КР_Кириленко

Содержание

1.Виды загрязнений в воде и методы их удаления……………………………..3

2.Устройства для герметизации сваркой плавлением………………………...10

3.Спектроскопический метод контроля окончания процесса травления……18

4.Список использованной литературы………………………………………...20

2

Виды загрязнений в воде и методы их удаления

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:

1.Механическое – повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;

2.Химическое – наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия, не свойственных для данной экосистемы;

3.Бактериальное и биологическое – наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

4.Радиоактивное – присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

5.Тепловое – выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС. Установлено, что более 400 видов веществ, могут вызывать загрязнение

вод. В случае превышения допустимой нормы хотя бы по одному из трех показателей вредности: санитарно-токсикологическому, общесанитарному или органолептическому, вода считается загрязненной.

Различают химические, биологические и физические загрязнители. Среди химических загрязнителей, к наиболее распространенным относят нефть и нефтепродукты, СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества), пестициды, тяжелые металлы, диоксины и др. Очень опасно загрязняют воду биологические загрязнители, например вирусы и другие болезнетворные микроорганизмы, и физические — радиоактивные вещества, тепло и др.

Химическое загрязнение — наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным. При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пласте вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок, и т. д., однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод не происходит. Очаг химического загрязнения подземных вод в сильно проницаемых грунтах может распространяться до 10 км и более.

Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших, грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный характер.

Весьма опасно содержание в воде, даже при очень малых концентрациях, радиоактивных веществ, вызывающих радиоактивное загрязнение. Наиболее вредны “долгоживущие” радиоактивные элементы, обладающие повышенной способностью к передвижению в воде (стронций-90, уран, радий-226, цезий и др.). Радиоактивные элементы попадают в поверхностные водоемы при

3

сбрасывании в них радиоактивных отходов, захоронении отходов на дне и др. В подземные воды уран, стронций и другие элементы попадают как в результате выпадения их на поверхность земли в виде радиоактивных продуктов и отходов и последующего просачивания в глубь земли вместе с атмосферными водами, так и в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами. Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки.

Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1л и более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные резервуары.

Механическое загрязнение — характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песок, шлам, ил и др.). Механические примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели вод.

Загрязнение твердыми отходами — мусором, остатками лесосплава,

промышленными и бытовыми отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем.

Тепловое загрязнение — связано с повышением температуры вод в результате их смешивания с более нагретыми поверхностными или технологическими водами.

Получение ультрачистой воды (деионизованной воды)

Основными стандартами, которые регламентируют качество воды, применяемой в микроэлектронике, являются стандарты Института полупроводниковой техники и материалов (Semiconductor Equipment and Materials Institute – SEMI) и Американского общества по испытанию материалов (American Society of Testing Materials – ASTM). В СНГ требования к такой воде представлены в ГОСТ 11.029.003-80.

Поскольку ГОСТ 11.029.003-80 был выпущен в 1980 году и требования к деионизованной воде, указанные в нем устарели, в деятельности по проектированию и изготовлению установок получения ультрачистой воды для микроэлектроники в основном руководствуются стандартами SEMI и ASTM.

В стандарте ASTM D 5127-90 для деионизованной воды, применяемой в электронике, предусмотрено четыре типа воды, в зависимости от размера полупроводниковых микроэлементов, в производстве которых она используется:

тип Е-1 – ультрачистая вода для элементов размером менее 1 мкм, тип Е-2 – для элементов размером от 1 до 5 мкм, тип Е-3 – для элементов размером более 5 мкм,

тип Е-4 – для производства электронных плат общего назначения, где возможно промежуточное хранение подготовленной воды в атмосферных емкостях.

