ГЛАВНАЯНОВОСТИГОСТЕВАЯ КНИГАУСЛУГИ И ЦЕНЫКОНТАКТЫБИБЛИОТЕКА
 
  Вернуться назад

Системы (установки) очистки воды для микроэлектроники

Получение ультрачистой воды (деионизованной воды)

     На сегодняшний день микроэлектроника остается по-прежнему одним из катализаторов научно-технического прогресса важнейших отраслей народного хозяйства.
Уровень и скорость ее развития, а также объемы производства ее основных изделий (интегральных микросхем) во многом определяет оборонный, экономический и культурный потенциал страны.
Основными стандартами, которые регламентируют качество воды, применяемой в микроэлектронике, являются стандарты Института полупроводниковой техники и материалов (Semiconductor Equipment and Materials Institute – SEMI) и Американского общества по испытанию материалов (American Society of Testing Materials – ASTM). В РФ требования к такой воде представлены в ОСТ 11.029.003-80.
Поскольку ОСТ 11.029.003-80 был выпущен в 1980 году и требования к деионизованной воде, указанные в нем устарели, в своей деятельности по проектированию и изготовлению установок получения ультрачистой воды для микроэлектроники мы в основном руководствуемся стандартами SEMI и ASTM. 
    В стандарте ASTM D 5127-90 для деионизованной воды, применяемой в электронике, предусмотрено четыре типа воды, в зависимости от размера полупроводниковых микроэлементов, в производстве которых она используется:

  • тип Е-1 – ультрачистая вода для элементов размером менее 1 мкм,
  • тип Е-2 – для элементов размером от 1 до 5 мкм,
  • тип Е-3 – для элементов размером более 5 мкм,
  • тип Е-4 – для производства электронных плат общего назначения, где возможно промежуточное хранение подготовленной воды в атмосферных емкостях.

    Требования к качеству воды для электронной промышленности по ОСТ 11.029.003-80, ASTM D 5127-90, SEMI  «Suggested Guidelines for Pure Water for Semiconductor Processing» (Руководство по чистой воде для производства полупроводниковых приборов), представлены здесь.
    Системы очистки воды для микроэлектроники проектируются, комплектуются и изготавливаются с учетом требований указанных стандартов и состава исходной воды.
При проектировании систем получения воды для микроэлектроники следует учитывать ряд ключевых факторов, в том числе:

  • необходимость гарантированного обеспечения постоянной температуры деионизованной воды в производстве с точностью поддержания ± 1оС;
  • для получения ультрачистой воды заданного качества система предварительной подготовки исходной воды должна быть направлена на максимальное снижение содержащихся в исходной воде примесей для обеспечения требований, предъявляемых установками обессоливания воды и ее финишной очистки к входящей в них воде;
  • необходимость использования систем хранения и распределения ультрачистой воды, не влияющих на ее качество, и обеспечивающих защиту от микробиологического загрязнения и попадания посторонних примесей;
  • необходимость применения технологий и методов, поддерживающих качество воды в течение производства, хранения и распределения;
  • необходимость постоянного контроля и мониторинга на всех стадиях процесса производства, а также при хранении и распределении ультрачистой воды, кроме того на рабочих местах (местах потребления) по показателям: удельной электропроводности (омическому сопротивлению), общему органическому углероду, температуре и других факторов.

    Высокое качество воды обеспечивается за счет каскадного (модульного) принципа построения системы очистки воды и использования самых передовых методов обработки воды.
Современные системы получения ультрачистой воды для микроэлектроники предусматривают многостадийный процесс, обеспечивающий максимальное качество получаемой воды:

Грубая фильтрация механических частиц

Осуществляются с помощью автоматических самопромывных сетчатых фильтров, использующих в качестве фильтрующего материала сетку из нержавеющей стали с размерами пор 90-100 мкм.

Регулирование температуры

    Применяются пластинчатые теплообменники с системой автоматического поддержания температуры кондиционной воды, включающей: блок управления, регулирования и контроля, датчики температуры, клапан седельный регулирующий с редукторным электродвигателем. Система обеспечивает постоянство температуры воды, условия для надлежащей работы установленного оборудования и стабильную производительность всей системы водоподготовки и, соответственно, стабильное высокое качество получаемой воды.

