Com o rápido desenvolvimento das indústrias de semicondutores e eletrónica, a procura por equipamento avançado de tratamento de água continua a crescer. As tecnologias de água ultrapura (AUP) desenvolveram-se rapidamente em todo o mundo e são agora amplamente utilizadas nos setores de fabrico de semicondutores, microeletrónica, optoeletrónica, PCB, LCD e outros setores de fabrico de alta tecnologia.
A indústria chinesa de água ultrapura está atualmente a passar por um rápido crescimento, embora ainda exista uma lacuna em comparação com as principais tecnologias internacionais. À medida que as linhas de produção de semicondutores continuam a expandir-se, a procura por sistemas de água ultrapura para semicondutores está a aumentar significativamente.
A água ultrapura moderna de grau semicondutor é avaliada usando múltiplos parâmetros críticos de qualidade da água, incluindo:
- Resistividade
- COT (Carbono Orgânico Total)
- Bactérias
- Partículas
- OD (Oxigénio Dissolvido)
- Sílica dissolvida
- Contaminantes iónicos
- Impurezas metálicas
Estes contaminantes podem ter um impacto significativo nos dispositivos semicondutores e no rendimento da produção. Portanto, os sistemas de tratamento de água ultrapura devem ser cuidadosamente projetados para cumprir especificações rigorosas de qualidade da água.
Em aplicações de litografia por imersão, o sistema de tratamento de água ultrapura funciona como um subsistema automatizado do sistema de controlo de imersão. As suas funções primárias são preparar água ultrapura, remover contaminantes e garantir que o fluido de imersão cumpre as especificações de desempenho exigidas para uma operação fiável do equipamento de litografia.
1. Normas de Qualidade de Água Ultrapura para a Indústria de Semicondutores
A água do produto do equipamento de água ultrapura de grau eletrónico é projetada para cumprir os requisitos de qualidade de água ultrapura ASTM aplicáveis, bem como as normas relevantes de qualidade de água da indústria eletrónica e de semicondutores.
As especificações de qualidade de água referenciadas incluem:
- Normas de qualidade de água ultrapura ASTM
- Normas técnicas chinesas de qualidade de água de grau eletrónico
- Classificações de resistividade de água de grau eletrónico de:
- 18 MΩ·cm
- 15 MΩ·cm
- 10 MΩ·cm
- 2 MΩ·cm
- 0,5 MΩ·cm
- Normas experimentais chinesas para água de alta pureza na indústria eletrónica
- Especificações de água purificada da indústria de semicondutores
- Normas japonesas de qualidade de água para circuitos integrados
- Requisitos de qualidade de água nacionais e internacionais para o fabrico de circuitos integrados em larga escala
Para o fabrico de semicondutores, a qualidade da água deve ser selecionada de acordo com o processo específico, a geometria do dispositivo, os requisitos de limpeza e os objetivos de controlo de contaminação.
2. Requisitos de Qualidade da Água para a Limpeza de Semicondutores
Indústrias emergentes, como a produção de semicondutores, a produção de materiais optoeletrónicos, ecrãs LCD, ecrãs de plasma PDP, tubos de imagem de alta qualidade, microeletrónica, fabrico de FPC/PCB e circuitos integrados, exigem grandes quantidades de água de alta pureza e ultrapura para a limpeza de produtos semiprocessados e acabados.
À medida que a densidade de integração e a precisão dos circuitos integrados aumentam, os requisitos para a água ultrapura tornam-se cada vez mais rigorosos.
Isso impõe maiores exigências aos sistemas de tratamento de água para semicondutores em termos de:
- Pureza da água
- Estabilidade do processo
- Facilidade de operação
- Automação
- Capacidade de produção contínua
- Fiabilidade operacional a longo prazo
- Desempenho sustentável do sistema
A AUP de alta qualidade é, portanto, uma utilidade crítica para controlar a contaminação e manter a consistência da produção em instalações modernas de semicondutores.