4

Системы очистки воды для микроэлектроники проектируются, комплектуются и изготавливаются с учетом требований указанных стандартов и состава исходной воды. При проектировании систем получения воды для микроэлектроники следует учитывать ряд ключевых факторов, в том числе:

-необходимость гарантированного обеспечения постоянной температуры деионизованной воды в производстве с точностью поддержания ± 1оС;

-для получения ультрачистой воды заданного качества система предварительной подготовки исходной воды должна быть направлена на максимальное снижение содержащихся в исходной воде примесей для обеспечения требований, предъявляемых установками обессоливания воды и ее финишной очистки к входящей в них воде;

-необходимость использования систем хранения и распределения ультрачистой воды, не влияющих на ее качество, и обеспечивающих защиту от микробиологического загрязнения и попадания посторонних примесей; необходимость применения технологий и методов, поддерживающих качество воды в течение производства, хранения и распределения;

-необходимость постоянного контроля и мониторинга на всех стадиях процесса производства, а также при хранении и распределении ультрачистой воды, кроме того на рабочих местах (местах потребления) по показателям: удельной электропроводности (омическому сопротивлению), общему органическому углероду, температуре и других факторов.

Высокое качество воды обеспечивается за счет каскадного (модульного) принципа построения системы очистки воды и использования самых передовых методов обработки воды. Современные системы получения ультрачистой воды для микроэлектроники предусматривают многостадийный процесс, обеспечивающий максимальное качество получаемой воды:

Грубая фильтрация механических частиц

Осуществляются с помощью автоматических самопромывных сетчатых фильтров, использующих в качестве фильтрующего материала сетку из нержавеющей стали с размерами пор 90-100 мкм.

Регулирование температуры

Применяются пластинчатые теплообменники с системой автоматического поддержания температуры кондиционной воды, включающей: блок управления, регулирования и контроля, датчики температуры, клапан седельный регулирующий с редукторным электродвигателем. Система обеспечивает постоянство температуры воды, условия для надлежащей работы установленного оборудования и стабильную производительность всей системы водоподготовки, и стабильное высокое качество получаемой воды.

Предварительная очистка исходной воды

Технологическая схема предварительной очистки исходной воды в зависимости от источника водоснабжения и ее состава может включать в себя следующие стадии:

5

-стадию напорной аэрации (или безнапорной аэрации) воды;

-стадию пропорционального дозирования окислителя (биоцида) и коагулянта (флокулянта) с помощью насосов-дозаторов для разрушения ассоциатов и комплексов, а также для удаления как растворенного в воде диоксида кремния, так и коллоидных соединений кремния, железа и др.;

-стадию очистки на однослойных или многослойных насыпных фильтрах

(фильтрах механической очистки, фильтрах обезжелезивания); при высоком содержании кремния в исходной воде следует отказываться от фильтрации с использованием кремнийсодержащих фильтрующих сред (от использования кварцевого песка);

-стадию адсорбционной очистки на насыпных адсорбционных фильтрах с активным углем, обладающим развитой структурой мезапор, для удаления свободного хлора, присутствующего в воде, органических соединений, влияющих на значение общего органического углерода;

-стадию тонкой очистки на мультипатронных фильтрах с использованием картриджей (фильтрующих элементов) глубинного типа;

-стадию ультрафиолетовой стерилизации (УФ-стерилизации) с длиной волны 254 нм для предотвращения микробиологического загрязнения стадии обессоливания воды;

-стадию ультрафильтрации.

При необходимости в систему предварительной очистки воды включаются:

-стадия умягчения воды (Na - катионирования), необходимая для удаления из воды солей жесткости и обеспечивающей защиту систем обратного осмоса за счет минимизации содержания катионов кальция и магния в воде; процесс умягчения осуществляется на фильтрах умягчения (фильтрах Na - катионирования);

-стадия корректировки значения рН с помощью комплекса пропорционального дозирования растворов кислоты или щелочи.

Состав системы предварительной очистки воды, количество стадий подготовки воды, аппаратурное оформление технологического процесса зависит от источника водоснабжения, состава исходной воды, требуемой степени очистки конечного продукта и определяется по результатам математического моделирования отдельных стадий процесса.

