Fabricación de semiconductores y sistemas hídricos: desde los procesos de producción hasta la gestión de aguas residuales.
Fabricación de semiconductores y sistemas hídricos: desde los procesos de producción hasta la gestión de aguas residuales.
La fabricación de semiconductores es uno de los procesos industriales que más agua consume y más sensibles a la calidad requiere. Sin embargo, comprender el tratamiento del agua en la fabricación de semiconductores requiere más que centrarse en el agua. Tratamiento de aguas residuales planta al final de la línea de producción.
Una estrategia fiable de gestión del agua debe comenzar con el propio proceso de fabricación. Las distintas plantas de semiconductores utilizan diferentes productos químicos, generan diferentes corrientes de aguas residuales y requieren diferentes niveles de pureza y reutilización del agua.
Para los profesionales del tratamiento de agua, la clave es pasar de un enfoque de "tratamiento al final del proceso" a un enfoque más eficaz.Pero a un enfoque de "coordinación del sistema de producción y agua"Pero.
La fabricación de semiconductores es más que la fabricación de obleas.
La cadena de suministro de semiconductores incluye la producción de materiales iniciales, la fabricación de obleas intermedias y la fase final. PACkaging y pruebas.
Materiales semiconductores en la fase inicial de la cadena de suministro
Las instalaciones de producción previas fabrican materiales utilizados en la fabricación de obleas, entre los que se incluyen:
- Lingotes de silicio
- Obleas semiconductoras
- Obleas pulidas
- obleas epitaxiales
- Productos químicos electrónicos
- Gases especiales
- Fotorresistencias y materiales de apoyo
La producción de obleas de silicio implica cortar, pulir, grabar y limpiar. Estos procesos consumen grandes cantidades de agua purificada y pueden generar aguas residuales que contienen sólidos en suspensión, partículas de sílice, ácidos, álcalis y residuos de pulido.
Fabricación de obleas en la fase intermedia
Las instalaciones de transporte y procesamiento intermedio incluyen:
- Fábricas de obleas para chips lógicos
- Fábricas de chips de memoria
- Fábricas de semiconductores de potencia
- Instalaciones de fundición
- Fabricantes de dispositivos integrados
La fabricación de obleas comprende cientos o incluso miles de pasos de proceso individuales. La limpieza se realiza repetidamente entre los procesos de oxidación, fotolitografía, grabado, implantación iónica, deposición y planarización químico-mecánica.
Como resultado, las fábricas de obleas suelen tener el mayor consumo de agua, la clasificación de aguas residuales más detallada y los requisitos de reutilización de agua más estrictos de toda la industria de los semiconductores.
Empaquetado y pruebas posteriores
Las instalaciones posteriores incluyen:
- Semiconductores avanzados PACPlantas de congelación
- Plantas de prueba de circuitos integrados
- fabricantes de sustratos para circuitos integrados
- Circuito impreso y PACinstalaciones de sustrato de kaging
Si bien estas fábricas pueden consumir menos agua ultrapura que las fábricas de obleas de la etapa inicial, aún pueden generar aguas residuales complejas que contienen cobre, níquel, materia orgánica, ácidos, álcalis y partículas finas en suspensión.
¿Qué instalaciones de semiconductores requieren mayor atención?
Desde el punto de vista del tratamiento del agua, las siguientes instalaciones son especialmente importantes:
- plantas de fabricación de obleas de silicio
- Plantas de fabricación de obleas de la etapa inicial
- Fábricas de chips de memoria
- Fábricas de chips lógicos avanzados
- Plantas de semiconductores de potencia
- Avanzado PACinstalaciones de congelación
- fabricantes de sustratos para circuitos integrados
Estas fábricas contienen operaciones intensivas de limpieza, enjuague, pulido, grabado, galvanoplastia y tratamiento de superficies. Sus sistemas de agua normalmente incluyen agua purificada, agua ultrapura, agua de refrigeración, Tratamiento de aguas residuales, agua regenerada y sistemas de deshidratación de lodos.
Principales usos del agua en plantas de semiconductores
Agua ultrapura
Se utiliza agua ultrapura para el enjuague y la limpieza directa de las obleas. Incluso concentraciones extremadamente bajas de partículas, iones, microorganismos o contaminantes orgánicos pueden afectar la calidad y el rendimiento del producto.
Un sistema típico de producción de agua ultrapura puede incluir:
- Pretratamiento
- Filtración con carbón activado
- Ultrafiltración
- Ósmosis inversa
- Intercambio iónico
- Electrodesionización
- oxidación UV
- Desgasificación por membrana
- Pulido final y filtración
Un pretratamiento estable es importante porque las fluctuaciones en la calidad del agua bruta pueden aumentar la obstrucción de las membranas, la frecuencia de la limpieza química y los costes operativos.
Agua de refrigeración
Se requiere agua de refrigeración para los equipos de producción, enfriadoras, sistemas de aire acondicionado, compresores y otras instalaciones auxiliares.
El tratamiento del agua de refrigeración generalmente se centra en:
- Control de escala
- Control de la corrosión
- Control del crecimiento microbiano
- Eliminación de sólidos en suspensión
- Gestión del agua de purga
Agua de proceso y de limpieza
Se utilizan grandes cantidades de agua durante la limpieza de obleas, el enjuague químico, el pulido, el recubrimiento y la limpieza de equipos. Las características de las aguas residuales resultantes dependen directamente de los productos químicos utilizados en la producción y de las etapas del proceso.
Principales corrientes de aguas residuales en la fabricación de semiconductores
Aguas residuales que contienen fluoruro
Las aguas residuales con fluoruro se generan principalmente a partir de procesos de grabado y limpieza que utilizan ácido fluorhídrico o productos químicos que contienen fluoruro.
