半導(dǎo)體晶圓清洗、基因測(cè)序試劑配制、質(zhì)譜分析等***領(lǐng)域,超純水的質(zhì)量直接決定產(chǎn)品精度與實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性。本 3 噸 / 小時(shí)超純水設(shè)備以 “雙級(jí) RO + EDI + 終端精拋光” 創(chuàng)新工藝為核心,攻克傳統(tǒng)技術(shù)瓶頸,實(shí)現(xiàn) 18.2 MΩ?cm 的極限純度,為半導(dǎo)體、生物醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)提供 “原子級(jí)潔凈” 的用水保障,滿(mǎn)足其對(duì)超純水近乎苛刻的需求。? 一、設(shè)備核心定位:定義超純水新高度? (一)設(shè)計(jì)目標(biāo):嚴(yán)苛指標(biāo)保障***應(yīng)用? 設(shè)備致力于生產(chǎn)達(dá)到 18.2 MΩ?cm(25℃)極限純度的超純水,各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)均遠(yuǎn)超常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。電阻率≥18.2 MΩ?cm,依據(jù) ASTM D1125 標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè),該指標(biāo)反映水中離子含量極低,能避免離子對(duì)半導(dǎo)體芯片電路、精密儀器的干擾。TOC≤1 ppb,參照 USP <643> 標(biāo)準(zhǔn),嚴(yán)格控制水中有機(jī)碳含量,防止有機(jī)物污染影響基因測(cè)序、質(zhì)譜分析的準(zhǔn)確性。? 微粒子(≥0.1μm)≤1 個(gè) /mL,遵循 SEMI F57 標(biāo)準(zhǔn),確保水中幾乎無(wú)顆粒雜質(zhì),滿(mǎn)足半導(dǎo)體晶圓超精密清洗需求。細(xì)菌內(nèi)毒素≤0.001 EU/mL,依據(jù)《中國(guó)藥典》1143 進(jìn)行檢測(cè),極大降低生物污染風(fēng)險(xiǎn),適用于生物醫(yī)藥等高要求場(chǎng)景。關(guān)鍵金屬離子(Fe/Cu)≤0.01 ppb,通過(guò) ICP-MS 檢測(cè),有效避免金屬離子對(duì)產(chǎn)品性能的不良影響。? 核心工藝采用 “雙級(jí) RO + EDI + 終端精拋光” 組合,從原水預(yù)處理到終端凈化,層層把關(guān),實(shí)現(xiàn) “零離子、零有機(jī)物、零微粒” 的超純水質(zhì)目標(biāo)。設(shè)備主要應(yīng)用于半導(dǎo)體晶圓清洗(28nm 以下制程)、基因測(cè)序試劑配制、質(zhì)譜分析流動(dòng)相等不可妥協(xié)的***領(lǐng)域。在半導(dǎo)體晶圓清洗中,超純水的高質(zhì)量能確保晶圓表面潔凈,提高芯片制造良率;在基因測(cè)序試劑配制中,純凈的水質(zhì)可保證測(cè)序結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。? (二)EDI 技術(shù):超純水制備的革命性突破? EDI 技術(shù)在超純水制備中具有革命性意義。傳統(tǒng)混床采用酸堿再生方式進(jìn)行離子交換,會(huì)產(chǎn)生大量化學(xué)廢液,對(duì)環(huán)境造成污染,且存在化學(xué)殘留風(fēng)險(xiǎn)。而 EDI 技術(shù)通過(guò)離子交換膜電再生,無(wú)需使用酸堿化學(xué)試劑,實(shí)現(xiàn)零化學(xué)污染,從根源上解決了化學(xué)污染問(wèn)題。? 在產(chǎn)水穩(wěn)定性方面,傳統(tǒng)混床水質(zhì)波動(dòng)>±2 MΩ?cm,難以滿(mǎn)足對(duì)水質(zhì)穩(wěn)定性要求極高的***領(lǐng)域。EDI 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)水,水質(zhì)波動(dòng)<±0.1 MΩ?cm,為半導(dǎo)體芯片制造、精密儀器分析等提供穩(wěn)定可靠的超純水供應(yīng)。此外,EDI 技術(shù)中樹(shù)脂界面零摩擦,有效降低了 TOC 釋放量,相比傳統(tǒng)混床,TOC 釋放量降低 100 倍,進(jìn)一步提升了超純水的純凈度。? 二、全流程工藝深度解析:***凈化的實(shí)現(xiàn)路徑? (一)預(yù)處理系統(tǒng):原水的***凈化前奏?
