超纯水系统原理及设计

桶
POU
FF
UPW水 Ultra pure water
桶
•设计说明 本超纯水系统可分为四个部分：前处理系统、一次去离子系统、反渗透系统、终端处
理系统。 1.前处理系统 原水经过多介质过滤器和活性炭过滤器可去除悬浮物、部分有机物和水中余
氯，使处理后的水质达到后续的离子交换系统的要求。 1.一次去离子系统 2.前处理后的水，经过阳离子树脂塔、脱气塔、阴离子树脂塔和精炼阳离子树脂塔 ，可去除原水中的大部分离子。水质可高达10MΩ-CM以上。 3.反渗透系统 原水经过前处理的过滤和离子的去除后，以RO设备再将细微的颗粒、细菌、
纯水纯净度判定要项：
(1)Resistively (MΩ-CM). (2)Particles (PCS/cc). (3)Bacteria (COLONIES/100cc). (4)T.D.S (PPM). (5)T.O.C (PPB). (6)SiO2 (PPB).
集积度与超纯水水质的关系
水质 项目
2.当纯水中之有机物质在湿蚀刻制程之清洗过程因吸附而附着在芯片表面，会 导致蚀刻不均匀及芯片表面之清洗效率不佳。
：溶解在纯水中之硅离子易在蚀刻制程时与溶氧(DO)反应成SiO2附着在芯片表面 或在OXIDE FILM之形成过程中造成THICKNESS之不均匀。
原水 RAW WATER
市政自来水补水 自来水水质表：
聚丙烯
耐化学性非常好，对一般的酸的抵抗性也好，唯较不
PP
耐两种不同酸的混合液，如：硝酸＋硫酸或硫酸＋氢 90℃
氟酸。对一般有机溶剂。
110℃
聚二氟乙烯
PVDF
耐化性非常好，只会被“发烟硫酸、三氧化硫、强碱 胺类、酮类“等腐蚀。
140℃
聚四氟乙烯（铁氟龙） PTFE
氟橡胶（氟化乙烯与 六 氟化丙烯的共聚物） FPM VITON
泵
影响水泵参数：流量Q，扬程H，转速N，效率。 其中关系：P2=Q*H*C(常数）
离心泵的特性曲线
气蚀余量NASH
汽蚀余量指泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头 之差，单位用米（水柱）标注，用（NPSH）表示。
离心泵运转时，液体压力沿着泵入口到叶轮入口而下降，在叶片入口附近的K点上，液体压力pK最低。此后由于叶 轮对液体作功，液体压力很快上升。当叶轮叶片入口附近的压力pK小于液体输送温度下的饱和蒸汽压力pv时，液体 就汽化。同时，使溶解在液体内的气体逸出。它们形成许多汽泡。当汽泡随液体流到叶道内压力较高处时，外面的 液体压力高于汽泡内的汽化压力，则汽泡又重新凝结溃灭形成空穴，瞬间内周围的液体以极高的速度向空穴冲来， 造成液体互相撞击，使局部的压力骤然增加(有的可达数百个大气压)。这样，不仅阻碍液体正常流动，尤为严重的 是，如果这些汽泡在叶轮壁面附近溃灭，则液体就像无数个小弹头一样，连续地打击金属表面。其撞击频率很高(有 的可达2000～3000Hz)，于是金属表面因冲击疲劳而剥裂。如若汽泡内夹杂某种活性气体(如氧气等)，它们借助汽 泡凝结时放出的热量(局部温度可达200～300℃)，还会形成热电偶，产生电解，形成电化学腐蚀作用，更加速了金 属剥蚀的破坏速度。上述这种液体汽化、凝结、冲击、形成高压、高温、高频冲击负荷，造成金属材料的机械剥裂 与电化学腐蚀破坏的综合现象称为汽蚀。
几乎不被任何化学药品腐蚀，只有在高温下才会被少 数化学药品腐蚀。
250℃
耐是侯自性熄、性耐橡臭胶氧，、但耐耐油寒、性耐不热好性（、-45耐℃化脆学化药点品）性。均好。200℃
乙烯丙烯橡胶
EPDM
耐侯性、耐臭氧、耐化学药品性优，耐油性好，是自 熄性橡胶，耐低温性差，不耐芳香烃类。
90℃
150℃ 300℃ 200℃ 120℃
纯水系统基本原理
陈勇
UPW概念 输送模型 纯水系统各单元 控制系统
优劣之分：各种系统比较
水资源及其储量
地球上的水资源，从广义来说是指水圈内水量 的总体。包括经人类控制并直接可供灌溉、发 电、给水、航运、养殖等用途的地表水和地下 水，以及江河、湖泊、井、泉、潮汐、港湾和 养殖水域等。
水的含量及其分布 储存于地球的总储水量约13860亿立方米