Обессоливание подготовленной воды

Технологическая схема обессоливания воды, как правило, состоит из двух ступеней и может включать в себя:

-стадию обессоливания воды с использованием Н - катионирования, ОН - анионирования и промежуточной декарбонизацией воды;

-стадию обессоливания воды с использованием обратного осмоса, который обеспечивает высокую степень очистки воды, снижает содержание анионов и катионов до 1% от их содержания в исходной воде, задерживает

6

эндотоксины и др. примеси; после установок обратного осмоса требуется последующая декарбонизация пермеата;

-стадию промежуточного накопления и хранения пермеата (фильтрата) после первой ступени обессоливания; хранят пермеат в закрытых емкостях, изготовленных из материалов, неизменяющих свойств очищенной воды и защищающих ее от инородных частиц и микробиологических загрязнений, имеющих шероховатость внутренней поверхности (не более 0,8 Ra) и защищенных дыхательным фильтром от бактерий, пыли, которые могут проникнуть в воду из атмосферного воздуха. Емкость хранения должна быть оптимально подобрана, чтобы обеспечить оборот воды по системе очистки от 1 до 5 раз в час. Вода из емкости при необходимости должна полностью сливаться. Поэтому, во избежание застойных зон, емкость должна устанавливаться вертикально, и высота емкости должна составлять 2 диаметра;

-стадию обессоливания на фильтрах смешанного действия (ФСД);

-стадию обессоливания на установках электродеионизации воды;

Хранение и распределение воды

Хранение ультрачистой воды осуществляется в емкости, защищенной дыхательным фильтром от бактерий, пыли, которые могут проникнуть в воду из атмосферного воздуха, оборудованной подачей азота и УФ-стерилизатором внутренней поверхности емкости, препятствующего попаданию атмосферного воздуха и последующим нежелательным реакциям (растворение газов и др.). Конструкция емкости должна предусматривать полный слив воды для проведения регламентных процедур по санитарной обработке, отсутствие застойных зон, душирование стенок емкости. В соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84 «в системах водооснабжения промышленных предприятий должны быть установлены баки-сборники. Емкость сборных баков должна приниматься не менее 10-минутного максимального расхода, но не более 30-минутного максимальной производительности насоса. Число баков при круглогодичной работе надлежит принимать не менее двух, емкостью по 50 % каждый».

Особое внимание в системе распределения ультрачистой воды следует уделять насосной группе, осуществляющей транспортировку деионизованной воды из емкостей в систему распределения.

Основной задачей при проектировании системы хранения и распределения воды очищенной является обеспечение постоянного движения воды в трубопроводе, отсутствии застойных зон, которые способствуют росту микроорганизмов и образованию биопленок на поверхностях. Современные системы хранения и распределения подразумевают под собой рециркуляционную систему с однонаправленным движением потока и возможностью полного удаления воды из трубопровода.

7

Критическими параметрами при хранении и распределении воды очищенной являются:

-температура;

-движение воды и ее скорость;

-давление;

-материалы трубопроводов и емкости для хранения.

Поскольку в системе рециркуляции температура деионизованной воды колеблется в пределах 22 ± 1оС, то согласно Правилам GMP она должна быть оборудована установками УФ-стерилизации для снижения уровня микроорганизмов в воде. Движение воды в трубопроводе должно быть турбулентным со скоростью от 1,5 до 3 м/с. При этом ни одна часть трубопровода не должна находиться в горизонтальном положении, а точки отбора воды должны быть оборудованы мембранными вентилями санитарного исполнения и спроектированы с учетом правила шестикратного диаметра. При этом в точке отбора воды необходимо учитывать потери давления при трении воды о стенки трубопровода, потери в местах соединений, поворотов, подъемов распределительной петли и др. Необходимо учитывать среднесуточное, среднечасовое и пиковое потребление воды. При увеличении пиковых расходов воды рекомендуется организовывать семафорную систему разбора.