Las sales de calcio se suelen añadir para formar precipitados de fluoruro de calcio. Posteriormente, se pueden utilizar procesos de coagulación y floculación para mejorar la agregación de partículas, la clarificación y la separación de lodos.
Aguas residuales ácidas y alcalinas
Las aguas residuales ácidas y alcalinas pueden provenir de sistemas de limpieza, grabado, regeneración y suministro de productos químicos.
Estos arroyos generalmente se recogen por separado y se tratan mediante neutralización controlada. Deben evitarse las fluctuaciones rápidas del pH, ya que pueden afectar la precipitación, la coagulación y el tratamiento biológico posterior.
Aguas residuales con nitrógeno amoniacal
Las aguas residuales que contienen amoníaco pueden generarse a partir de procesos de limpieza, grabado y ciertos procesos químicos.
Dependiendo de la concentración y los requisitos de descarga, los métodos de tratamiento pueden incluir:
- Eliminación de amoníaco
- Nitrificación y desnitrificación biológica
- Cloración del punto de ruptura
- separación por membrana
- Tratamiento fisicoquímico y biológico combinado
aguas residuales orgánicas
Las aguas residuales orgánicas pueden contener residuos de fotorresistencia, disolventes, agentes de limpieza, reveladores, tensioactivos y otros productos químicos orgánicos.
El tratamiento suele combinar un pretratamiento fisicoquímico con un tratamiento biológico. Las aguas residuales que contienen altas concentraciones de disolventes o compuestos poco biodegradables pueden requerir una recogida selectiva y un pretratamiento especializado.
Aguas residuales de CMP
La planarización químico-mecánica, o CMP, produce aguas residuales que contienen partículas abrasivas muy finas, productos químicos de pulido, dispersantes y contaminantes metálicos.
Las partículas de CMP a menudo son difíciles de sedimentar naturalmente debido a su pequeño tamaño y dispersión estable. Coagulantes y los floculantes pueden desestabilizar la suspensión, formar flóculos más grandes y mejorar la separación sólido-líquido.
Aguas residuales con metales pesados
En las aguas residuales procedentes de procesos de galvanoplastia, interconexión, embalaje y fabricación de sustratos, pueden encontrarse cobre, níquel y otros metales pesados.
Los métodos de tratamiento comunes incluyen:
- Precipitación química
- Coagulación y floculación
- Agentes de captura de metales pesados
- Intercambio iónico
- Tratamiento de membrana
- Tecnologías de recuperación selectiva
La recogida selectiva es especialmente importante porque la mezcla de aguas residuales con metales pesados y agentes complejantes puede dificultar la precipitación.
Por qué es importante la recolección segregada
Las aguas residuales de la industria de semiconductores no deben tratarse como un único flujo mixto.
Si el fluoruro, los metales pesados, los ácidos, los álcalis, el amoníaco, los compuestos orgánicos y los agentes complejantes se mezclan demasiado pronto, la eficacia del tratamiento puede disminuir significativamente. El consumo de productos químicos y la producción de lodos también pueden aumentar.
La recogida selectiva permite que cada corriente de aguas residuales reciba el tratamiento más adecuado. Además, facilita la recuperación de materiales valiosos y la reutilización del agua.
Reutilización del agua en plantas de semiconductores
Las corrientes de aguas residuales relativamente limpias pueden ser tratadas mediante:
- Coagulación y clarificación
- Filtración multimedia
- Ultrafiltración
- Carbón activado
- Ósmosis inversa
- Intercambio iónico
- Oxidación avanzada
El agua recuperada puede reutilizarse para:
- composición de la torre de refrigeración
- Agua del depurador
- Lavado de equipos generales
- riego paisajístico
- agua potable
- Alimentación del sistema de agua ultrapura
La ruta de reutilización final debe determinarse en función del perfil de contaminantes y la calidad del agua requerida.
Cómo Bluwat apoya el tratamiento de aguas residuales en la industria de semiconductores.
Bluwat Chemicals suministra una gama de productos químicos para el tratamiento de agua que pueden evaluarse para diferentes etapas del tratamiento de aguas residuales de semiconductores, entre las que se incluyen:
- Cloruro de polialuminio para coagulación y clarificación.
- PoliDADMAC para la neutralización de carga y la desestabilización de partículas finas.
- Poliamina para la coagulación y eliminación de contaminantes orgánicos
- Floculantes de poliacrilamida para sedimentación y deshidratación de lodos
- Agentes de captura de metales pesados para aguas residuales que contienen metales.
- Agentes antiespumantes para el control de la espuma
- Coagulantes especializados para aguas residuales industriales difíciles
La selección de los productos químicos debe basarse en la composición de las aguas residuales, el pH, los sólidos en suspensión, la conductividad, la concentración de metales, el equipo de tratamiento y los requisitos de descarga.
Se recomienda realizar pruebas de laboratorio en frascos antes de su uso a gran escala.
Conclusión
El tratamiento del agua en la industria de los semiconductores comienza por comprender el proceso de producción de estos.
Cada etapa del proceso de fabricación afecta al consumo de agua, la composición de los contaminantes, la dificultad del tratamiento y el potencial de reutilización. Las fábricas de obleas de la etapa inicial son particularmente importantes debido a su alta demanda de agua, la clasificación detallada de las aguas residuales y los estrictos requisitos de reutilización.
Al combinar el conocimiento de la producción, la recolección selectiva, el tratamiento específico y la dosificación química optimizada, los fabricantes de semiconductores pueden mejorar la estabilidad del tratamiento, reducir el consumo de productos químicos y aumentar la reutilización del agua.