1. Fonti di acque reflue, inquinanti tipici e caratteristiche delle acque
Le acque reflue generate dalla produzione di semiconduttori in carburo di silicio (SiC) e nitruro di gallio (GaN) provengono principalmente dai processi di crescita epitassiale, incisione (etching), impianto ionico, deposizione di film sottili, rettifica e pulizia delle wafer, nonché dal risciacquo delle camere bianche. Rispetto alle acque reflue dei semiconduttori convenzionali al silicio, le acque reflue dei semiconduttori di terza generazione presentano una composizione molto più complessa e sono significativamente più difficili da trattare.
I contaminanti tipici includono fluoro, concentrazioni elevate di acidi e basi, particelle ultrafini di carburo di silicio, composti di gallio, nitruro, ioni di metalli pesanti in tracce e piccole quantità di contaminanti organici, come residui di fotoresist e prodotti chimici per lo stripping, con conseguenti livelli variabili di DCO.
Le acque reflue sono caratterizzate da flussi alternati fortemente acidi e alcalini, elevate concentrazioni di fluoro, solidi sospesi ultrafini e proprietà altamente corrosive. Le particelle colloidali stabili si depositano molto lentamente, aumentando il rischio di intasamento delle tubazioni e di ostruzione delle membrane. Inoltre, la produzione di semiconduttori a banda proibita larga richiede acqua rigenerata di purezza ultraelevata, con standard qualitativi molto più severi rispetto a quelli applicati al trattamento convenzionale delle acque reflue industriali.
2. Principali difficoltà riscontrate dai clienti
I produttori di semiconduttori in SiC e GaN devono comunemente affrontare diverse sfide nel trattamento delle acque reflue.
Le particelle ultrafini di SiC e GaN sono difficili da rimuovere mediante sedimentazione convenzionale, causando accumulo di fanghi, ostruzioni negli impianti, frequente intasamento delle membrane e costosi arresti produttivi. Le acque reflue ad alto contenuto di fluoro generate durante i processi di incisione sono difficili da trattare in modo costante, rendendo problematico il rispetto degli standard ambientali di scarico sempre più stringenti.
Il processo produttivo genera inoltre flussi alternati di acque reflue acide e alcaline, altamente corrosive, che richiedono impianti specializzati resistenti alla corrosione, anziché sistemi industriali standard. Allo stesso tempo, i produttori di semiconduttori richiedono tassi di recupero di acqua ultrapura estremamente elevati, mentre le tecnologie convenzionali di trattamento spesso non raggiungono la qualità dell’acqua richiesta, portando a un eccessivo consumo di acqua dolce e a costi operativi più elevati.
Inoltre, gli impianti moderni per la produzione di semiconduttori dispongono tipicamente di spazi limitati per l’installazione e di linee produttive in rapida evoluzione, rendendo difficile l’ampliamento o l’aggiornamento degli impianti di trattamento convenzionali su larga scala. Di conseguenza, cresce la domanda di sistemi compatti, modulari e completamente personalizzati per il trattamento delle acque reflue, progettati specificamente per la produzione di semiconduttori ad alta precisione.
3. Processo di trattamento e configurazione degli equipaggiamenti principali
Per affrontare l’elevato contenuto di fluoro, le particelle ultrafini e le caratteristiche corrosive delle acque reflue provenienti dalla lavorazione di SiC e GaN, adottiamo un processo di trattamento dedicato composto da:
Raccolta separata → Regolazione precisa del pH e destabilizzazione dei colloidi → Coagulazione e rimozione del fluoro → Filtrazione fine → Purificazione avanzata mediante membrane → Riutilizzo dell’acqua ultrapura
Gli effluenti acidi, alcalini, contenenti fluoro e di processo vengono raccolti e omogeneizzati separatamente per ridurre al minimo le fluttuazioni idrauliche e della qualità dell’acqua. Un controllo preciso del pH destabilizza le particelle colloidali, mentre un sistema ottimizzato di coagulazione e sedimentazione rimuove in modo efficiente i solidi sospesi e la maggior parte del fluoro.
L'adsorbimento al carbone attivo e la filtrazione di precisione eliminano i composti organici in tracce e i contaminanti metallici residui. L'acqua trattata passa quindi attraverso un sistema di ultrafiltrazione (UF) seguito da un sistema di osmosi inversa (RO) anti-incrostante per una desalinizzazione approfondita, producendo acqua ad alta purezza idonea alla pulizia delle wafer e ad altri processi di produzione di semiconduttori.
