适用于 POU 的 UF 和低压 RO

作者：Gil K. Dhawan | 1997年

介绍

超滤和低压反渗透正日益成为生产超纯、无颗粒和无有机物的最终处理步骤。膜系统对于电子、制药和饮用水应用领域的终端用水尤其具有吸引力。
过去三年来，水处理技术取得了诸多进展，包括更先进的膜技术、更先进的分析设备，以及对杂质对水利用影响的更深入理解。本文回顾了其中一些进展，并列举了超滤和低压反渗透（RO）的一些应用案例。

电子工业用水点

在电子行业，水标准会定期修订，以反映不断变化的需求、原水质量的变化以及更复杂的分析技术的可用性。
生产超纯水的起点是进水，通常来自城市供水。此类水的标准由联邦环境保护署制定。表1列出了一些常见的污染物及其在饮用水中允许的最高浓度。
关于晶圆最终冲洗所需水质的讨论已有很多。已提出并规划了若干针对用水点的水质规范（表2 ）。
过去五年来，生产电子行业所需水质的技术不断进步。超纯水的主要问题在于微生物的生长和胶体物质的存在。胶体污染可能由原水中的杂质（例如腐殖酸或胶体二氧化硅）、系统中的细菌生长以及细菌副产物（例如热原）引起。其他污染源包括水净化系统中使用的管道、阀门、仪表、泵和控制器中的物质浸出。
为了获得并保持最高品质的水，管道和其他组件必须使用不会在超纯水中析出的材料。含氟聚合物正在取代聚氯乙烯 (PVC) 成为超纯水系统的结构材料。
目前，电子行业用水点的最终处理步骤是通过0.2微米的微孔过滤器进行过滤，以去除此时可能仍存在于水中的微生物和胶体物质。大量经验表明，0.2微米的过滤不足以保持水的高质量。

最近的一项研究（参考文献2）表明，超滤技术在用水点提供的水质远优于传统的0.2微米过滤器。微孔膜系统可去除0.2至10微米的颗粒，入口压力为5至100 psi。而超滤技术可去除0.001至0.05微米的颗粒。

Millipore 提供的 5 加仑/分钟系统就是专为微电子行业使用点设计的系统之一。该系统采用 0.006 微米级螺旋卷式超滤膜，并配有 0.2 微米级滤膜。图 1显示了 Millipore 系统，其整个管道均由含氟聚合物材料制成。该系统在入口处设有消毒注入柱。该系统的排放阀出厂时设置为 0.1 加仑/分钟，因此回收率非常高（98%）。定期打开阀门，使水流完全通过并冲洗膜。
这些系统已使用胶体保留进行了测试（参考文献2）。这些测试在实验室和现场均有进行。此外，还对晶片进行了测试，以确定终端使用系统的性能。

首次比较了终端微滤器和超滤器，采用改进的粉尘密度指数法。去离子水从待测终端滤器流入SDI滤器。SDI滤器的堵塞率是终端滤器胶体去除效率的指标。堵塞率越高，去除胶体的效率就越低，反之亦然。

图2总结了本次测试的结果。图表显示，0.1微米和0.2微米的过滤器允许通过的颗粒和胶体数量大致相同。分子量为100,000（0.006微米）的超滤器表现出了更好的性能。

现场测试结果如图3所示。图中显示了0.2微米过滤器过滤后的去离子水的堵塞情况，以及超滤处理后的水的堵塞情况。显然，超滤处理的水质更高。

最后，还通过测量晶片污染情况对使用点超滤进行了评估。表3列出了在四个不同位置进行的测试结果。该表显示，与0.2微米过滤器相比，使用超滤时晶片上的颗粒显著减少。位置1和位置4还显示了未升级超滤下游管道的影响。

不同的研究正在开展更多的工作来了解和改善用水点的水质，但很明显，用水点超滤提供的冲洗水质量比以前使用 0.2 微米过滤器提供的冲洗水质量要好得多（表 4 ）。

结论

超滤和低压反渗透在终端水处理中的应用前景广阔。高通量膜和“软化器”型反渗透膜的开发必将加速这些膜在使用点的应用，以满足众多行业对水质的极高要求。我们预计这些工艺在超纯水生产中的应用将日益广泛。

参考

1. Motomura, H., 微污染, 1984 年 3 月
2. Accomazzo, M. 和 Gaudet, PW，《去离子水的使用点超滤及其对微电子设备质量的影响》，Millipore 公司。
3. 加州卫生服务部卫生工程分部
4.美国药典，XX版，Mack Publishing Company，1980年。
5.《制药技术》，1983 年 10 月，PMA 去离子水委员会报告第 IIb 部分。

图 1 专为微电子行业使用点设计的超滤系统	图 2 使用改进的粉尘密度指数对使用点微滤器和超滤器进行比较	图3 UF 和 0.2 微米过滤器的比较
UF 系统采用螺旋卷式超滤膜，其等级为 0.006 微米，最终膜为 0.2 微米。	恒定流速（2.0 GPM）下测试过滤器下游 0.2 微米膜（293 毫米圆盘）的堵塞	超滤前后去离子水循环中 0.2 微米圆盘过滤器的堵塞情况

表 1 – 主要饮用水标准（参考文献 3）

表 2 - 半导体行业超纯水规格

a.用电阻率计测量。

b. 采用直接显微镜计数法测量。将聚碳酸酯滤膜上残留的颗粒染色，然后用光学显微镜计数；如果颗粒小于 0.1 微米，则用扫描电子显微镜计数。

c. 采用紫外氧化-电阻率检测法（Barnstead's Photochem）测量。湿式氧化-红外检测法用于测定高于0.2 ppm的总有机碳含量。

d. 采用培养法测量（ASTM F60-68）。

e. 采用比色钼酸盐反应二氧化硅法（ASTM 0689-80）测量。

f. 通过温克勒滴定法测量。

表 3 - 使用晶片污染进行使用点超滤评估

晶圆上的颗粒计数

*超滤后的管道未升级

表 4 - 使用点超滤性能