1. Źródła ścieków, typowe zanieczyszczenia oraz cechy wody
Ścieki powstające w trakcie produkcji półprzewodników z karbidu krzemu (SiC) i azotku galu (GaN) pochodzą głównie z procesów wzrostu epitaksjalnego, trawienia, implantacji jonowej, osadzania cienkich warstw, szlifowania i czyszczenia krzemowych płytek oraz płukania pomieszczeń czystych. W porównaniu ze ściekami z konwencjonalnej produkcji półprzewodników krzemowych ścieki z produkcji półprzewodników trzeciej generacji mają znacznie bardziej złożony skład i są istotnie trudniejsze w oczyszczaniu.
Typowymi zanieczyszczeniami są fluor, wysokie stężenia kwasów i zasad, nadmiernie drobne cząstki karbidu krzemu, związki galu, azotki, śladowe ilości jonów metali ciężkich oraz niewielkie ilości zanieczyszczeń organicznych, takich jak pozostałości fotorezystu i chemiczne środki do jego usuwania, co powoduje niestabilne poziomy wskaźnika COD.
Ścieki charakteryzują się naprzemiennymi strumieniami silnie kwasowymi i zasadowymi, wysokimi stężeniami fluoru, nadmiernie drobnymi zawiesinami oraz wysoce korozyjnymi właściwościami. Stabilne cząstki koloidalne osadzają się bardzo powoli, co zwiększa ryzyko zakłóceń w przepływie przez rurociągi oraz zablokowania membran. Dodatkowo produkcja półprzewodników o szerokiej przerwie energetycznej wymaga odbioru wody o ultra-wysokiej czystości, przy czym normy jakości wody są znacznie surowsze niż w przypadku konwencjonalnego oczyszczania przemysłowych ścieków.
2. Typowe wyzwania klientów
Producenci półprzewodników SiC i GaN często napotykają kilka wyzwań związanych z oczyszczaniem ścieków.
Ultra-drobne cząstki SiC i GaN trudno usunąć metodą tradycyjnej sedymentacji, co prowadzi do gromadzenia się osadu, zatorów w urządzeniach, częstego zanieczyszczenia membran oraz kosztownych przestojów produkcyjnych. Woda ściekowa o wysokiej zawartości fluoru, powstająca w procesach trawienia, jest trudna do skutecznego oczyszczania w sposób spójny, co utrudnia spełnienie coraz surowszych norm środowiskowych dotyczących odprowadzania ścieków.
Proces produkcyjny generuje również naprzemienne strumienie ścieków kwasowych i zasadowych o wysokiej korozyjności, wymagające specjalistycznych urządzeń odpornych na korozję zamiast standardowych systemów przemysłowych. Jednocześnie producenci półprzewodników wymagają bardzo wysokich wskaźników odzysku ultraczystej wody, podczas gdy tradycyjne technologie oczyszczania często nie zapewniają wymaganej jakości wody, co prowadzi do nadmiernego zużycia wody słodkiej oraz wyższych kosztów eksploatacji.
Ponadto nowoczesne fabryki półprzewodników zwykle dysponują ograniczoną powierzchnią do instalacji oraz szybko zmieniającymi się liniami produkcyjnymi, co utrudnia rozbudowę lub modernizację tradycyjnych, dużych urządzeń do oczyszczania ścieków. W konsekwencji rośnie zapotrzebowanie na kompaktowe, modułowe i w pełni spersonalizowane systemy oczyszczania ścieków, zaprojektowane specjalnie do precyzyjnej produkcji półprzewodników.
3. Proces oczyszczania i konfiguracja kluczowego wyposażenia
Aby rozwiązać problem wysokiego stężenia fluoru, ultra drobnych cząstek oraz korozji charakterystycznej dla ścieków pochodzących z produkcji SiC i GaN, stosujemy dedykowany proces oczyszczania składający się z następujących etapów:
Oddzielne zbieranie → Precyzyjna korekcja pH oraz destabilizacja koloidów → Koagulacja i usuwanie fluoru → Filtracja drobnoziarnista → Zaawansowana oczyszczanie membranowe → Powtórne wykorzystanie ultraczystej wody
Kwasy, zasady, wody oczyszczane zawierające fluor oraz odpadowe strumienie wodne z procesów są zbierane i wyważane osobno, aby zminimalizować wahania przepływu i jakości wody.
Adsorpcja węgla aktywnego i filtracja precyzyjna usuwają śladowe związki organiczne oraz pozostałości zanieczyszczeń metalowych. Oczyszczona woda przechodzi następnie przez system ultrafiltracji (UF), a następnie przez odporny na zanieczyszczenia system odwróconej osmozy (RO), zapewniając głębokie odsolenie i uzyskanie wody o wysokiej czystości, odpowiedniej do czyszczenia płytek krzemowych oraz innych procesów produkcyjnych w przemyśle półprzewodnikowym.
