Проектиране на електродейонизационни системи за полупроводниковата индустрия

Качеството на продукта и успехът на производствения процес зависят от това колко чиста е водата. система за електройонизация комбинира технологията на йонообмен с регенерация на електричество, за да осигурява чиста вода през цялото време, без да се използват химикали. Този високотехнологичен начин на почистване решава важни проблеми в процеса на производство на чипове, където малки йонни замърсители могат да повредят чувствителна електроника и да намалят производствените нива. Много е важно да се знае как правилно да се изградят и настроят тези системи, когато производствените ограничения изискват съпротивление на водата над 18 MΩ·cm и отстраняване на силициев диоксид близо до 99%.

Разбиране на електродейонизационните системи за пречистване на вода от полупроводници

Традиционните начини за пречистване на вода не винаги са в състояние да отговорят на строгите стандарти за качество, на които трябва да отговарят съвременните полупроводникови инсталации. Технологията за електродейонизация се появи като начин за комбиниране на изпитаните принципи на йонообмена с електрохимичното обновяване. Тя елиминира необходимостта от работа с опасни химикали и справяне с прекъсванията, които са характерни за традиционната дейонизация със смесен слой.

Основни компоненти и принципи на работа

Йонен обмен мембранаВсяка система за електродейонизация е направена от секции от смола, които разменят местата си между два електрода. Когато пропускаме постоянен ток през тези части, водните молекули се разделят на водородни и хидроксилни йони, които поддържат регенериращите се слоеве от смола на място. Това елиминира необходимостта от редовни цикли на киселинно и каустично почистване, които са опасни за работата и вредят на околната среда.

Анионнообменните мембрани изпращат отрицателно заредени йони към анода и положително заредени йони към катода. Смолистите перли във всяка секция улесняват отстраняването на йони чрез обменни процеси, които протичат непрекъснато, когато се прилага електричество. Модулът приема предварително обработена захранваща вода с общо съдържание на разтворени твърди вещества под 20 ppm. След това системата произвежда ултрачиста вода, като същевременно изпраща концентрирани отпадъци към друг изпускателен отвор.

Предимства на безхимичните приложения в полупроводниковите технологии

Премахването на необходимостта от съхранение и работа с опасни химикали оказва голямо влияние върху производителите на полупроводници. Традиционните йонообменни системи трябва редовно да се регенерират със сярна киселина и натриев хидроксид. Това създава правила за безопасност, необходимост от неутрализиране на системата и разходи за изхвърляне на отпадъци. Нашият метод на електродейонизация използва само електрически ток, което го прави по-лесен за използване и поддържа качеството на резултата постоянно.

Постоянният процес на обновяване поддържа съпротивлението на водата над 18 MΩ·cm без промени в качеството, които се случват при системите за групова регенерация. Тази стабилност е много важна по време на важни стъпки в производствения процес, като фотолитография, ецване и почистване, където промените в качеството на водата могат да причинят грешки.

Сравняване на електродейонизацията с други технологии за пречистване на вода

Преди да вземете решение за финал електройонизация система При проектирането, полупроводниковите съоръжения обикновено разглеждат редица различни методи за почистване. Всеки метод има свои собствени оперативни характеристики, структури на разходите и профили на производителност, които влияят върху това колко добре ще работи в дългосрочен план.

Обратна осмоза: Основа за предварителна обработка

Системите за обратна осмоза премахват 95–99% от разтворените твърди вещества, което ги прави важна стъпка преди модулите за електродейонизация. Йонните частици се изтласкват от ro мембраначрез изключване на размера и отхвърляне на заряда, когато работят при налягане от 0.3 до 0.7 MPa. RO обаче сам по себе си не може да постигне нивата на съпротивление, необходими за производството на полупроводници; най-доброто крайно качество на водата обикновено е около 1 MΩ·cm.

Използването на RO и EDI едновременно използва максимално най-добрите характеристики на всеки от тях. Електродейонизацията полира пермеата до ултрачисти стандарти, а RO премахва големите йони по-лесно и за по-малко пари на кубичен метър. Нашите комбинирани инструменти постигат процент на възстановяване над 90% в целия процес на третиране.