3. Aplicações de Água Ultrapura nas Indústrias Eletrónica e de Semicondutores
Os sistemas de água ultrapura para semicondutores e eletrónica podem ser utilizados numa vasta gama de aplicações, incluindo:
- Materiais semicondutores, componentes eletrónicos, placas de circuito impresso e circuitos integrados
- Limpeza de folha de alumínio e peças de trabalho durante o fabrico de condensadores eletrolíticos
- Produção de tubos eletrónicos e preparação de soluções de carbonato para revestimento de cátodos de tubos eletrónicos
- Água purificada para a preparação de materiais no fabrico de tubos de imagem e tubos de raios catódicos
- Água purificada para limpeza de invólucros de vidro, precipitação, humidificação, lavagem de película e limpeza de gargalo durante o fabrico de tubos de imagem a preto e branco
- Limpeza de painéis LCD e preparação de soluções de processo usando água purificada
- Limpeza de pastilhas de silício durante o fabrico de transístores, com uma proporção menor usada para a preparação de soluções químicas
- Limpeza de alta pureza de pastilhas de silício durante o fabrico de circuitos integrados
- Fabrico de ecrãs LCD e PDP
- Produção de tubos de imagem de alta qualidade e materiais fosforescentes
- Produção, processamento e limpeza de materiais semicondutores e de pastilhas
- Produção de materiais ultrapuros, reagentes químicos ultrapuros e materiais químicos de alta pureza
- Laboratórios e instalações de produção piloto
- Polimento de superfícies e tratamento no fabrico de automóveis e eletrodomésticos
- Produtos optoeletrónicos e outros produtos de tecnologia de alta precisão
4. Processos Típicos de Tratamento de Água Ultrapura para Semicondutores
Várias configurações de processo podem ser usadas para produzir água ultrapura de grau semicondutor. O design apropriado depende da qualidade da água de alimentação, resistividade exigida, capacidade de produção e requisitos específicos do processo.
Processo 1: RO + Leito Misto + Leito Misto de Polimento
Sistema de Pré-tratamento
↓
Sistema de Osmose Inversa (RO)
↓
Tanque de Água Intermediário
↓
Permutador Iónico de Leito Misto Primário
↓
Permutador Iónico de Leito Misto de Polimento
↓
Tanque de Água Purificada
↓
Bomba de Água Purificada
↓
Esterilizador UV
↓
Leito Misto de Polimento
↓
Filtro de Precisão
↓
Ponto de Utilização
Resistividade Alvo: ≥18 MΩ·cm
Este é um processo tradicional de tratamento de água ultrapura baseado principalmente em RO e polimento por permuta iónica.
Processo 2: RO + EDI + Leito Misto de Polimento
Pré-tratamento
↓
Osmose Inversa (RO)
↓
Tanque de Água Intermediário
↓
Bomba de Água
↓
Eletrodeionização (EDI)
↓
Tanque de Água Purificada
↓
Bomba de Água Purificada
↓
Esterilizador UV
↓
Leito Misto de Polimento
↓
Filtro de Precisão de 0,2 ou 0,5 μm
↓
Ponto de Utilização
Resistividade Alvo: ≥18 MΩ·cm
Este processo moderno combina osmose inversa com EDI e tratamento de polimento final para obter água ultrapura de alta qualidade.
Processo 3: RO de Dupla Passagem + EDI
Pré-tratamento
↓
Osmose Inversa de Primeira Passagem
↓
Sistema de Dosagem Química para Ajuste de pH
↓
Tanque de Água Intermediário
↓
Osmose Inversa de Segunda Passagem com Membrana RO Carregada Positivamente
↓
Tanque de Água Purificada
↓
Bomba de Água Purificada
↓
Sistema EDI
↓
Esterilizador UV
↓
Filtro de Precisão de 0,2 ou 0,5 μm
↓
Ponto de Utilização
Resistividade Alvo: ≥17 MΩ·cm
Esta configuração proporciona uma dessalinização e remoção de contaminantes iónicos melhoradas através de RO de duas fases seguida de eletrodeionização.
Processo 4: RO + EDI
Pré-tratamento
↓
Osmose Inversa
↓
Tanque de Água Intermediário
↓
Bomba de Água
↓
Sistema EDI
↓
Tanque de Água Purificada
↓
Bomba de Água Purificada
↓
Esterilizador UV
↓
Filtro de Precisão de 0,2 ou 0,5 μm
↓
Ponto de Utilização
Resistividade Alvo: ≥15 MΩ·cm
Este processo oferece uma solução relativamente simplificada para a produção de água de alta resistividade, reduzindo a dependência de sistemas de permuta iónica quimicamente regenerados.