纯水系统 纯水系统处理
纯水 WATER
产生出符合要求 的纯水
茂迪纯水系统用于供应茂迪(苏州)新能源有限公司全厂制程用纯水。 如下纯水水质是本纯水系统的设计基础。
Item
Resistivity(25℃)
SiO2 TOC Bacteria Pressure Temperature(℃) 位置
RO
DIW 产水
塑胶管材一般使用性能
材质 聚氯乙烯
简称
一般化学性能
最高工作温度
长时间
短暂
可耐大部分的“酸” 、“碱”、“盐”由低到高浓度
PVC
的腐蚀，但不耐“芳香烃”、“酮”、“醚”、“氯 55℃
化碳烃类”腐蚀。
60℃
氯化聚氯乙烯CORZAN CPVC 耐化学腐蚀性与PVC相似，仅耐温性比PVC好。
95℃
110℃
-
256 K bit 17-13
50
20 200 100 10
1
1 M bit 4 M bit 16 M bit 64 M bit
18
18
18
18
20
10
5
10
5
1
0.5
0.1
50
20
100
50
10
5
10
5
10
5
1
0.5
0.5
0.1
0.05 0.005
全蒸发残余物 (µg/1)
10
5
3
1
超纯水水质对半导体制程的影响：
塑料管材
不锈钢管材
塑料管材
因纯水系统使用的管材主要为塑料管材，所在在此主要讲解塑料管材 的特性。
塑料管
氯乙稀PVC 聚乙烯PE
聚丙烯(PP)
硬聚氯乙稀(PVC-U)
软聚氯乙稀(PVC-P) 氯化聚氯乙稀(PVC-C) 低密度（高压）聚乙烯(PE-LD) 中密度（中压）聚乙烯(PE-MD) 高密度（低压）聚乙烯(PE-HD) 线形低密度聚乙烯(PE-LLD) 交联聚乙烯(PE-X) 均聚聚丙烯(PP-H)(I型) 共聚（氯化）聚丙烯
丁二烯腈橡胶（BUNNA-N)NBR
主要效能是“耐油性好”，耐热性佳，在120℃可长期 120℃ 使用，耐寒性差，耐水性差。
有机物等去除。RO设计为不停地运转，以维持最佳的水质状态。 1.终端处理系统
DI水由循环泵加压，经过有机物紫外线杀菌器（UV-TOC）以185NM波长之紫外线降低水 中TOC含量并杀菌，再经过混床不再生树脂塔，将DI中残余极微量的离子交换后，使水 质达到18MΩ-CM。然后再经过0.2μm绝对过滤器，将水中细微粒子滤除，使水质达到纯 净无菌之要求。
嵌段共聚聚丙烯（PP-B）（II型） 无规共聚聚丙烯（PP-R）（III型）
聚丁烯（PB） 工程塑料
玻璃钢
氟塑料 有机玻璃
聚碳酸脂 氯化聚醚 聚砜(PBU) 聚铣胺 丙稀睛-丁二烯－苯乙烯共聚物（ABS） 酚醛（PE） 环氧（EP） 呋喃（FF） 不饱和聚酯树脂 聚四氟乙烯(PTFE) 聚三氟氯乙烯(PCTFE) 氟－40
大自然中的水循环
水的监测指标由以下几部分组成： ①一般指标:T、Con、DS、DO、FI、DD等。 ②水质的污染度指标：BOD、COD、 TOC、TOD等。 ③水质的污染成分：金属离子、氰化 物、酚、农药等。 ④水质的生物指标：大肠杆菌、细菌总数等。
伴随能量流动与物质循环，不同地方指标含量本底值不同
水泵的安装高度
水泵故障：望 闻 听 切
管道管件材质
现行给排水管材分类主要有以下三种，： 1.塑料管：塑料管是个庞大的家族，种类繁多、性质各异，不同的塑料 管材，各由不相同的原料构成，也相应有各种不相同的性能特点、连接方 式和适用范围。 2.复合管：复合管一般由金属和非金属复合而成，它兼有金属管材强度 大、刚性好和非金属管材耐腐蚀的优点，同时也摒弃了两类管材的缺点。 3.金属管：应用最广泛的管材，除了黑色金属管材以外现在许多有色金 属管材为环保节能带来了更多新选择。 另外还有排水陶管以及混凝土输水管由于其使用范围小。
<5 us/cm ＞ 10 MΩ -CM ＜10 ppb
1F
1F
POLISHER
UPW 供水
＞ 16.5 M Ω CM(0.2um)
＞16.5 MΩ-CM(0.2um)
＜10 ppb ＜50 ppb ＜10 CFU/L
1F
＜10 ppb ＜50 ppb
＜10 CFU/L POU 2.5±0.5㎏/㎝2稳压可 调变频控制 25±2℃
市政自来水厂给水
