超純水的制備

1、12022-2-20超純水的制備2022-2-202半導(dǎo)體行業(yè)中的純水器件的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)2022-2-203天然水中的雜質(zhì)l懸浮物，如：細(xì)菌、泥沙、粘土等l膠體，如硅酸鹽、鐵、鋁化合物等l溶解物，如鹽類：鈉鹽，鉀鹽等 氣體：氧、二氧化碳、氮等2022-2-204雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體材料的影響l有害雜質(zhì)（離子）隨著擴(kuò)散，燒結(jié)等工藝步驟進(jìn)入半導(dǎo)體內(nèi)部，導(dǎo)致器件失效。 如：p-n結(jié)反向漏電流增大，過早擊穿。 MOS中二氧化硅層內(nèi)可動(dòng)電荷增加 導(dǎo)致器件擊穿電壓降低，開啟電壓漂移。2022-2-205水的分類l按照含鹽量分類：l1：淡化水：對(duì)高鹽水進(jìn)行脫鹽處理。l2：脫鹽水：相當(dāng)于普通蒸餾水。 剩余鹽量1-5mg/

2、L，電阻率1106cm。l3：純水： 剩余鹽量1106cml4：高純水: 剩余鹽量1107cm2022-2-206現(xiàn)代集成電路對(duì)水的要求l在TOC、DO等方面要求越來越高2022-2-207超純水的工藝流程2022-2-208l原水原水箱原水泵石英砂過濾器活性炭過濾器軟化器保安過濾器一級(jí)高壓泵一級(jí)反滲透裝置二級(jí)高壓泵二級(jí)反滲透裝置RO水箱RO水泵EDI裝置EDI水箱純水泵拋光混床裝置1us過濾器紫外線殺菌裝置0.22us過濾器用水點(diǎn)2022-2-209原水預(yù)處理l原水原水箱原水泵l石英砂過濾器原水經(jīng)過多介質(zhì)過濾器的多層機(jī)械過濾，可以濾除掉原水中的泥砂、鐵銹、固體大顆粒物、膠體等雜物。 l活性炭

3、過濾器主要作用：除去原水中的有機(jī)物，游離氯，色素和臭味等，其主要原理是濾料表面吸附和過濾. l軟化器作用：降低原水的硬度，其主要原理是用陽離子交換樹脂交換原水中的鈣、鎂離子從而降低原水硬度。離子交換樹脂使用一定時(shí)間之后，需要再生，再生就是用鈉離子將附在陽離子交換樹脂上的鈣鎂等離子交換出來。 2022-2-2010l軟水器再生l樹脂的沖洗與再生樹脂的沖洗與再生lCa2+、Mg2+離子被Na+離子置換出來后就存留在交換劑中，使用一段時(shí)間后，Na+離子接近被置換完時(shí)，交換劑就會(huì)失效，不再起軟化作用了。這時(shí)就需要用食鹽水對(duì)交換劑進(jìn)行再生處理（還原），即再用Na+離子把交換劑中的Ca2+、Mg2+離子置

4、換出來并用水沖走。經(jīng)再生處理后的離子交換劑又成為Na-R型。l再生過程是：l反沖洗翻松鈉離子交換樹脂，并可將離子交換層表面的泥沙、懸浮物、雜質(zhì)、破碎的樹脂等沖走；l再生鹽液（濃度10%）以一定速度從下至上流過離子交換層，或用飽和鹽液浸泡離子交換樹脂；l正沖洗為了清除殘存的還原劑和再生還原時(shí)的生成物CaCl2、MgCl2，需進(jìn)行正洗，直到出水無咸味時(shí)停止沖洗。l補(bǔ)水再生吸鹽以后自動(dòng)將水補(bǔ)入鹽箱以備下次再生。 2022-2-20112022-2-2012反滲透系統(tǒng)（RO）l滲透與反滲透l滲透：滲透是水分子經(jīng)半透膜（允許溶劑分子通過，不允許溶質(zhì)分子通過的膜）擴(kuò)散的現(xiàn)象。它由高水分子區(qū)域（即低濃度溶液

5、）滲入低水分子區(qū)域（即高濃度溶液），直到細(xì)胞內(nèi)外濃度平衡（等張）為止 。l滲透壓：范特霍夫公式對(duì)稀溶液來說，滲透壓與溶液的濃度和溫度成正比，它的比例常數(shù)就是氣體狀態(tài)方程式中的常數(shù)R。用方程式表示如下： V=nRT 或=cviRT為稀溶液的滲透壓，vi為溶質(zhì)生成的離子數(shù)，c為溶質(zhì)的摩爾濃度，R為氣體常數(shù)，n為溶質(zhì)的物質(zhì)的量，T為絕對(duì)溫度 2022-2-2013l反滲透：l高于溶液滲透壓的作用下，依據(jù)其他物質(zhì)不能透過半透膜 而將這些物質(zhì)和水分離開來。l例如：用反滲透處理海水，在膜的低壓側(cè)得到淡水，在高壓側(cè)得到鹵水。lRO反滲透膜是實(shí)現(xiàn)反滲透的核心元件，是一種模擬生物半透膜制成的具有一定特性的人工半