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超濾(UF):超濾單元采用截留分子量為 10 kDa 的過(guò)濾膜,能夠有效去除原水中的膠體、微生物等大分子污染物,使 SDI(污染指數(shù))≤1.0,為后續(xù)反滲透系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)的進(jìn)水條件。膠體和微生物的有效去除,可防止其在反滲透膜表面附著,減少膜污染,延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命。?
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雙級(jí)軟化:一級(jí)采用納米晶循環(huán)軟化技術(shù),能夠?qū)⑺挠捕冉档椭?le;0.1 ppm,有效去除水中的鈣鎂離子,防止反滲透膜結(jié)垢。二級(jí)通過(guò)螯合樹(shù)脂吸附,進(jìn)一步降低水中 Ca²?/Mg²?含量至≤5 ppb,確保進(jìn)入反滲透系統(tǒng)的水質(zhì)達(dá)到理想狀態(tài),提高反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行效率和產(chǎn)水質(zhì)量。?
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真空脫氣:真空脫氣裝置能夠?qū)⑺械娜芙庋踅档椭?le;10 ppb,有效防止反滲透膜氧化,延長(zhǎng)膜的使用壽命。同時(shí),將 CO?含量降低至≤0.1 ppm,減少 CO?對(duì)二級(jí) RO 效率的影響,確保反滲透系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效產(chǎn)水。?
(二)雙級(jí)反滲透(RO)系統(tǒng):高效脫鹽的核心環(huán)節(jié)?
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膜元件選型:一級(jí) RO 采用杜邦 Filmtec XLE 膜,脫鹽率≥99.5%,能夠有效去除原水中的大部分鹽分、有機(jī)物、細(xì)菌及病毒等污染物,使產(chǎn)水電導(dǎo)率≤5 μS/cm。二級(jí) RO 選用東麗 TML200D - 400 膜,脫鹽率≥99.8%,進(jìn)一步對(duì)一級(jí) RO 產(chǎn)水進(jìn)行深度脫鹽處理,產(chǎn)水電導(dǎo)率≤0.5 μS/cm,為后續(xù) EDI 深度純化提供優(yōu)質(zhì)進(jìn)水。?
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突破性設(shè)計(jì):零死角膜殼采用 316L 材質(zhì),配備雙 O 型圈密封,死角≤0.5D,有效防止水流死角導(dǎo)致的微生物滋生和水質(zhì)污染。濃水能量回收采用 PX - 220 壓力交換器,將濃水的壓力能回收利用,節(jié)能 35%,降低了設(shè)備的運(yùn)行成本。?
(三)電去離子(EDI)深度純化:超純水的關(guān)鍵保障?
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工作原理:EDI 系統(tǒng)通過(guò)離子交換樹(shù)脂對(duì)水中離子進(jìn)行吸附,同時(shí)利用電場(chǎng)作用使離子交換樹(shù)脂再生。在直流電場(chǎng)的作用下,水中的陽(yáng)離子向陰極移動(dòng),通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入濃水室;陰離子向陽(yáng)極移動(dòng),通過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入濃水室。同時(shí),水分子在電場(chǎng)作用下分解成 H?和 OH?,分別對(duì)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂進(jìn)行再生,從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的超純水制備。?
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性能標(biāo)桿:在理想進(jìn)水條件下(進(jìn)水電導(dǎo)率≤10μS/cm),產(chǎn)水電阻率≥15 MΩ?cm。對(duì) SiO?的去除率≥99.9%,殘留量≤0.1ppb;對(duì)硼(B)的去除率≥99.5%,殘留量≤0.05ppb,能夠有效去除水中的微量雜質(zhì),滿(mǎn)足超純水對(duì)離子含量的嚴(yán)格要求。?