При правильном проектировании системы распределения критическим является правильный выбор оборудования для достижения необходимого давления воды. Давление деионизованной воды в системе рециркуляции должно быть в пределах 0,2 - 0,3 МПа, и автоматически поддерживаться за счет установки на линии возврата воды в емкость редукционного клапана, выполняющего роль регулятора давления в «петле» рециркуляции (при увеличении разбора воды из системы, т.е. при снижении давления, клапан автоматически закрывается, при понижении разбора воды происходит обратный процесс). Система распределения («петля» рециркуляции) должна быть выполнена из труб с внутренней полировкой максимального качества (менее Ra 0,4). При монтаже оборудования используется бесшовная сварка, обеспечивающая отсутствие шероховатостей в местах соединений. Материалом трубопровода и запорно-регулирующей арматуры является поливинилиденфторид (PVDF) или натуральный полипропилен (РР-n), которые обеспечивают необходимую чистоту воды. В большинстве случаев трубопроводы изготовляются в чистых производствах и герметично упаковываются на месте, обеспечивая высокую чистоту продукта.

В«петле» рециркуляции устанавливаются:

-УФ-установка, основной целью применения которой является либо обеспечение микробиологического контроля получаемого фильтрата (при использовании длины волны 254 нм), либо снижение содержания органических веществ (при использовании длины волны 185 нм);

8

-фильтр смешанного действия (ФСД) на основе смеси ионообменных смол ядерного класса. Данный этап обеспечивает получение ультрачистой воды с удельным сопротивлением более 18 МОм*см и содержанием общего органического углерода менее 50 мкг/л;

-«полирующий» фильтр на основе ионообменной смолы-органопоглотителя предназначен для гарантийного обеспечения требований, предъявляемых к воде по содержанию общего органического углерода, т.е. вплоть до 20 мкг/л; каскад мембранных фильтров с рейтингом фильтрации от 1 мкм до 0,22 мкм.

Система финишной очистки деионизованной воды

Всоответствии с ГОСТ 25661-83 «Установки для финишной очистки воды. Общие технические требования» при производстве изделий микроэлектроники 4 степени интеграции непосредственно на месте использования деионизованной воды должны быть смонтированы установки финишной очистки воды, предназначенные для деионизации воды с последующей стерилизацией и очисткой от микрочастиц и микроорганизмов.

9

Устройства для герметизации сваркой плавлением

С развитием производства интегральных микросхем и новых типов полупроводниковых приборов все чаще применяют способы герметизации сваркой плавлением кромок соединяемых деталей. Это объясняется особенностями конструкции ряда широко распространенных корпусов микросхем - боковым расположением выводов и наличием стеклоизолятора или керамического изолятора непосредственно под зоной герметизации или вблизи ее, что делает герметизацию сваркой давлением практически невозможной, а при герметизации пайкой требуется нагрев всей микросхемы (температура плавления припоя для герметизации обычно лишь на несколько градусов ниже, чем у припоев, применяемых для напайки компонентов и подложек).

Наиболее распространены следующие способы герметизации сваркой плавлением: аргонно-дуговая, микроплазменная, электронно-лучевая и лазерная.

1. Аргонно-дуговая

Рисунок 1. Типовая конструкция корпуса, герметизируемого аргоннодуговой сваркой: 1 - крышка, 2 - основание корпуса, 3 - сварочный шов.

Эта сварка является одним из видов электродуговой сварки, при которой нагрев свариваемых кромок осуществляется теплотой электрической дуги. В зону дуги подается защитная струя аргона, которая, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования. Герметизация происходит при расплавлении кромок свариваемых деталей корпуса с образованием сварочной ванны и последующего процесса кристаллизации металла шва. В полупроводниковой промышленности для герметизации корпусов применяется аргонно-дуговая сварка неплавящимся электродом (эти электроды служат только для возбуждения и поддержания горения дуги). Ее используют для герметизации металло-стеклянных корпусов со штырьковыми выводами, периметр сварки которых превышает 50 мм, а суммарная толщина кромок отбортовки составляет 0,2 - 0,6 мм.

10