Предварительная очистка исходной воды

    Технологическая схема предварительной очистки исходной воды в зависимости от источника водоснабжения и ее состава может включать в себя следующие стадии:

    При необходимости в систему предварительной очистки воды включаются:

    Состав системы предварительной очистки воды, количество стадий подготовки воды, аппаратурное оформление технологического процесса зависит от источника водоснабжения, состава исходной воды, требуемой степени очистки конечного продукта и определяется по результатам математического моделирования отдельных стадий процесса.

Обессоливание подготовленной воды

    Технологическая схема обессоливания воды, как правило, состоит из двух ступеней и  может включать в себя:

  • стадию обессоливания с использованием Н-катионирования, ОН-анионирования и промежуточной декарбонизацией воды;
  • стадию обессоливания воды с использованием обратного осмоса, который обеспечивает высокую степень очистки воды, снижает содержание анионов и катионов до 1% от их содержания в исходной воде, задерживает микроорганизмы, высокомолекулярные органические соединения, эндотоксины и др. примеси; после установок обратного осмоса требуется последующая декарбонизация пермеата;
  • стадию промежуточного накопления и хранения пермеата (фильтрата) после первой ступени обессоливания; хранят пермеат в закрытых емкостях, изготовленных из материалов, неизменяющих свойств очищенной воды и защищающих ее от инородных частиц и микробиологических загрязнений, имеющих шероховатость внутренней поверхности (не более 0,8 Ra) и защищенных дыхательным фильтром от бактерий, пыли, которые могут проникнуть в воду из атмосферного воздуха. Емкость хранения должна быть оптимально подобрана, чтобы обеспечить оборот воды по системе очистки от 1 до 5 раз в час. Вода из емкости при необходимости должна полностью сливаться. Поэтому, во избежание застойных зон, емкость должна устанавливаться вертикально, и высота емкости должна составлять 2 диаметра.
  • стадию обессоливания на фильтрах смешанного действия (ФСД);
  • стадию обессоливания на установках электродеионизации воды;

Хранение и распределение воды

    Хранение ультрачистой воды осуществляется в емкости, защищенной дыхательным фильтром от бактерий, пыли, которые могут проникнуть в воду из атмосферного воздуха, оборудованной подачей азота и УФ-стерилизатором внутренней поверхности емкости, препятствующего попаданию атмосферного воздуха и последующим нежелательным реакциям (растворение газов и др.). Конструкция емкости должна предусматривать полный слив воды для проведения регламентных процедур по санитарной обработке, отсутствие застойных зон, душирование стенок емкости. В соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84 «в системах водооснабжения промышленных предприятий должны быть установлены баки-сборники. Емкость сборных баков должна приниматься не менее 10-минутного максимального расхода,  но не более 30-минутного максимальной производительности насоса. Число баков при круглогодичной работе надлежит принимать не менее двух, емкостью по 50 % каждый».
    Особое внимание в системе распределения ультрачистой воды следует уделять насосной группе осуществляющей транспортировку деионизованной воды из емкостей в систему распределения.
Основной задачей при проектировании системы хранения и распределения воды очищенной является обеспечение постоянного движения воды в трубопроводе, отсутствии застойных зон, которые способствуют росту микроорганизмов и образованию биопленок на поверхностях. Современные системы хранения и распределения подразумевают под собой рециркуляционную систему с однонаправленным движением потока и возможностью полного удаления воды из трубопровода. 
    Критическими параметрами при хранении и распределении воды очищенной являются:

  • температура;
  • движение воды и ее скорость;
  • давление;
  • материалы трубопроводов и емкости для хранения.

