Деионизованная вода для микроэлектроники

Ультрачистая вода для отмывки печатных плат и оптических изделий

В связи с быстрым развитием микроэлектроники растёт потребность в получении особо чистой воды. Ультрачистая вода используется в производстве печатных плат, телевизионных трубок, интегральных микросхем, полупроводников, микропроцессоров, транзисторов и ЖК дисплеев. Большинство изделий изготавливают методом химической обработки поверхности монокристаллической кремниевой пластины. После каждой стадии производства поверхность пластины должна быть обработана так, чтобы с неё смылись вещества, которые использовались на предыдущей стадии. Это могут быть флюсы, клей, паяльная паста и другие соединения, используемые как в пайке, так и в ведении в кремниевую пластину электрически активных примесей. Для отмывки пластины и получения тем самым химически чистой поверхности требуется ультрачистая вода.

Ультрачистая вода, применяемая для отмывки кремниевых пластин, не должна содержать никаких загрязнителей, к которым обычно относятся ионы натрия и хлора. Нельзя допустить, чтобы после испарения промывной ультрачистой воды на пластине остались какие-либо примеси, присутствующие в ультрачистой воде. Они могут привести к дефектам пластины, коррозии, снижению сопротивления изоляции, искажению рисунка слоёв и другим проблемам.

Электронная промышленность предъявляет самые высокие требования к процессу получения ультрачистой воды. Они устанавливают необходимость удаления из воды всех ионов. Специально подготовленная деионизованная ультрачистая вода должна иметь удельное сопротивление 18 МОм×см и по основным показателям соответствовать ОСТ 11.029.003-80.

Задача получения ультрачистой воды решается с помощью деионизаторов — установок получения высокочистой воды. Они позволяют подготовить к отмывке и ополаскиванию обычную водопроводную воду. Деионизаторы сочетают комбинированные схемы водоочистки: ультрафильтрацию, мембранный обратный осмос, ионный обмен или электродеионизацию. Такие установки не только производят очистку воду, но и накапливает очищенную воду, поддерживая её качество и обеспечивая подачу в систему отмывки. В зависимости от того, сколько потребляет систему очистки печатных плат в режиме мойки подбирается объём накопителя очищенной воды и параметры подающего насоса.

На фото показаны Деионизаторы типа «ДМЭ» производства ООО БМТ производительностью 35 и 100 л/ч, а также блок накопления очищенной воды с раздаточным насосом.

Деионизатор работает следующим образом. При включении впускной клапан автоматически открывает подачу исходной воды. Вода проходит первую стадию очистки. Предварительно очищенная вода подаётся в оратноосмотический блок для глубокого обессоливания. Финишную очистку вода проходит в блоке ионообменной деионизации. Выоскочистая вода накапливается в ёмкости, оборудованной модулем, восстанавливающим электросопротивление. Из ёмкости вода автоматически подаётся в систему отмывки печатных плат.

На фото ниже мы приводим примеры некоторых наших реализованных проектов по поставкам оборудования для финишной промывки печатных плат.

1. Дистиллятор мембранный ДМ-4Б 100 ОПТИМА (100 л/ч) для получения воды с электропроводностью 5 мкСм/см с блоком накопления и подачи очищенной воды в ванны промывки.

2. Деионизатор мембранный ДМЭ-4Б 100 ОПТИМА (100 л/ч) для получения ультрачистой воды с удельным сопротивлением 10 МОм⋅см для подачи в установку очистки электронных компонентов.

3. Деионизатор мембранный ДМЭ-3Б 35 ЭДИ на базе технологии электродеионизации (ЭДИ) с блоком хранения и раздачи.

Источник

Водоподготовка для микроэлектроники

Для микроэлектроники и электронной промышленности в большинстве случаев используется глубоко деионизированная (дистиллированная) вода в соответствии с ОСТ 11.029.003-80 или по американскому стандарту ASTM D-5127-90.

В зависимости от технологического процесса может требоваться получение воды разной степени деионизации: от дистиллированной воды (электропроводность – до 5 мкСм/см, электрическое сопротивления – от 200 кОм*см) до сверхчистой (электрическое сопротивление – 12-18 МОм*см).

Если раньше для получения такой воды использовались технологии на основе выпаривания и вакуумного выпаривания, технологический процесс которого отличался высокими капитальными затратами и удельной стоимостью полученной воды (примерно 40-50 кВт на 1 м3 очищенной воды), то сейчас развитие технологий позволяет существенно удешевить этот процесс за счет использования так называемой мембранной дистилляции, основанной на природе осмоса.

В тех случаях, когда требуется получение воды более глубокой очистки и сверхчистой воды, после мембранного дистиллятора устанавливается одна или несколько последовательно подключенных колонн с ионообменной смолой в Н+ и ОН- форме. Благодаря стабильно высокому качеству воды на выходе со второй ступени мембранного дистиллятора, ресурс ионообменных смол в Н+ и ОН- форме становится очень высоким.

Необходимо учитывать тот факт, что используемые для доочистки ионообменные смолы обладают высокой стоимостью, и в таком случает использование перед ними мембранных дистилляторов на основе установок двухступенчатого обратного осмоса позволяет существенно снизить эксплуатационные затраты на замену и регенерацию смол.

В идеале установка колонн с ионообменными смолами, используемыми для деионизации остаточного пермеата мембранных дистилляторов, должна располагаться в непосредственной близости от потребителей сверхчистой воды, что объясняется коротким периодом «жизни» сверхчистой воды. Дело в том, что даже во время короткого контакта с окружающим воздухом сверхчистая вода вбирает в себя углекислый газ, который в воде преобразуется в гидрокарбонаты и впоследствии может снизить удельное сопротивление воды.

