1. Fuentes de aguas residuales, contaminantes típicos y características del agua
Las aguas residuales generadas durante la fabricación de semiconductores de carburo de silicio (SiC) y nitruro de galio (GaN) provienen principalmente de los procesos de crecimiento epitaxial, grabado, implantación iónica, deposición de capas delgadas, rectificado y limpieza de obleas, así como del aclarado de salas limpias. En comparación con las aguas residuales procedentes de la fabricación convencional de semiconductores de silicio, las aguas residuales de semiconductores de tercera generación presentan una composición mucho más compleja y son considerablemente más difíciles de tratar.
Los contaminantes típicos incluyen fluoruro, altas concentraciones de ácidos y álcalis, partículas ultrafinas de carburo de silicio, compuestos de galio, nitruros, iones metálicos pesados en trazas y pequeñas cantidades de contaminantes orgánicos, como restos de fotorresistencias y productos químicos desprendedores, lo que provoca fluctuaciones en los niveles de DQO.
Las aguas residuales se caracterizan por corrientes alternadas fuertemente ácidas y alcalinas, altas concentraciones de fluoruro, sólidos en suspensión ultrafinos y propiedades altamente corrosivas. Las partículas coloidales estables sedimentan muy lentamente, lo que incrementa el riesgo de obstrucción de tuberías y bloqueo de membranas. Además, la fabricación de semiconductores de banda ancha requiere agua regenerada de pureza ultralta, cuyos estándares de calidad son considerablemente más estrictos que los aplicables al tratamiento convencional de aguas residuales industriales.
2. Desafíos comunes de los clientes
Los fabricantes de semiconductores de SiC y GaN suelen enfrentar varios desafíos en el tratamiento de aguas residuales.
Las partículas ultrafinas de SiC y GaN son difíciles de eliminar mediante sedimentación convencional, lo que provoca acumulación de lodos, obstrucción de equipos, ensuciamiento frecuente de membranas y paradas de producción costosas. Las aguas residuales con alto contenido de fluoruros generadas durante los procesos de grabado son difíciles de tratar de forma constante, lo que dificulta el cumplimiento de las normas ambientales cada vez más estrictas para la descarga.
El proceso de producción también genera corrientes alternadas de aguas residuales ácidas y alcalinas con alta corrosividad, lo que requiere equipos especializados resistentes a la corrosión, en lugar de sistemas industriales estándar. Al mismo tiempo, los fabricantes de semiconductores exigen tasas extremadamente altas de recuperación de agua ultrapura, mientras que las tecnologías convencionales de tratamiento suelen no cumplir con la calidad requerida del agua, lo que conduce a un consumo excesivo de agua dulce y mayores costos operativos.
Además, las fábricas modernas de semiconductores suelen tener un espacio limitado para instalaciones y líneas de producción que evolucionan rápidamente, lo que dificulta la expansión o actualización de instalaciones convencionales de tratamiento a gran escala. Como resultado, existe una demanda creciente de sistemas compactos, modulares y totalmente personalizados para el tratamiento de aguas residuales, diseñados específicamente para la fabricación de semiconductores de alta precisión.
3. Proceso de tratamiento y configuración del equipo principal
Para abordar el alto contenido de fluoruro, las partículas ultrafinas y las características corrosivas de las aguas residuales de SiC y GaN, empleamos un proceso de tratamiento especializado compuesto por:
Recolección segregada → Ajuste preciso del pH y desestabilización de coloides → Coagulación y eliminación de fluoruro → Filtración fina → Purificación avanzada mediante membranas → Reutilización de agua ultrapura
Las corrientes de aguas residuales ácidas, alcalinas, que contienen fluoruro y procedentes de procesos se recogen y homogeneizan por separado para minimizar las fluctuaciones hidráulicas y en la calidad del agua. El control preciso del pH desestabiliza las partículas coloidales, mientras que un sistema optimizado de coagulación y sedimentación elimina eficazmente los sólidos en suspensión y la mayor parte del fluoruro.
