元件，共 60 只 RO 元件，进水 70m3/h，出水 62m3/h，浓水排至超滤水箱，回收率为 90%，脱盐率70%(初始脱盐率80%)，RO 元件的生产厂、型号与一级 RO 相同。 4.后级 UF 后级 UF 是用于去除水中的微粒、微生物、胶体、有机物等的终端过滤设备。 A 系统后级 UF 为 3 组，每组 18 支，共 54 支组件，进水 92 m3/h，出水 90 m3/h，浓水排至一级 RO 水箱，回收率约 98%。UF 组件为美国 Romicon 公司生产，型号 HF-132-20-PM10，组件直径 5in，长 43in，内压式中空纤维膜，纤维直径 20mil(0.51mm)，

15、共有 2940 根纤维，膜面积 132ft2，膜材料为 PS（聚砜），截留分子量 1 万。 B 系统后级 UF 为 8 组，每组 9 支，共 72 支组件，进水 168 m3/h，出水 164 m3/h，回收率约 98%，UF组件制造厂及型号与 A 系统后级 UF 相同。 C 系统后级 UF 有 3 支组件，进水 4 m3/h，出水 3.9 m3/h，回收率约 98%，UF 元件为美国 HYDRANAUTICS公司生产，型号 4040-FTV-2120，组件直径 3.94in，长 40in，卷式膜，膜面积 55ft2，膜材料为聚烯烃，截留分子量 5 万。 5.微滤 中国环保联盟 http:/ 本系统的微滤可分为三类，第一类为前级 UF、RO 前的保安过滤器，用于去除水中的悬浊物微粒，降低水的 SDI 值，滤芯为 PP（聚丙烯）膜摺迭式滤芯，孔径为 5m 或 3m。第二类在离子交换后，用于滤除离子交换树脂碎片，滤芯为 PP 膜摺迭式滤芯，孔径为 1m。第三类在 UV 杀菌器后，用于滤除微生物尸体，滤芯为 N-6（尼龙 6）膜摺迭式滤芯，孔径为 0.45m 或 0.2m。以上滤芯均为核工业部第八研究所生产。 除上述水站外，该厂还有另几套高纯水制造系统，RO 除使用复合膜元件外，还有使用 CA 醋酸纤维素膜元件。