陶瓷膜在半導體行來中的應用


    技術背景

    半導體晶圓產業是近些年來中國工業發展中引人注目的先進產業,具有很大的市場和發展潛力,但同時也是一個十分依賴水資源的行業及高水耗的產業。在將晶圓變成具有各種功能的終端產品的過程中,根據產品要求及設定的尺寸大小,需要對晶圓進行研磨和切割處理,同時在研磨和切割過程中使用純水對晶圓進行清洗,這樣就產生了大量的研磨和切割廢水。

    研磨和切割廢水中的主要汙染物為懸浮顆粒物(矽粉類),此類廢水的特點是懸浮物濃度高,質量輕,極難沉澱,外觀渾濁,在沒有外加化學品的情況下,其有機物、氮、磷含量很低,幾乎可以忽略不計。

    在現有的研磨和切割廢水處理係統中,最為廣泛采用的是化學混凝沉澱處理方式,工藝設備複雜,占地麵積大,投資及運行費用高,操作複雜,對極細小的懸浮物處理效果不佳;另外,由於化學藥品的大量攝入,不僅會產生更多的汙泥,而且會導致出水水質極不穩定,使處理後的水不易被回收再利用。在傳統半導體廢水處理工藝的基礎,我們引入了陶瓷超濾膜,利用陶瓷超濾膜強度大、通量大、產水量大、不易汙堵的優點,來代替廢水處理工藝的傳統澄清過濾設備。



    半導體廢水深度回用傳統工藝流程



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    中芯國際簡介

    中芯國際集成電路製造有限公司成立於2000年,總部位於中國上海,是世界領先的集成電路芯片代工企業之一,也是中國內地規模最大、技術最先進的集成電路芯片製造企業。主要業務是根據客戶本身或第三者的集成電路設計為客戶製造集成電路芯片。

    中芯國際總部位於上海,在上海建有一座300mm芯片廠和三座200mm芯片廠。在北京建有兩座300mm芯片廠,在天津建有一座200mm芯片廠,在深圳有一座200mm芯片廠,在成都擁有一座封裝測試廠。中芯國際還在美國、歐洲、日本提供客戶服務和設立營銷辦事處,同時在香港設立了代表處。此外,中芯代成都成芯半導體製造有限公司經營管理一座200mm芯片廠,也代武漢新芯集成電路製造有限公司經營管理一座300mm芯片廠。

    2016年底10月和廣灃金源合作中芯國際北京工廠含氟廢水一期項目,水量:2500t/d,該項目為改造要實現零排放,場地十分受限,所以大規模的物化/生化工藝無法使用,隻能采用膜濃縮法處理,因含氟廢水具有很強的氧化性,傳統的有機超濾無法使用,借此我們將陶瓷膜推入工藝中。該項目含氟廢水共為三期:一期2500t/d,二期7000t/d,三期12000t/d。一期項目於11月運行,二期項目開始做可研,且還有含銅廢水及研磨廢水也開始啟動。

    該項目的特點:1、此項目為改造;2、該項目要零排放;3、承包方式為BOT;4、總包方零排放技術較弱。


    中芯國際含氟廢水零排放工藝水平衡與鹽平衡

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    工藝方案簡要說明

    1.設置自清洗過濾器的目的是保證進入到陶瓷膜的顆粒物粒徑小於200微米。

    2.設置陶瓷膜的目的是保護後續的反滲透不被細微顆粒物汙染,保證進入反滲透的水中SDI小於3。

    3.利用RO1進行預濃縮,減少後續單元處理規模,但濃縮倍率不宜太高,防止汙染

    4.高效澄清單元將RO1濃水進行軟化,降低後續設備結垢風險。

    5.海水淡化膜對RO1濃水進行再濃縮,產水通量應低於RO1。

    6.網管式反滲透膜對海水淡化反滲透濃水再濃縮,其產水通量應低於海水淡化反滲透的產水通量。

    7.將RO1,海水淡化膜,網管式反滲透膜的產水進行二次反滲透過濾,使得符合EDI或者混床的進水條件。

    8.將網管式反滲透濃水進行氟化物回收,剩餘的廢水通過蒸發結晶出雜鹽而外輸。


    項目投資分析


    1.經核算,該項目一次性投資成本在3000-3300萬。不含土建費用。

    2.該係統每年產高純水121t//h*8000hr=968000t,按照北京市每噸自來水價格8.9元計算,可節省外購水費968000t*8.9元/t=862 萬/年,運行電費按照200KWH計算,一年消耗電費200kwh*8000h*1元/度 =160萬。

    3.再者,北京市排汙費按照2元/噸計算,每年節省排汙費125t/h*8000*2元/噸=200萬。

    4.一年總計可為企業節省902萬( 862萬+200萬-160萬),未來三至四年可收回成本。


    關鍵過濾單元——陶瓷膜在半導體廢水處理中的優勢

    1.陶瓷膜過濾精度0.03微米,有效保護後續反滲透裝置的安全運行。

    2.陶瓷膜的通量高達180-200Lmh,比傳統有機膜的通量50Lmh,高出2.6倍,其產率更高,占地更小。可完全取代傳統的多介質+PVDF超濾,工藝流程縮短。

    3.容許進水條件更加苛刻。

    4.使用壽命長達10年以上,無斷絲風險,更換成本很低。

    5.汙堵後性能易於恢複,消除了意外故障導致的膜更換成本。

    6.高化學藥品耐受性,允許條件苛刻的化學清洗/清洗靈活性。

    7.允許更高的跨膜壓差,提高了低溫進水的通量。