Processo 5: RO + Permuta Iónica de Leito Misto Duplo
Sistema de Pré-tratamento
↓
Sistema de Osmose Inversa
↓
Tanque de Água Intermediário
↓
Bomba de Água Purificada
↓
Permutador Iónico de Leito Misto Primário
↓
Permutador Iónico de Leito Misto de Polimento
↓
Esterilizador UV
↓
Filtro de Precisão
↓
Ponto de Utilização
Resistividade Alvo: ≥15 MΩ·cm
Este é um processo de polimento convencional baseado em permuta iónica.
5. Fluxo Típico de um Sistema de Água Ultrapura
O fluxo de processo mostrado no diagrama do sistema pode ser resumido como:
Água Bruta
↓
Tanque de Água Bruta
↓
Bomba de Reforço de Água Bruta
↓
Filtro de Areia
↓
Filtro de Carvão Ativado
↓
Descalcificador de Água
↓
Filtro de Precisão
↓
Bomba de Alta Pressão
↓
Sistema RO de Primeira Passagem
↓
Tanque de Água Purificada de Primeira Passagem
↓
Sistema RO de Segunda Passagem
↓
Tanque de Água Purificada de Segunda Passagem
↓
Módulo EDI
↓
Tanque de Água Ultrapura
↓
Água do Produto / Ponto de Utilização
Esta combinação de pré-tratamento, osmose inversa de dupla passagem, EDI e armazenamento final de água ultrapura proporciona uma plataforma de processo robusta para o fabrico de semicondutores e eletrónica.
6. Principais Características do Equipamento de Água Ultrapura para Semicondutores
Para satisfazer os requisitos do cliente e alcançar a qualidade de água especificada, os sistemas de água ultrapura para semicondutores são projetados para minimizar a contaminação em cada fase do tratamento, prolongar a vida útil do equipamento e reduzir os requisitos de manutenção do operador.
Pré-tratamento Abrangente
Quando a água da torneira municipal é usada como fonte de alimentação, a secção de pré-tratamento pode incluir:
- Filtração multimédia
- Filtração de carvão ativado
- Descalcificação por iões de sódio
- Filtração de precisão
Estes processos protegem as membranas de RO e o equipamento de purificação a jusante de sólidos em suspensão, cloro, dureza e outros contaminantes.
RO e Deionização Avançada
O principal sistema de purificação pode incorporar:
- Osmose inversa
- Permuta iónica de leito misto
- Eletrodeionização EDI
Diferentes configurações podem ser selecionadas de acordo com a qualidade de água ultrapura exigida.
Proteção Automática de Nível e Pressão
Os tanques de água estão equipados com controlo automático de nível, enquanto as bombas incorporam dispositivos de proteção de pressão apropriados para melhorar a segurança operacional e a fiabilidade do sistema.
Monitorização Online da Qualidade da Água
A monitorização e controlo online da qualidade da água permitem que os operadores acompanhem continuamente o desempenho do sistema e a qualidade da água do produto.
Elevado Grau de Automação
Através do controlo e monitorização automáticos do processo, o sistema pode alcançar uma operação altamente automatizada e reduzir significativamente a necessidade de supervisão manual contínua.
Seleção Flexível de Materiais e Componentes
Os materiais e componentes podem ser selecionados combinando as especificações de engenharia recomendadas com os requisitos do cliente. Isso permite que o sistema alcance um equilíbrio favorável entre:
- Qualidade da água
- Fiabilidade do equipamento
- Custo operacional
- Requisitos de manutenção
- Custo-desempenho geral
Conclusão
Um sistema de água ultrapura para semicondutores é uma parte crítica do fabrico moderno de semicondutores, microeletrónica, pastilhas, LCD, PCB e optoeletrónica.
Ao combinar tecnologias como filtração multimédia, filtração de carvão ativado, descalcificação da água, osmose inversa, EDI, permuta iónica de leito misto, tratamento UV e filtração de precisão, o sistema pode produzir água ultrapura de alta resistividade para processos exigentes de limpeza e produção.
Dependendo da configuração do processo, a resistividade da água do produto pode atingir aproximadamente 15–18 MΩ·cm ou mais, suportando o controlo de contaminação, a limpeza de pastilhas, a produção de circuitos integrados e outras aplicações de fabrico de precisão.