6、透膜。一般用高分子材料制成。如醋酸纖維素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微孔的直徑一般在0.510nm之間，透過性的大小與膜本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。有的高分子材料對(duì)鹽的排斥性好，而水的透過速度并不好。有的高分子材料化學(xué)結(jié)構(gòu)具有較多親水基團(tuán)，因而水的透過速度相對(duì)較快。因此一種滿意的反滲透膜應(yīng)具有適當(dāng)?shù)臐B透量或脫鹽率。2022-2-2014l選擇反滲透RO膜需要考慮哪些性能指標(biāo) l1：脫鹽率：RO膜的脫鹽率=(1RO膜的產(chǎn)水含鹽量/進(jìn)水含鹽量)100%l2：產(chǎn)水量：指反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水能力，即單位時(shí)間內(nèi)透過RO膜的水量，通常用噸/小時(shí)或加侖/天來表示。l3：回收率：指反滲透膜系統(tǒng)中給水轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)

7、水或透過液的百分比。依據(jù)反滲透系統(tǒng)中預(yù)處理的進(jìn)水水質(zhì)及用水要求而定的。RO膜系統(tǒng)的回收率在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)確定。2022-2-2015l影響反滲透膜性能的因素l1：回收率l2：溫度l3：壓力l4：壓密l5：濃差極化2022-2-2016l反滲透膜的材料l醋酸纖維素醋酸纖維素：又稱乙酰纖維素或纖維素醋酸酯。常以含纖維素的棉花、木材等為原料，經(jīng)過酯化和水解反應(yīng)制成醋酸纖維素，再加工成反滲透膜。l聚酰胺聚酰胺：包括脂肪族聚酰胺和芳香族聚酰胺兩大類。20世紀(jì)70年代應(yīng)用應(yīng)用的主要是脂肪族聚酰胺，如尼龍4、尼龍6和尼龍66膜；目前使用最多的是芳香族聚酰胺膜。膜材料為芳香族聚酰胺、芳香族聚酰胺酰肼以及一些含氮

8、芳香聚合物。2022-2-2017復(fù)合膜l復(fù)合膜的特征是主要由以上兩種材料制成，它是以很薄的致密層和多孔支撐層復(fù)合而成。多孔支撐層又稱基膜，起增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度的作用；致密層也稱表皮層，起脫鹽作用，故又稱脫鹽層。脫鹽層厚度一般為50nm，最薄的為30nm。l由單一材料制成的非對(duì)稱膜有下列不足之處：1、致密層和支持層之間存在被壓密的過渡層。2、表皮層厚度最薄極限為100nm，很難通過減小膜厚度降低推動(dòng)壓力。3、脫鹽率與透水速度相互制約，因?yàn)橥N材料很難兼具脫鹽和支撐兩者均優(yōu)。復(fù)合膜很好地解決了上述問題，它可以分別針對(duì)致密層和支持層的要求選擇脫鹽性能好的材料和機(jī)械強(qiáng)度高的材料。從而復(fù)合膜的致密層可以做得

9、很薄，有利于降低拖動(dòng)壓力；同時(shí)消除了過渡區(qū)，抗壓密性能好?；さ牟牧弦跃垌孔顬槠毡椋浯螢榫郾┖途郾╇?。因?yàn)榫垌績r(jià)廉易得，制膜簡單，機(jī)械強(qiáng)度好，抗壓密性能好，化學(xué)性能穩(wěn)定，無毒，能抗生物降解。為進(jìn)一步增強(qiáng)多孔支撐層的強(qiáng)度，常用聚酯無紡布。脫鹽層的材料主要為芳香聚酰胺。此外還有哌嗪酰胺、丙烯-烷基聚酰胺與縮合尿素、糠醇與三羥乙基異氰酸酯、間苯二胺與均苯三甲酰氯等。2022-2-2018RO膜結(jié)構(gòu)12022-2-2019RO膜結(jié)構(gòu)22022-2-2020RO膜的清洗清洗液成分配置100加侖（379升）溶液時(shí)的加入量PH調(diào)節(jié)1檸檬酸反滲透產(chǎn)品水（無游離氯）17.0磅（7.7公斤）100加侖（37