La adsorción por carbón activado y la filtración de precisión eliminan compuestos orgánicos en trazas y contaminantes metálicos residuales. El agua tratada pasa luego por un sistema de ultrafiltración (UF) seguido de un sistema de ósmosis inversa (RO) resistente al ensuciamiento para una desalinización profunda, produciendo agua de alta pureza apta para la limpieza de obleas y otros procesos de fabricación de semiconductores.
El equipo principal incluye:
- Tanques de homogeneización resistentes a la corrosión y sistemas de ajuste de pH
- Reactores de alta eficiencia para la eliminación de fluoruro y la ruptura de coloides
- Sistemas automáticos completos de ablandamiento de agua
- Sistemas de filtración por membrana anticontaminación
- Sistemas inteligentes de dosificación química
- Instrumentos de monitorización en línea de alta precisión para la calidad del agua
4. Ventajas de la solución
Esta solución está diseñada específicamente para la fabricación de semiconductores de tercera generación de SiC y GaN, abordando eficazmente tres desafíos críticos del sector: eliminación de partículas ultrafinas, control de fluoruros y resistencia a la corrosión.
El agua tratada cumple sistemáticamente tanto los requisitos para su reutilización en la producción como los estándares ambientales de vertido. Se pueden diseñar equipos personalizados no estandarizados para adaptarse a plantas con diseños compactos y entornos operativos altamente corrosivos, incorporando estructuras reforzadas anticorrosivas, canales de flujo resistentes a obstrucciones y diseños modulares y compactos adaptados a instalaciones semiconductoras.
Todos los sistemas eléctricos de control principales, los equipos mecánicos y los componentes de tratamiento de agua se fabrican cumpliendo con las normas internacionales reconocidas CE, UL e ISO, garantizando una seguridad, fiabilidad y conformidad regulatoria superiores para aplicaciones avanzadas en el sector de los semiconductores.
El sistema ofrece una excelente resistencia a las fluctuaciones de la calidad del agua, reduciendo significativamente la obstrucción de las membranas, la frecuencia de mantenimiento y el tiempo de inactividad operativo. Las tasas de reutilización del agua pueden superar el 95 %, lo que reduce sustancialmente el consumo de agua dulce y los costos operativos totales.
Su diseño modular y ahorrador de espacio permite una expansión flexible de la capacidad, mientras que el control inteligente totalmente automatizado garantiza una operación estable para la fabricación continua y de alta precisión de semiconductores.
5. Referencias del proyecto y documentación de apoyo
Hemos entregado con éxito sistemas de tratamiento de aguas residuales para instalaciones de fabricación de obleas semiconductoras de SiC y GaN, incluida una planta de producción de semiconductores de banda ancha de referencia con una capacidad de tratamiento de 900 m³/día.
El sistema ha funcionado de forma fiable, eliminando eficazmente la acumulación de partículas, estabilizando la eliminación de fluoruros y produciendo de manera constante agua regenerada que cumple con los requisitos de reutilización de agua ultrapura para la industria de semiconductores.
La documentación de apoyo incluye:
- Patentes de proceso exclusivas
- Certificaciones CE, UL e ISO
- Informes de ensayos de calidad del agua realizados por terceros
- Documentación de aceptación del proyecto
- Proyectos de referencia de importantes fabricantes de semiconductores
6. Alcance del servicio y proceso de cooperación
Ofrecemos soluciones integrales llave en mano EPC de tratamiento de aguas residuales para fabricantes de semiconductores de tercera generación, que abarcan la investigación del sitio, el análisis de la calidad del agua, la ingeniería de procesos personalizada, la fabricación de equipos no estándar, la instalación, la puesta en marcha, los servicios de operación y mantenimiento, las actualizaciones del sistema y el suministro vitalicio de consumibles.
Proceso Estándar de Cooperación
- Estudio del sitio y muestreo de aguas residuales con análisis integral de la calidad del agua
- Diseño personalizado del proceso y los equipos según las condiciones de producción
- Fabricación de los equipos y construcción in situ tras la confirmación del contrato
- Instalación, puesta en marcha y operación de prueba integrada hasta lograr una conformidad estable
- Apoyo para la aceptación del proyecto y formación del personal operativo
- Mantenimiento preventivo a largo plazo, soporte técnico, optimización del sistema y servicios de actualización
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