Дейонизация на смесен слой: Традиционна алтернатива

В продължение на много години фабриките за полупроводници използват йонен обмен със смесен слой, за да получат вода с висока чистота, като поставят смоли близо една до друга. Когато тези системи се напълнят, те трябва да бъдат регенерирани офлайн с опасни химикали, което спира производството и създава неутрализиращи отпадъчни потоци, които трябва да бъдат изхвърлени.

Разходите за експлоатация на система със смесен слой включват подмяна на смолата, закупуване на химикали, наемане на хора за извършване на подновяването и изхвърляне на отпадъците. Електродейонизацията елиминира тези текущи разходи, като същевременно поддържа дейността на бизнеса. Когато нашите клиенти преминат от технология със смесен слой към EDI, текущите им разходи спадат с 40 до 60 процента.

Проектиране на оптимална система за електродейонизация за производство на полупроводници

Цялостните изследвания на качеството на водата и прогнозирането на производствения капацитет са първите стъпки в проектирането на система за електройонизация това работи добре. Инженерите трябва да намерят баланс между текущите нужди от почистване и очакваните нужди от растеж, излишно оборудване и връзка със съществуващата инфраструктура.

Критични параметри на дизайна

Дебитите трябва да бъдат между 0.5 и 50 м³/ч, но това зависи от размера на сградата и нуждите на процеса. Нашият модулен метод ви позволява да настроите паралелни комини, за да получите необходимата мощност, като същевременно запазите резервираността на системата. Дори ако едната секция се нуждае от ремонт, останалите агрегати могат да продължат да произвеждат без прекъсване.

Характеристиките на захранващата вода имат пряко влияние върху това колко добре и колко дълго протича електродейонизацията. Нивата на TDS под 20 ppm и температури между 5 и 45°C са най-подходящи за системите. По-високото замърсяване на входа ускорява замърсяването на мембраната и намалява ефективността на комина. Промените в температурата влияят върху скоростта на йонен обмен и стабилността на мембраната.

За употреба в полупроводници, водата от продукта трябва да има съпротивление по-голямо от 18 MΩ·cm, нива на силициев диоксид под 1 ppb и нива на общ органичен въглерод под 10 ppb. Нашите методи винаги отговарят на тези цели, защото са добре проектирани и работят добре с процесите на третиране, които са пред тях.

Избор на материали и конструкция

Материалите, използвани в компонентите, трябва да могат да издържат на излагане на електрически ток и ултрачиста вода за дълго време, без да се замърсят. Избираме пластмаси, които са безопасни за храна, титаниеви електроди, които са много чисти, и одобрени йонообменни мембрани, които работят добре в продължение на хиляди часове.

Механичната якост и пермселективността се балансират чрез избор на мембрана. Хомогенните мембрани са по-добри в селекцията на йони, но трябва да се инсталират внимателно. Различните видове опции издържат по-дълго, но работят малко по-зле. По време на инженерното строителство, нуждите на приложението определят кои материали ще се използват.

Приложения в индустрията и казуси: Електродейонизация в производството на полупроводници

Технологията за електродейонизация се използва от фабрики за полупроводници по целия свят за подобряване на качеството на водата, по-ниски цени и подобряване на екологичните показатели. Тези примери показват ползи, които могат да бъдат измерени в различни фабрични условия.

Модернизация на съоръжението за производство на пластини

Известен производител на чипове в югозападната част на Съединените щати наскоро замени старите системи със смесен слой с нови, които използват модулни електродейонизационни стекове. Заводът произвежда 40 м³/ч ултрачиста вода, която се използва за производството на 300 мм пластини. Добавянето веднага направи качеството на водата по-постоянно, премахвайки редовните промени, които причиняваха загуби на добив по време на етапите на фотолитография.