天然水的特性 (1)地表水(LAKE RIVER)：较少含DISSOLVED
MINERAL，但含大量S.S.，有机物（树叶，生活 污 水 等 ） and D.G.（ 来 自 大 气 和 有 机 物 的 分 解）。
(2)地下水(井水)：较少含S.S. 和D.G. 但含 较高的DISSOLVED MINERAL.（例如Ca dnd SiO2）
管材选用标准： ⊙耐压等级 ⊙耐温等级 ⊙洁净等级 ⊙经济安全 ⊙易于施工 ⊙与输送介质匹配
管道材料代码
代号 M C W G S SS LA SA CI NC N RE CP CA AA LE PVC PVC-U PE PP TE EN
名称 金属管 碳钢管 焊接钢管 镀锌钢管 无缝钢管 不锈钢管 低合金管 特种合金钢管 铸铁管 球墨铸铁管 有色金属管 紫铜管 黄铜管 铜合金管 铝合金管 铅合金管 聚氯乙稀管 硬聚氯乙稀管 聚乙烯管 聚丙烯管 聚四氟乙烯管 搪陶管
64 K bit
比电阻 MΩ-cm at 25 °C 0.2 µm
微粒子 0.1 µm (个/ml) 0.05 µm
0.03 µm
15-17 150
生菌(群/Hale Waihona Puke Baidu00ml)
100
TOC (µg C/1) DO(µg O/1) SiO2(µg C/1)
1000 500 30
微 量 离 子 Na K. Zn. Fe.Cu. Al. Cl(µg/1)
3F
纯水系统平面图
特点：管路多、设备多、空间走向较复杂
输送模型 动力设备
处理设备
存储设备
水泵
动力源 因素：功 率 流量 扬 程
处理容器
过滤器，板换， RO,离子交换 塔…… 包含：物理，化 学
水桶
存储产水，缓冲使 用点波动，稳定系统 波动原因：使用点/系 统异常 前处理水桶 DI水桶 UPW水桶
(3)自来水：无菌.无色.无臭.（若添加过量 氯“Cl2”则会导致刺激性臭味。）
送达我司的自来水
UPW定义
DI=Deionized，DI Water=Deionized Water，为去离子(阴阳离子）之意，亦 即通称之纯水(Pure water)。
UPW Ultra pure water:近来由于半导体制程对design rule之需求朝更精密更 细小的趋势发展，因而对纯水水质的要求也越趋严格，在此一严格水质要求下 所制造出来的纯水称之为超纯水(Ultra pure water),除了除去水中离子之外， 亦将水中之SiO2, Particles, Bacteries, Organic Matters, Microbiology。 一并予以有限度的去除，使水达到完全纯净的程度， 。
*PARTICLE *DO
*TOC *SiO2
：当大颗粒之PARTICLE附着在Die与Die之线槽间会造成产品之电性不良使YIELD 降低。
：1.溶氧过高易使管路内之纯水滋长细菌。 2.溶氧过高易导致离子交换树脂性能劣化。 3.溶氧过高影响芯片负氧化薄膜之厚度
据Dr. Ohmi之实验芯片在40-60 PPB溶氧之纯水清洗后，导致约3A°(埃)厚度之 负氧化膜形成，这使得要求半导体氧化层越来越薄膜化之组件性能劣化。 ：1.有机不纯物附着在芯片表面会导致氧化和结晶之缺陷及组件性能之劣化。
代号 MH ABS AP EP AN FG FR TL GL LM PL PPL R SR RL SH AC CE CS CSL EA RC
名称 金属软管 丙稀腈－丁二烯－聚乙烯树脂 耐酸酚醛塑料管 工程塑料管 防腐涂料层管 玻璃钢管 玻璃钢－塑料复合管 衬四氟管 衬玻璃管 衬里金属管 衬塑料管 衬聚丙烯 橡胶管 合成橡胶管 衬橡胶管 合成树脂压力软管 石棉水泥管 陶瓷管 铸石管 衬铸石管 陶土管 钢筋混凝土管
管道
包含：直管、 管子联接件和 阀门 输送载体 限定流向 通行/载止
举例：纯水系统
原水池 水泵
板换
MMF
ACF
前处理 水桶
前处理 水桶
水泵
板换
CE
DG
脱气塔 水槽
脱气塔 水槽
水泵
AE
CP
DI水桶 Deionized
DI水桶
水泵
GF
水泵
UPW水 桶
水泵
TOC-
UV
MP
RO
UPW水 Ultra pure water