L'attrezzatura principale comprende:
- Serbatoi di omogeneizzazione resistenti alla corrosione e sistemi di regolazione del pH
- Reattori ad alta efficienza per la rimozione del fluoro e la rottura dei colloidi
- Sistemi completamente automatici di addolcimento dell’acqua
- Sistemi di filtrazione a membrana anti-incrostante
- Sistemi intelligenti di dosaggio chimico
- Strumenti di monitoraggio online della qualità dell'acqua ad alta precisione
4. Vantaggi della soluzione
Questa soluzione è progettata specificamente per la produzione di semiconduttori SiC e GaN di terza generazione e affronta efficacemente tre sfide critiche del settore: rimozione di particelle ultrafini, controllo del fluoro e resistenza alla corrosione.
L'acqua trattata soddisfa costantemente sia i requisiti per il riutilizzo produttivo sia gli standard ambientali per lo scarico. È possibile progettare apparecchiature non standard su misura per adattarsi a layout di impianto compatti e ad ambienti operativi altamente corrosivi, con strutture rinforzate anticorrosione, canali di flusso anto-intasamento e design modulari compatti, appositamente concepiti per gli impianti semiconduttori.
Tutti i sistemi elettrici di controllo principali, le apparecchiature meccaniche e i componenti per il trattamento dell'acqua sono prodotti nel rispetto degli standard internazionali riconosciuti CE, UL e ISO, garantendo sicurezza superiore, affidabilità e conformità normativa per applicazioni avanzate nel settore dei semiconduttori.
Il sistema offre un’eccellente resistenza alle fluttuazioni della qualità dell’acqua, riducendo in modo significativo l’ostruzione delle membrane, la frequenza della manutenzione e i tempi di fermo operativi. I tassi di riutilizzo dell’acqua possono superare il 95 %, riducendo sostanzialmente il consumo di acqua dolce e i costi operativi complessivi.
Il suo design modulare e compatto consente un'espansione flessibile della capacità, mentre il controllo intelligente completamente automatico garantisce un funzionamento stabile per la produzione continua e ad alta precisione di semiconduttori.
5. Riferimenti di progetto e documentazione di supporto
Abbiamo consegnato con successo sistemi di trattamento delle acque reflue per impianti di produzione di wafer semiconduttori in SiC e GaN, inclusa una pianta di riferimento per la produzione di semiconduttori a banda larga con una capacità di trattamento di 900 m³/giorno.
Il sistema ha funzionato in modo affidabile, eliminando efficacemente l’accumulo di particelle, stabilizzando la rimozione di fluoruri e producendo costantemente acqua rigenerata conforme ai requisiti di riutilizzo per acqua ultrapura nel settore dei semiconduttori. Il progetto ha superato con successo sia i test di accettazione in fabbrica sia le ispezioni per la conformità ambientale.
La documentazione di supporto comprende:
- Brevetti di processo proprietari
- Certificazioni CE, UL e ISO
- Relazioni di test della qualità dell’acqua effettuati da terzi
- Documentazione relativa all’accettazione del progetto
- Progetti di riferimento provenienti da principali produttori di semiconduttori
6. Ambito di servizio e processo di collaborazione
Forniamo soluzioni complete chiavi in mano EPC per il trattamento delle acque reflue destinate ai produttori di semiconduttori di terza generazione, che comprendono indagini sul sito, analisi della qualità dell’acqua, ingegneria di processo personalizzata, produzione di apparecchiature non standard, installazione, messa in servizio, servizi di esercizio e manutenzione, aggiornamenti del sistema e fornitura continua di consumabili per tutta la vita utile.
Processo standard di collaborazione
- Sopralluogo sul sito e campionamento delle acque reflue con analisi completa della qualità dell’acqua
- Progettazione personalizzata del processo e degli impianti in base alle condizioni produttive
- Produzione degli impianti e costruzione in loco dopo la conferma del contratto
- Installazione, messa in servizio e funzionamento provvisorio integrato fino al raggiungimento di una conformità stabile
- Supporto per l’accettazione del progetto e formazione degli operatori
- Manutenzione preventiva a lungo termine, supporto tecnico, ottimizzazione del sistema e servizi di aggiornamento
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