(四)終端精拋光系統(tǒng):超純水的***凈化?
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核級(jí)混床柱:采用電子級(jí)樹(shù)脂(>1.8×10?Ω),對(duì)水中殘留的微量離子進(jìn)行深度截留,確保超純水中離子含量達(dá)到極低水平,滿(mǎn)足半導(dǎo)體、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域?qū)﹄x子殘留的嚴(yán)格要求。?
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超濾(UF):PES 中空纖維超濾膜(0.05μm)能夠有效去除熱原和核酸酶等大分子污染物,防止其對(duì)生物醫(yī)藥產(chǎn)品、基因測(cè)序?qū)嶒?yàn)等產(chǎn)生不良影響。?
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紫外光催化(185nm):利用 185nm 紫外光催化作用,將水中的 TOC 降解為 CO?和 H?O,進(jìn)一步降低水中有機(jī)碳含量,確保超純水中 TOC 達(dá)到≤1 ppb 的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)。?
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終端除菌過(guò)濾器:采用 PTFE(疏水)材質(zhì),能夠攔截 0.1μm 微粒,確保超純水中幾乎無(wú)顆粒雜質(zhì),滿(mǎn)足半導(dǎo)體晶圓清洗等對(duì)微??刂频臉O高要求。?
(五)超純水儲(chǔ)存與分配:水質(zhì)安全的***后防線(xiàn)?
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儲(chǔ)罐革命性設(shè)計(jì):采用雙罐氮封循環(huán)系統(tǒng),包括工作罐(500L)和循環(huán)緩沖罐(300L),持續(xù)通入純度≥99.999% 的氮?dú)?,使罐?nèi) O?≤0.01 ppm,隔絕空氣,防止微生物污染和水中溶解氧對(duì)超純水水質(zhì)的影響。儲(chǔ)罐內(nèi)壁采用 PVDF 內(nèi)襯 316L 材質(zhì),金屬溶出<1ppt,并進(jìn)行等離子體活化接枝處理,使表面接觸角<5°,減少水與罐壁的接觸面積,防止水質(zhì)污染。?
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分配系統(tǒng)核心技術(shù):分配系統(tǒng)管道內(nèi)水流速≥3 m/s,形成強(qiáng)烈的湍流狀態(tài),有效抑制生物膜形成。管道采用 ISO 1 級(jí)潔凈管,內(nèi)壁 Ra≤0.13 μm,確保管道內(nèi)壁光滑潔凈。同時(shí),嚴(yán)格控制死角,≤0.5D,采用隔膜閥和零死角三通,確保水流能夠充分沖洗管道各個(gè)部位,避免積水滋生微生物,保證超純水在分配過(guò)程中的水質(zhì)安全。?
三、智能控制系統(tǒng):工業(yè) 4.0 標(biāo)準(zhǔn)的智慧運(yùn)維? (一)多維度傳感網(wǎng)絡(luò)? 設(shè)備配備多維度傳感網(wǎng)絡(luò),采用國(guó)際***的傳感器,實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的高精度監(jiān)測(cè)。電阻率監(jiān)測(cè)采用 Mettler Toledo InLab 731 傳感器,精度達(dá) ±0.01 MΩ?cm;TOC 監(jiān)測(cè)使用 Sievers M9 傳感器,精度為 ±0.05 ppb;溶解氧監(jiān)測(cè)采用 Hach Orbisphere 5100 傳感器,精度 ±0.1 ppb;微粒計(jì)數(shù)采用 Particle Measuring Systems 傳感器,具備 0.05μm 分辨率。這些高精度傳感器能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)超純水的各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo),為設(shè)備的精準(zhǔn)控制和穩(wěn)定運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。? (二)AI 優(yōu)化算法?
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動(dòng)態(tài)水質(zhì)調(diào)控:通過(guò) AI 算法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)水質(zhì)調(diào)控。以電阻率自適應(yīng)補(bǔ)償為例,當(dāng)檢測(cè)到 EDI 出口電阻率低于 18.0 MΩ?cm 時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整 EDI 電壓,提升 0.5V 電場(chǎng)強(qiáng)度,增強(qiáng)離子去除能力;同時(shí)啟動(dòng)三級(jí)混床,進(jìn)一步深度凈化水質(zhì)。整個(gè)過(guò)程自動(dòng)完成,并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至云端存儲(chǔ),確保水質(zhì)始終保持在理想狀態(tài)。?
