Водоподготовка для микроэлектроники

Микроэлектроника является быстрорастущей отраслью в современном мире, движимая главным образом расширением компьютерных и телекоммуникационных рынков, а также растущими рынками автомобильной, военной и промышленной электроники. Специализированные предприятия занимаются производством микроэлектронных устройств и компонентов, таких как полупроводниковые пластины, микрочипы, плоские дисплеи и солнечные фотоэлектрические элементы. При производстве этих устройств и компонентов используется сверхчистая вода (UPW), обладающая самой высокой степенью чистоты, требуемая производителями.

Деминерализованную воду в радиоэлектронной промышленности используют при отмывке печатных плат. Деионизированная вода, или (сверхчистая и ультрачистая), — это вода, из которой были удалены все (или большинство) ионов. Активность деионизованной воды при отмывке очень высока, все посторонние вещества, находящиеся на поверхности, мгновенно переходят в раствор, а так как в самой промывочной воде отсутствуют любые элементы то она не оставляет следов и разводов после мойки. Кроме того, деминерализованная вода практически не проводит электрический ток, который может генерироваться во время мойки изделия при трении воды или посредствам других всплесков в электросетях.

Требования качества деминерализованной воды для микроэлектроники являются одними из самых высоких и стоят на ровне с водой, используемой в фармацевтике для инъекций. Деионизация фокусируется в первую очередь на загрязнителях, несущих электрический заряд, которые представляют собой минеральные ионы. Промывочная вода не должна содержать растворенных минералов ионов, органических соединений (ТОС), должна обладать нейтральным уровнем рН а сопротивление должно стремиться к 18,2 МОм*см. К стандартам нормирующим качество деминерализованной воды относятся Российский ОСТ 11.029.003-80 и Американские ASTM D-5127-90 и SEMI. Дополнительно можно использовать ГОСТ 9.314-90 Вода для гальванического производства и схемы промывок.

Отечественный стандарт ОСТ 11.029.003-80 а настоящее время утратил силу нормативного документа и его использование носит рекомендательный характер. Стандарт ОСТ содержит подробную схему и руководство получения деионизированной воды различной степени чистоты, с присвоением марки воды (марки А, Б, В), методы и схемы финишной очистки воды. Градация качества воды по удельному сопротивлению и электропроводимости схожа с обобщенной классификацией воды по трём классам, где:

1. Очищенная вода (например, дистиллированная вода, вода для гемодиализа) - Удельное сопротивление ≤ 1 МОм·см, УЭП ≤ 5 мкСм/см
2. Химически чистая вода (лабораторная (аналитическая) вода) - Удельное сопротивление от 1 - 10 МОм·см, УЭП ≤ 0,1 мкСм/см
3. Ультрачистая вода (сверхчистая вода, высокоочищенная вода) - Удельное сопротивление ≥ 16,5 МОм·см, УЭП ≤ 0,06 мкСм/см

Американский национальный стандарт ASTM D-5127-90 содержит рекомендации к составу ультрачистой воды (она же особо чистая, высокоочищенная вода или сверхчистая вода). В этом стандарте описаны шесть классификаций воды по уровню удельного сопротивления в контрольной точке распределения (POD). Важно отметить, что за использование настоящего стандарта производитель самостоятельно несет ответственность, а параметры и их значения, приведенные в таблице, являются ориентирами.
1. Предварительная механическая фильтрация на сетчатых или дисковых фильтрах. Предназначена для защиты последующего водоочистного оборудования от повреждений, возникающих из-за проникновения песка, окалина, ржавчины и т.п.

2. Блок подогрева воды. Необходим для подогрева исходной холодной водопроводной воды до температуры 22°C и её поддержания с точностью ± 1°C. Чаще всего в блоке применяются пластинчатые теплообменники с автоматической системой управления.

3. Система предварительной очистки. Её состав зависит от типа источника и состава исходной воды и обычно включает в себя стадии:
– Аэрации для предварительного окисления воды;
– Предварительной химической обработки с дозированием растворов коагулянтов и окислителей;
– Напорной фильтрации на засыпных фильтрах обезжелезивания;
– Стадию адсорбционной очистки на активированном угле удаляющую свободный хлор и органические соединения влияющие на количество общего органического углерода (ТОС);
– Блок умягчения воды дли извлечения солей кальция (Са2+) и магния (Mg2+);
– Блок микрофильтрации для тонкой очистки воды и предотвращения выброса фильтрующего материала;
– Установку ультрафиолетового обеззараживания для предотвращения микробиологического загрязнения.

4. Обессоливание и деминерализация подготовленной воды. В основном блоке комплекса получения деминерализованной воды могут применены следующие технологии:
– Обратный осмос, одноступенчатый или двухступенчатый;
– Деминерализацию на регенерируемых смолах, Н-катионирования, ОН-анионирования;
– Глубокую доочистку на фильтрах смешанного действия (ФСД);
– Глубокую доочистку при помощи установки электродеионизации;
– Декарбонизация как дополнение к любой из представленных технологий.

5. Накопление и подача деминерализованной воды потребителям. Так как деминерализованная вода является агрессивным растворителем и стремится вобрать в себя любое соединение из воздуха и материалов, с которыми контактирует требуется уделить большое внимание качеству и исполнению этого блока для сохранения полученного качества ультрачистой воды. Обычно блок состоит из следующих компонентов:
– Конусообразные емкости для хранения деминерализованной воды с возможностью полного опорожнения и душирующей головкой для возможности проведения регламентных работ по санитарной обработке. Объем накопительных емкостей должен составлять не менее 10-ти и не более 30-ти минутного максимального расхода. В конструкции емкости должен быть предусмотрен дыхательный фильтр для защиты от бактерий и пыли содержащихся в атмосферном воздухе, системой подачи азота и ультрафиолетовым стерилизатором для предотвращения образования биопленки в накопительной емкости;
– Насосная станция осуществляющая подачу деминерализованной воды и в петлю рециркуляции должна обеспечивать скорость потока от 1,5 до 3 м/с. Давление деминерализованной воды в системе распределения должно составлять от 0,2 до 0,3 МПа. Для стабилизации рабочей точки следует оснащать насосные агрегаты частотным преобразователем или предусматривать регулирующую арматуру;
– Петля рециркуляции деминерализованной воды предназначена для обеспечения постоянного движения воде в системе и предотвращения образования застойных зон, которые в свою очередь приводят к росту в них микроорганизмов и образования биопленок на поверхностях трубопроводов. В конструкции петли должен быть предусмотрен полный слив воды, ультрафиолетовый стерилизатор для предотвращения образования микроорганизмов, фильтр смешанного система и полицейский микрофильтр;
– Трубопроводы должны иметь небольшой диаметр, рассчитанный на скорость потока от 1,5 до 3 м/с, а движение воды в нем должно быть турбулентным. Материал трубопровода и запорно-регулирующей арматуры следует применять поливинилиденфторид (PVDF) или натуральный полипропилен (РР-n), который достаточно стоек и исключит вторичное загрязнение воды. Монтаж трубопровода выполняется специальным оборудование обеспечивающий процесс бесшовной сварки с отсутствие шероховатостей в местах соединений. Следует полностью исключить горизонтальные участки из системы трубопроводов, а точки отбора проб должны иметь санитарное исполнение.