Główne wyposażenie obejmuje:
- Zbiorniki wyważające i systemy regulacji pH odpornołe na korozję
- Reaktory do wydajnego usuwania fluoru oraz rozkładu kolioidów
- W pełni automatyczne systemy miękczania wody
- Systemy filtracji membranowej zapobiegające zanieczyszczeniom
- Inteligentne systemy dozowania chemikaliów
- Wysokoprecyzyjne onlineowe przyrządy do monitorowania jakości wody
4. Zalety rozwiązania
To rozwiązanie zostało specjalnie zaprojektowane dla produkcji półprzewodników trzeciej generacji z węglika krzemu (SiC) i azotku galu (GaN) i skutecznie rozwiązuje trzy kluczowe wyzwania branżowe: usuwanie nadmiernie drobnych cząstek, kontrolę fluoru oraz odporność na korozję.
Oczyszczona woda stale spełnia zarówno wymagania dotyczące jej ponownego wykorzystania w procesach produkcyjnych, jak i normy środowiskowe dotyczące odprowadzania ścieków. Możliwe jest zaprojektowanie niestandardowego sprzętu niezgodnego ze standardami, dostosowanego do ograniczonych przestrzeni zakładów oraz wysoce korozyjnych warunków eksploatacji; wyposażony jest on w wzmocnione konstrukcje antykorozyjne, kanały przepływowe odporno na zatory oraz modułowe, kompaktowe rozwiązania dopasowane do potrzeb obiektów półprzewodnikowych.
Wszystkie kluczowe systemy sterowania elektrycznego, urządzenia mechaniczne oraz komponenty do oczyszczania wody są produkowane zgodnie z uznawanymi na całym świecie normami CE, UL oraz ISO, co gwarantuje wyjątkowe bezpieczeństwo, niezawodność oraz zgodność z przepisami regulacyjnymi w zastosowaniach półprzewodnikowych najwyższej klasy.
System zapewnia doskonałą odporność na wahania jakości wody, znacznie ograniczając zanieczyszczenie membran, częstotliwość konserwacji oraz czas przestoju w trakcie eksploatacji. Współczynnik ponownego wykorzystania wody może przekraczać 95 %, co znacznie zmniejsza zużycie wody słodkiej oraz ogólne koszty eksploatacji.
Modułowa, oszczędzająca przestrzeń konstrukcja umożliwia elastyczne zwiększanie mocy przetwarzania, podczas gdy w pełni zautomatyzowany, inteligentny system sterowania gwarantuje stabilną pracę w trakcie ciągłej, wysokoprecyzyjnej produkcji półprzewodników.
5. Przykładowe projekty oraz dokumentacja wspierająca
Pomyślnie dostarczyliśmy systemów oczyszczania ścieków dla zakładów produkcyjnych krzemowych węglika (SiC) i azotku galu (GaN), w tym dla odniesienia zakładu produkcyjnego półprzewodników o szerokiej przerwie energetycznej o zdolności przetwarzania 900 m³/dzień.
System działał niezawodnie, skutecznie eliminując gromadzenie się cząstek, stabilizując usuwanie fluoru oraz zapewniając stałą produkcję oczyszczonej wody spełniającej wymagania ponownego wykorzystania w procesach produkcyjnych półprzewodników (ultrapure water). Projekt pomyślnie przeszedł zarówno testy akceptacji fabrycznej, jak i inspekcje zgodności środowiskowej.
Dokumentacja wspierająca obejmuje:
- Własne patenty na procesy
- Certyfikaty CE, UL oraz ISO
- Raporty z niezależnych badań jakości wody
- Dokumentacja akceptacji projektu
- Referencyjne projekty od wiodących producentów półprzewodników
6. Zakres usług i proces współpracy
Zapewniamy kompleksowe kompleksowe rozwiązania EPC klucza w ręce dla producentów półprzewodników trzeciej generacji, obejmujące badania terenowe, analizę jakości wody, inżynierię procesową dostosowaną do indywidualnych potrzeb, produkcję urządzeń niestandardowych, montaż, uruchomienie, usługi eksploatacji i konserwacji, modernizacje systemów oraz dostawę materiałów eksploatacyjnych przez cały okres użytkowania.
Standardowy proces współpracy
- Badania terenowe i pobieranie próbek ścieków wraz z kompleksową analizą jakości wody
- Dostosowanie procesu i projektowanie sprzętu na podstawie warunków produkcyjnych
- Produkcja sprzętu i budowa na miejscu po potwierdzeniu umowy
- Instalacja, uruchomienie oraz kompleksowe próbné działanie aż do osiągnięcia stabilnej zgodności z wymogami
- Wsparcie przy akceptacji projektu oraz szkolenie operatorów
- Długoterminowa konserwacja zapobiegawcza, wsparcie techniczne, optymalizacja systemu oraz usługi uaktualniania
EN