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預(yù)測(cè)性維護(hù):利用 AI 算法進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)。通過(guò)建立 RO 膜污堵預(yù)警模型,綜合分析壓差和流量變化率,提前預(yù)測(cè) RO 膜的污堵情況,及時(shí)提醒操作人員進(jìn)行清洗或更換,避免因膜污堵導(dǎo)致產(chǎn)水質(zhì)量下降和設(shè)備故障。對(duì)于 EDI 模塊,通過(guò)電流效率衰減算法預(yù)測(cè)其使用壽命,提前做好更換準(zhǔn)備,確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行,降低維護(hù)成本和停機(jī)時(shí)間。?
(三)數(shù)據(jù)合規(guī)架構(gòu)? 智能控制系統(tǒng)完全符合 SEMI E95 和 FDA 21 CFR Part 11 標(biāo)準(zhǔn)要求,具備完善的數(shù)據(jù)合規(guī)架構(gòu)。采用區(qū)塊鏈存證技術(shù),每小時(shí)將水質(zhì)數(shù)據(jù)上鏈,確保數(shù)據(jù)不可篡改,保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性。同時(shí),采用分布式存儲(chǔ)方式,將數(shù)據(jù)同時(shí)存儲(chǔ)在本地服務(wù)器和阿里云雙節(jié)點(diǎn),確保數(shù)據(jù)不會(huì)因硬件故障或其他原因丟失,滿(mǎn)足半導(dǎo)體、生物醫(yī)藥等行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存和安全性的嚴(yán)格要求。? 四、行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景性能對(duì)標(biāo):精準(zhǔn)解決行業(yè)痛點(diǎn)? (一)半導(dǎo)體芯片制造(28nm 以下制程)? 在半導(dǎo)體芯片制造(28nm 以下制程)中,金屬離子污染會(huì)導(dǎo)致芯片電路短路,降低良率。本設(shè)備通過(guò)終端核級(jí)混床,將 Fe/Cu 等關(guān)鍵金屬離子含量控制在≤0.01ppt,有效解決金屬離子污染問(wèn)題,提高芯片制造良率。晶圓表面水痕會(huì)影響光刻精度,設(shè)備采用 180°C 超高溫點(diǎn)瞬時(shí)產(chǎn)水技術(shù),確保 TOC≤0.5ppb,避免水痕殘留,保證光刻精度。對(duì)于光刻膠溶劑殘留問(wèn)題,設(shè)備通過(guò) 185nm UV 光催化和嚴(yán)格的 TOC 控制(<1ppb),有效去除光刻膠溶劑殘留,確保芯片制造質(zhì)量。? (二)生物醫(yī)藥(單抗 / 細(xì)胞治療)? 在生物醫(yī)藥(單抗 / 細(xì)胞治療)領(lǐng)域,內(nèi)毒素控制至關(guān)重要。設(shè)備通過(guò)超濾(10kDa)和熱原吸附柱的組合,將內(nèi)毒素降低至≤0.0001 EU/mL,確保生物醫(yī)藥產(chǎn)品的安全性。對(duì)于 DNA / 核酸酶殘留問(wèn)題,采用正電荷修飾 UF 膜,有效去除 DNA,使其含量≤0.1 pg/mL,滿(mǎn)足生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)對(duì)核酸酶殘留的嚴(yán)格要求。? (三)分析實(shí)驗(yàn)室(LC - MS/MS)? 在分析實(shí)驗(yàn)室(LC - MS/MS)中,背景干擾會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。設(shè)備通過(guò)在線(xiàn)脫氣裝置將溶解氧降低至≤2 ppb,減少溶解氧對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾。同時(shí),配備終端除硼柱,將硼(B)含量降低至≤0.01 ppt,消除硼元素對(duì)實(shí)驗(yàn)的背景干擾,確保質(zhì)譜分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。? 五、技術(shù)優(yōu)勢(shì)量化對(duì)比:顯著***傳統(tǒng)技術(shù)? 與傳統(tǒng) RO + 混床技術(shù)相比,本設(shè)備在多個(gè)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。