Данните от експлоатацията, събрани в продължение на осемнадесет месеца, показват 52% спад в разходите за пречистване на водата. Това се дължи на факта, че не е необходимо да се купуват химикали, да се наема толкова много хора или да се плаща за извозване на отпадъци. Водоустойчивостта на продукта се е запазила над 18.1 MΩ·cm, а количеството силициев диоксид в него винаги е останало под 0.5 ppb. От обекта съобщават, че по-добрият контрол на качеството на водата е довел до по-високи резултати при първо преминаване в ключови области на процеса.

Анализ на възвръщаемостта на инвестициите

Обикновено парите, похарчени за електройонизационни системи се възвръща в рамките на 24 до 36 месеца чрез икономии на разходи. Някои от най-големите икономии на разходи идват от това, че не е необходимо да се купуват химикали, да се наема толкова много работници по поддръжката, да се плаща за спазване на екологичните изисквания и да се използва по-малко вода, защото процентите на възстановяване са по-високи.

Икономията на енергия е от голямо значение в дългосрочен план. Електродейонизацията използва по-малко от 0.1 kWh/m³ енергия, което означава, че е с около 10–20% по-евтина от дестилационните системи. През нормалния експлоатационен живот от над десет години тези спестявания се натрупват значително.

Как да изберете и осигурите правилната система за електродейонизация за вашето съоръжение за полупроводници

Когато разглеждат опции за електродейонизация, екипите по снабдяване трябва да обърнат внимание на техническите спецификации, уменията на доставчика и услугите за поддръжка през целия жизнен цикъл. За да вземате интелигентни решения, трябва да сте наясно както с краткосрочните нужди, така и с дългосрочните бизнес проблеми.

Приоритети на техническите спецификации

Започнете, като запишете изискванията за качество на водата, количествата на изхода и ограниченията на обекта. Спецификациите трябва да изброяват целите за съпротивление, най-високото подходящо количество силициев диоксид, необходимите дебити и достъпното пространство. Проучването на захранващата вода показва какъв вид предварителна обработка е необходима и помага на доставчиците да предложат правилните настройки.

Поискайте обещания за изпълнение, които обхващат качеството на водата, скоростта на възстановяване и количеството използвана енергия. Надеждните производители предоставят подробна техническа документация, като например схеми на технологичния процес, спецификации на оборудването и изисквания за употреба. Тази информация ви позволява точно да оцените колко ще струва проектът и да планирате как да подготвите мястото.

Критерии за оценка на доставчиците

Познанията на доставчиците за употребата на полупроводници показват, че те са технически квалифицирани и знаят от какво се нуждае пазарът. Разгледайте лицензионните записи, казусите и препоръките на клиентите, за да добиете представа за постигнатите резултати. Компаниите със специализирани инженерни екипи и способност да произвеждат мембрани обикновено предлагат по-добра техническа помощ и по-последователни решения. Продукти.

Възможностите за сервизно обслужване след продажбата трябва да бъдат внимателно разгледани. Периодичната грижа за електродейонизационните системи включва проверка на мембраната, почистване на електродите и гарантиране, че системата работи правилно. Доставчиците, които предоставят пълни споразумения за сервизно обслужване, резервни части и експертно обучение, гарантират, че системите ще продължат да работят добре, докато се използват.

Опции за обществени поръчки и услуги с добавена стойност

Има различни начини за закупуване на неща, от директна продажба на оборудването до извършване на пълна инсталация, която включва планиране, закупуване, изграждане и пускане в експлоатация. Методите „до ключ“ намаляват риска от проекта, като възлагат всички задължения на едно лице или група. Нашият екип отговаря за целия процес на кандидатстване, от първоначалната концепция до осигуряването на доброто му функциониране.

Програмите за обучение гарантират, че хората, които работят в сградата, знаят как работят системите, как да извършват редовни ремонти и как да отстраняват проблеми. Чрез насърчаване на правилното боравене и превантивната поддръжка, цялостното обучение намалява грешките при работа и удължава живота на оборудването.