    Поскольку в системе рециркуляции температура деионизованной воды колеблется в пределах 22 ± 1оС, то согласно Правилам GMP она должна быть оборудована установками УФ-стерилизации для снижения уровня микроорганизмов в воде.
Движение воды в трубопроводе должно быть турбулентным со скоростью от 1,5 до 3 м/с.  При этом ни одна часть трубопровода не должна находиться в горизонтальном положении, а точки отбора воды должны быть оборудованы мембранными вентилями санитарного исполнения и спроектированы с учетом правила шестикратного диаметра. При этом в точке отбора воды необходимо учитывать потери давления при трении воды о стенки трубопровода, потери в местах соединений, поворотов, подъемов распределительной петли и др. Необходимо учитывать среднесуточное, среднечасовое и пиковое потребление воды. При увеличении пиковых расходов воды рекомендуется организовывать семафорную систему разбора.
    При правильном проектировании системы распределения критическим является правильный выбор оборудования для достижения необходимого давления воды. Давление деионизованной воды в системе рециркуляции должно быть в пределах 0,2 - 0,3 МПа, и автоматически поддерживаться за счет установки на линии возврата воды в емкость редукционного клапана, выполняющего роль регулятора давления в «петле» рециркуляции (при увеличении разбора воды из системы, т.е. при снижении давления, клапан автоматически закрывается, при понижении разбора воды происходит обратный процесс).
    Система распределения («петля» рециркуляции) должна быть выполнена из труб с внутренней полировкой  максимального качества (менее Ra 0,4). При монтаже оборудования используется бесшовная сварка, обеспечивающая отсутствие шероховатостей в местах соединений. Материалом трубопровода и запорно-регулирующей арматуры является поливинилиденфторид (PVDF) или натуральный полипропилен (РР-n), которые обеспечивают необходимую чистоту воды. В большинстве случаев трубопроводы изготовляются в чистых производствах и герметично упаковываются на месте, обеспечивая высокую чистоту продукта.
    В «петле» рециркуляции устанавливаются:

  • УФ-установка, основной целью применения которой является либо обеспечение микробиологического контроля получаемого фильтрата (при использовании длины волны 254 нм), либо снижение содержания органических веществ (при использовании длины волны 185 нм);
  • фильтр смешанного действия (ФСД) на основе смеси ионообменных смол ядерного класса. Данный этап обеспечивает получение ультрачистой воды с удельным сопротивлением более 18 МОм·см и содержанием общего органического углерода менее 50 мкг/л;
  • «полирующий» фильтр на основе ионообменной смолы-органопоглотителя предназначен для гарантийного обеспечения требований, предъявляемых к воде по содержанию общего органического углерода, т.е. вплоть до 20 мкг/л;
  • каскад мембранных фильтров с рейтингом фильтрации от 1 мкм до 0,22 мкм.

Система финишной очистки деионизованной воды

    В соответствии с ГОСТ 25661-83 «Установки для финишной очистки воды. Общие технические требования» при производстве изделий микроэлектроники 4 степени интеграции непосредственно на месте использования деионизованной воды должны быть смонтированы  установки финишной очистки воды, предназначенные для деионизации воды с последующей стерилизацией и очисткой от микрочастиц и микроорганизмов.

    Специалисты компании «Мировые Водные Технологии» по Вашему Техническому Заданию осуществят полный комплекс работ:

  • проведут анализ исходных данных по источнику водоснабжения;
  • выполнят математическое моделирование процессов предварительной очистки воды, ее кондиционирования, обессоливания, хранения, распределения и финишной очистки;
  • подберут необходимое Вам оборудование, которое позволит обеспечить выход по очищенной воде надлежащего качества от 10 л/ч до 100 м3/ч и выше;
  • выполнят монтаж оборудования с применением самого современного монтажного оборудования, инструмента, материалов, комплектующих изделий;
  • проведут комплекс пуско-наладочных работ и обучение обслуживающего персонала;
  • осуществят техническую поддержку в гарантийный и пост-гарантийный периоды эксплуатации оборудования;
  • обеспечат эксплуатируемое оборудование расходными материалами и запасными частями.

   Создание сайта: студия «Unstandard»
   Дизайн: С.Черкасов, комп.поддержка: Н.Ксенофонтов

наверх