在電阻率穩(wěn)定性上,傳統(tǒng)技術(shù)水質(zhì)波動(dòng) ±2 MΩ?cm,而本設(shè)備水質(zhì)波動(dòng) ±0.05 MΩ?cm,提升幅度達(dá) 40 倍,能夠?yàn)閷?duì)水質(zhì)穩(wěn)定性要求極高的***領(lǐng)域提供可靠保障。噸水能耗方面,傳統(tǒng)技術(shù)為 1.8 kW?h,本設(shè)備降至 0.9 kW?h,節(jié)能 50%,降低了企業(yè)的運(yùn)行成本?;瘜W(xué)廢液排放上,傳統(tǒng)混床每月產(chǎn)生酸 / 堿液 200L,本設(shè)備實(shí)現(xiàn)零排放,符合環(huán)保要求。在微??刂疲ǎ?.1μm)方面,傳統(tǒng)技術(shù)水中微粒數(shù)為 100 個(gè) /mL,本設(shè)備控制在≤1 個(gè) /mL,提升幅度達(dá) 99%,滿(mǎn)足半導(dǎo)體等行業(yè)對(duì)微粒的嚴(yán)格要求。? 六、設(shè)備技術(shù)規(guī)格:詳細(xì)參數(shù)與定制化能力? 設(shè)備型號(hào)為 UPW - 2000 - EP,產(chǎn)水量為 2000 L/H(25℃),峰值電阻率可達(dá) 18.25 MΩ?cm(恒溫 25℃),滿(mǎn)足大多數(shù)高要求場(chǎng)景的用水需求??偣?le;22 kW(含氮?dú)庵苽洌?,在保證高效產(chǎn)水的同時(shí),實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。設(shè)備采用模塊化撬裝設(shè)計(jì),占地面積僅為 6m×3m,節(jié)省安裝空間,便于運(yùn)輸與安裝。噪音等級(jí)≤65 dB(1 米距離),運(yùn)行噪音低,不影響工作環(huán)境。? 針對(duì)不同地區(qū)的水質(zhì)特點(diǎn),設(shè)備具備強(qiáng)大的定制化升級(jí)能力。對(duì)于高硼水源(>10ppb),可升級(jí)硼特效樹(shù)脂柱,有效去除水中的硼元素,確保產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。對(duì)于 TOC 極限要求(<0.5ppb)場(chǎng)景,可增配電子束輻照單元,進(jìn)一步降低水中 TOC 含量,滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)超純水更高的質(zhì)量要求。? 七、驗(yàn)證與服務(wù):全方位保障用戶(hù)需求? (一)驗(yàn)證文件包? 設(shè)備提供完整的驗(yàn)證文件包,確保設(shè)備質(zhì)量和性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。其中包括 SEMI F63 潔凈管道認(rèn)證,證明設(shè)備的管道系統(tǒng)符合半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)潔凈度的嚴(yán)格要求;3D 激光掃描死角報(bào)告,符合 ASME BPE - 2019 標(biāo)準(zhǔn),確保設(shè)備管道布局無(wú)死角,防止微生物滋生;72 小時(shí)穩(wěn)定性測(cè)試報(bào)告,對(duì)電阻率、TOC、微粒等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)記錄,驗(yàn)證設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性和可靠性。? (二)全生命周期服務(wù)? 為用戶(hù)提供全生命周期服務(wù),確保設(shè)備始終處于良好運(yùn)行狀態(tài)。7×24h 遠(yuǎn)程診斷服務(wù),通過(guò) AR 眼鏡輔助維修,能夠快速響應(yīng)用戶(hù)需求,及時(shí)解決設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。EDI 模塊提供 5 年性能保修,讓用戶(hù)無(wú)后顧之憂(yōu)。每月提供水質(zhì)大數(shù)據(jù)分析報(bào)告,幫助用戶(hù)了解設(shè)備運(yùn)行情況和水質(zhì)變化趨勢(shì),為用戶(hù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝和設(shè)備維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。?