Альтернативной «связкой» при получении подготовленной воды с высокими показателями чистоты является комбинирование технологии мембранной дистилляции и электродеионизации, однако при стабильно высоком результате очистки полученной воды этот метод имеет некоторые ограничения вследствие больших капитальных затрат на его внедрение.

Чаще всего нами используется следующее оборудование собственного производства в разных комбинациях:

• установки непрерывной электродеионизации воды;
• напорные фильтры на основе ионообменных смол, комбинированных загрузок;
• автоматические двухступенчатые мембранные установки нового поколения серии «АЙСБЕРГ», имеющие существенно больший ресурс мембранных элементов в сравнении со стандартными установками обратного осмоса.

Научно-производственное предприятие «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ» успешно реализует задачи в области водоочистки и водоподготовки для микроэлектроники и других производств, позволяя обеспечивать их водой высокого качества практически в любых условиях.

Справочная информация

Требования к качеству воды для электронной промышленности по ОСТ 11.029.003-80 и ASTM D-5127-90

Параметры воды	Марка воды по ОСТ 11.029.003-80			Марка воды по нормам ASTM D-5127-90
	А	Б	В	Е-1	Е-2	Е-3	Е-4
Удельное сопротивление при температуре 20°С, МОм*см	18	10	1	18	17,5	12	0,5
Содержание органических веществ (окисляемость), мг O2/л, не более	1		1,5
Общий органический углерод, мкг/л, не более				25	50	300	1000
Содержание кремниевой кислоты (в пересчете на SiO3-2), мг/л, не более	0,01	0,05	0,2	0,005	0,01	0,05	1
Содержание железа, мг/л, не более	0,015	0,02	0,03
Содержание меди, мг/л, не более	0,005			0,001		0,002	0,5
Содержание микрочастиц с размером 1-5 мкм, шт/л, не более	20	50	не регламент.
Содержание микроорганизмов, колоний/мл, не более	2	8	не регламент.
Хлориды, мкг/л, не более				1		10	1000
Никель, мкг/л, не более				0,1	1	2	500
Нитраты, мг/л, не более				1		5	500
Фосфаты, мг/л, не более				1		5	500
Сульфат, мг/л, не более				1		5	500
Калий, мкг/л, не более				2		5	500
Натрий, мкг/л, не более				0,5	1	5	500
Цинк, мкг/л, не более				0,5	1	5	500

Наши специалисты с радостью ответят на любые имеющиеся у вас вопросы в области водоочистки и водоподготовки воды в электронной промышленности, а также предложат лучшие технологические решения. Просто позвоните нам или отправьте запрос по электронной почте.

Источник

Деионизованная вода для микроэлектроники

Микроэлектроника
Фармацевтика и медицина
Теплоэнергетика и атомная энергетика
Химия и нефтехимия
Гальваника
Пищевая промышленность
• производство спирта и ликероводочны напитков
• пивоварение и производство солода
• производство безалкогольных напитков и кваса
• розлив минеральной природной питьевой воды
• плодоовощная промышленность
• производство соков и нектаров
• сахарная промышленность
Муниципальные объекты и ЖКХ
Оборотное охлаждение и кондиционирование
Коттеджи
Бассейны

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 ± 1 о С;
• 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:

• стадию напорной аэрации (или безнапорной аэрации) воды;
• стадию пропорционального дозирования окислителя (биоцида) и коагулянта (флокулянта) с помощью насосов-дозаторов для разрушения ассоциатов и комплексов, а также для удаления как растворенного в воде диоксида кремния, так и коллоидных соединений кремния, железа и др.;
• стадию очистки на однослойных или многослойных насыпных фильтрах (фильтрах механической очистки, фильтрах обезжелезивания); при высоком содержании кремния в исходной воде следует отказываться от фильтрации с использованием кремнийсодержащих фильтрующих сред (например, от использования кварцевого песка);
• стадию адсорбционной очистки на насыпных адсорбционных фильтрах с активным углем, обладающим развитой структурой мезапор, для удаления свободного хлора, присутствующего в воде, органических соединений, влияющих на значение общего органического углерода;
• стадию тонкой очистки на мультипатронных фильтрах с использованием картриджей (фильтрующих элементов) глубинного типа;
• стадию ультрафиолетовой стерилизации (УФ-стерилизации) с длиной волны 254 нм для предотвращения микробиологического загрязнения стадии обессоливания воды;
• стадию ультрафильтрации .

При необходимости в систему предварительной очистки воды включаются:

• стадия умягчения воды (Na-катионирования), необходимая для удаления из воды солей жесткости и обеспечивающей защиту систем обратного осмоса за счет минимизации содержания катионов кальция и магния в воде; процесс умягчения осуществляется на фильтрах умягчения (фильтрах Na-катионирования)
• стадия корректировки значения рН с помощью комплекса пропорционального дозирования растворов кислоты или щелочи.

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.

Подробнее о загрязнениях исходной воды и методах ее предварительной очистки можно узнать в нашей публикации: «Деионизованная вода: очищенная, чистая и ультрачистая вода. Получение»

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 ± 1 о С, 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 м 3 /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 вгарантийный и пост-гарантийный периоды эксплуатации оборудования;
• обеспечат эксплуатируемое оборудование расходными материалами и запасными частями.

Источник