10、9升）用氨水調(diào)節(jié)至3.02三聚磷酸鈉EDTA四鈉鹽反滲透產(chǎn)品水（無游離氯）17.0磅（7.7公斤）7磅（3.18公斤）100加侖（379升）用硫酸調(diào)節(jié)至10.03三聚磷酸鈉十二烷基本磺酸鈉反滲透產(chǎn)品水（無游離氯）17.0磅（7.7公斤）7磅（3.18公斤）100加侖（379升）用硫酸調(diào)節(jié)至10.02022-2-2021反滲透膜污染的特征及處理方法反滲透膜污染的特征及處理方法污染物污染物一般特征一般特征處理方法處理方法鈣類沉積物 （碳酸鈣及磷酸鈣類，一般發(fā)生于系統(tǒng)第二段）脫鹽率明顯下降系統(tǒng)壓力增加系統(tǒng)產(chǎn)水量稍降用清洗液1清洗系統(tǒng)氧化物（鐵、鎳、銅等）脫鹽率明顯下降系統(tǒng)壓力明顯升高系統(tǒng)產(chǎn)水量明顯降

11、低用清洗液1清洗系統(tǒng)各種膠體（鐵、有機(jī)物及硅膠）脫鹽率稍有降低系統(tǒng)壓力逐漸上升系統(tǒng)產(chǎn)水量逐漸減少用清洗液2清洗系統(tǒng)硫酸鈣（一般發(fā)生于系統(tǒng)第二段）脫鹽率明顯下降系統(tǒng)壓力稍有或適度增加系統(tǒng)產(chǎn)水量稍有降低用清洗液2清洗系統(tǒng)，污染嚴(yán)重時(shí)用清洗液3清洗有機(jī)物沉淀脫鹽率可能降低系統(tǒng)壓力逐漸升高系統(tǒng)產(chǎn)水量逐漸降低用清洗液2清洗系統(tǒng)，污染嚴(yán)重用清洗液3清洗細(xì)菌污染脫鹽率可能降低系統(tǒng)壓力明顯增加系統(tǒng)產(chǎn)水量明顯降低依據(jù)可能的種類選擇三種清洗液中的一種清洗系統(tǒng)2022-2-20222022-2-2023EDI系統(tǒng)lEDI (Electro de ionization )：是一種將離子交換技術(shù)、離子交換膜技術(shù)和離子電

12、遷移技術(shù)相結(jié)合的純水制造技術(shù)。它巧妙的將電滲析和離子交換技術(shù)相結(jié)合，利用兩端電極高壓使水中帶電離子移動(dòng)，并配合離子交換樹脂及選擇性樹脂膜以加速離子移動(dòng)去除，從而達(dá)到水純化的目的 lEDI膜堆主要由交替排列的陽離子交換膜、濃水室、陰離子交換膜、淡水室和正、負(fù)電極組成. 2022-2-2024l進(jìn)水要求l項(xiàng)目項(xiàng)目 單位單位 進(jìn)水要求進(jìn)水要求lTEA(總可交換陰離子,包括CO2) ppm 25l電導(dǎo)率 s/cm 65lPH值 59l硬度(以CaCO3計(jì)) ppm 0.5l活性硅 ppm 0.5lTOC ppm 0.5l游離氯 ppm 0.05lFe,Mn,H2S ppm 0.01lSDI 15min

13、 1.0l油脂 測(cè)不出l濁度 NTU 1.0l氧化物 測(cè)不出l色度 APHA Al3+ Pb2+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+ H+強(qiáng)堿性陰離子樹脂對(duì)無機(jī)酸根的吸附的一般順序?yàn)椋篠O42 NO3 Cl HCO3 OH2022-2-2043l雙極拋光混床系統(tǒng)l拋光混床的工作狀態(tài)拋光混床的工作狀態(tài)l在正常工作中，水為上進(jìn)下出，流量控制在12T/H，壓力不超過5Kg/cm。l拋光混床的特點(diǎn)拋光混床的特點(diǎn)l拋光混床的特點(diǎn)是：出水水質(zhì)純度高，工作周期長，工作條件變化時(shí)對(duì)出水水質(zhì)影響小，間斷運(yùn)行時(shí)對(duì)出水水質(zhì)影響小，交換終點(diǎn)明顯（樹脂失效，電阻率會(huì)很快下降）。l拋光樹脂是經(jīng)過特殊工藝加工和激活的特殊樹脂，故此樹脂不可再生，失效后即需更換新的拋光樹脂。2022-2-2044l交換離子的預(yù)處理l離子交換柱的順序問題l失效樹脂的再生l紫外線殺菌2022-2-2045超純水技術(shù)的新發(fā)展l