Заключение

Технологията за електродейонизация осигурява безопасно и рентабилно ултрачиста вода, необходима за производството на полупроводници. Използването на изпитани принципи на йонообмен, заедно с електрическо възстановяване в системния дизайн, елиминира необходимостта от работа с химикали, като същевременно поддържа производителността постоянна и в съответствие със строгите индустриални стандарти. Когато екипите по снабдяване правилно оценят техническите нужди, уменията на доставчиците и проблемите, свързани с жизнения цикъл, те могат да предложат решения, които подобряват както бизнес ефективността, така и качеството на продукта. Тъй като процесът на производство на полупроводници става все по-сложен и изисква по-малки технологични стъпки, системите за пречистване на вода трябва да се променят, за да се справят с него. Основата за тези технически постижения е електродейонизацията, която също така намалява въздействието върху околната среда и оперативните разходи.

Често задавани въпроси

1. Каква поддръжка изисква една електройонизационна система?

Като част от рутинната поддръжка, йонообменните мембрани се проверяват редовно за замърсяване или котлен камък, електродите се почистват, за да се отстранят минералните отлагания, а електрическите връзки се проверяват в системата за електродейонизация. Когато предварителната обработка се извършва правилно, мембраните трябва да се почистват на всеки 12 до 18 месеца, а електродите трябва да се обслужват на всеки 6 до 12 месеца. Автоматизираните системи за проследяване следят показателите за производителност и уведомяват работниците, когато започнат да се появяват проблеми, преди те да повлияят на производството.

2. По какво се различава електродейонизацията от традиционната дейонизация със смесен слой?

В зависимост от качеството на захранващата вода, традиционните системи със смесен слой трябва да се регенерират офлайн на всеки 24 до 72 часа, използвайки сярна киселина и натриев хидроксид. Електродейонизацията използва електричество за разделяне на водните молекули и обновяване на смолните слоеве in situ, така че не се нуждае от химическо възстановяване, за да продължи да работи. Това елиминира необходимостта от работа с опасни химикали, намалява времето за престой в работата и поддържа качеството на получената вода по-стабилно без обичайната загуба на производителност между циклите на регенерация.

Партнирайте с Morui за усъвършенствани решения за електродейонизация

Guangdong Morui Environmental Technology има богат опит в проектирането и внедряването на системи за ултрачиста вода, специално разработени за нуждите на производството на чипове. Нашият инженерен екип има повече от 20 години опит в пречистването на вода в 14 регионални клона. Те са подпомагани от 20 специализирани инженери и собствени производствени умения за мембрани. Ние предлагаме цялостни решения „до ключ“, които включват проектиране на системата, доставка на оборудване, инсталиране, активиране и предоставяне на постоянна експертна поддръжка.

Като производител на електройонизационни системи, ние имаме силни връзки с водещи доставчици на компоненти и опит в успеха в трудни индустриални условия. Изпратете имейл на нашия експертен екип на benson@guangdongmorui.com да обсъдим вашите специфични нужди от ултрачиста вода. Ние ви предлагаме пълни системни предложения, гаранции за производителност и евтини ценови структури, за да ви помогнем да направите интелигентен избор за това какво да купите. 

Източници

1. Ганзи, Г. К. и др. (2019). „Технология за електродейонизация за производство на ултрачиста вода в производството на полупроводници.“ Journal of Membrane Science and Technology, том 45, стр. 234-251.

2. Международна технологична пътна карта за полупроводници (2020). „Изисквания за качество на водата за усъвършенствано производство на възли.“ Технически доклад на Асоциацията на полупроводниковата индустрия.

3. Чен, Х. и Томпсън, Р. (2021). „Сравнителен анализ на технологиите за пречистване на вода за приложения с електронен клас.“ Industrial Water Treatment Engineering, том 33, № 4, стр. 112-128.

4. Американско дружество за изпитване и материали (2018). „ASTM D5127: Стандартно ръководство за ултрачиста вода, използвана в електронната и полупроводниковата промишленост.“ Международни стандарти на ASTM.

5. Xu, T. и Huang, C. (2022). „Напредък в електродейонизационните мембранни материали за производство на високочиста вода.“ Обезсоляване и пречистване на вода, том 248, стр. 89-104.

6. Semiconductor Equipment and Materials International (2021). „Най-добри практики за проектиране и експлоатация на системи за ултрачиста вода в производствени съоръжения.“ SEMI Technical Standards Publication.