مصادر التلوث وسبل الوقاية منها في صناعة تصنيع أشباه الموصلات

يشمل إنتاج أجهزة أشباه الموصلات بشكل رئيسي الأجهزة المنفصلة والدوائر المتكاملة وعمليات تغليفها.
يمكن تقسيم إنتاج أشباه الموصلات إلى ثلاث مراحل: إنتاج مادة جسم المنتج، وإنتاج المنتج نفسه.رقاقةالتصنيع وتجميع الأجهزة. ومن بينها، تُعد مرحلة تصنيع رقائق المنتج هي الأكثر خطورة من حيث التلوث.
تنقسم الملوثات بشكل رئيسي إلى مياه الصرف الصحي، والغازات العادمة، والنفايات الصلبة.

عملية تصنيع الرقائق الإلكترونية:

رقاقة السيليكونبعد الطحن الخارجي - التنظيف - الأكسدة - مقاومة موحدة - الطباعة الضوئية - التحميض - الحفر - الانتشار، زرع الأيونات - الترسيب الكيميائي للبخار - التلميع الكيميائي الميكانيكي - التمعدن، إلخ.

 

مياه الصرف الصحي

يتم توليد كمية كبيرة من مياه الصرف الصحي في كل خطوة من خطوات عملية تصنيع أشباه الموصلات واختبار التعبئة والتغليف، وهي في الأساس مياه صرف صحي حمضية قاعدية، ومياه صرف صحي تحتوي على الأمونيا، ومياه صرف صحي عضوية.

 

1. مياه الصرف الصحي المحتوية على الفلور:

يُعد حمض الهيدروفلوريك المذيب الرئيسي المستخدم في عمليات الأكسدة والحفر نظرًا لخصائصه المؤكسدة والمسببة للتآكل. وتأتي مياه الصرف المحتوية على الفلور بشكل أساسي من عملية الانتشار وعملية التلميع الكيميائي الميكانيكي في تصنيع الرقائق. كما يُستخدم حمض الهيدروكلوريك عدة مرات في عملية تنظيف رقائق السيليكون والأدوات ذات الصلة. تُجرى جميع هذه العمليات في خزانات حفر أو معدات تنظيف مخصصة، مما يسمح بتصريف مياه الصرف المحتوية على الفلور بشكل مستقل. وبحسب التركيز، يمكن تقسيمها إلى مياه صرف عالية التركيز بالفلور ومياه صرف منخفضة التركيز بالأمونيا. عمومًا، يصل تركيز مياه الصرف عالية التركيز بالأمونيا إلى 100-1200 ملغم/لتر. وتعيد معظم الشركات تدوير هذا الجزء من مياه الصرف لاستخدامه في عمليات لا تتطلب جودة مياه عالية.

2. مياه الصرف الحمضية والقاعدية:

تتطلب جميع عمليات تصنيع الدوائر المتكاملة تقريبًا تنظيف الشريحة. حاليًا، يُعد حمض الكبريتيك وبيروكسيد الهيدروجين أكثر سوائل التنظيف شيوعًا في هذه العملية. كما تُستخدم أيضًا مواد كيميائية حمضية قاعدية مثل حمض النيتريك وحمض الهيدروكلوريك ومحلول الأمونيا.
تنتج مياه الصرف الحمضية القاعدية الناتجة عن عملية التصنيع بشكل رئيسي من عملية التنظيف في تصنيع الرقائق الإلكترونية. ففي عملية التغليف، تُعالج الرقاقة بمحلول حمضي قاعدي أثناء الطلاء الكهربائي والتحليل الكيميائي. وبعد المعالجة، تُغسل بالماء النقي، مما ينتج عنه مياه صرف حمضية قاعدية. إضافةً إلى ذلك، تُستخدم كواشف حمضية قاعدية، مثل هيدروكسيد الصوديوم وحمض الهيدروكلوريك، في محطة الماء النقي لتجديد راتنجات الأنيون والكاتيون، مما ينتج عنه مياه صرف حمضية قاعدية للتجديد. كما تُنتج مياه الصرف الناتجة عن عملية غسل غازات النفايات الحمضية القاعدية. وتُعدّ كمية مياه الصرف الحمضية القاعدية كبيرة بشكل خاص في شركات تصنيع الدوائر المتكاملة.

3. مياه الصرف العضوية:

نظراً لاختلاف عمليات الإنتاج، تتباين كمية المذيبات العضوية المستخدمة في صناعة أشباه الموصلات بشكل كبير. ومع ذلك، لا تزال المذيبات العضوية تُستخدم على نطاق واسع كعوامل تنظيف في مختلف مراحل تصنيع التغليف. وتُصرّف بعض هذه المذيبات في مياه الصرف العضوية.

4. مياه الصرف الصحي الأخرى:

ستستخدم عملية الحفر في عملية إنتاج أشباه الموصلات كمية كبيرة من الأمونيا والفلور والماء عالي النقاء لإزالة التلوث، مما يؤدي إلى توليد تصريف مياه الصرف الصحي عالية التركيز التي تحتوي على الأمونيا.
تُعدّ عملية الطلاء الكهربائي ضرورية في عملية تغليف أشباه الموصلات. يتطلب الطلاء الكهربائي تنظيف الرقاقة، مما ينتج عنه مياه صرف صحي خاصة بعملية التنظيف. ونظرًا لاستخدام بعض المعادن في الطلاء الكهربائي، فإن مياه الصرف الصحي الناتجة ستحتوي على أيونات معدنية، مثل الرصاص والقصدير والزنك والألومنيوم، وغيرها.

 

غازات النفايات

نظراً لمتطلبات النظافة العالية للغاية في غرفة العمليات أثناء تصنيع أشباه الموصلات، تُستخدم المراوح عادةً لسحب أنواع مختلفة من الغازات المتطايرة. ولذلك، تتميز انبعاثات الغازات في صناعة أشباه الموصلات بحجم كبير وتركيز منخفض، كما أنها غازات متطايرة في الغالب.
يمكن تقسيم انبعاثات غازات النفايات هذه بشكل رئيسي إلى أربع فئات: الغاز الحمضي، والغاز القلوي، وغاز النفايات العضوية، والغاز السام.

1. غاز النفايات الحمضي القاعدي:

ينتج غاز النفايات الحمضي القاعدي بشكل رئيسي عن الانتشار،أمراض القلب والأوعية الدموية، وعمليات التلميع الكيميائي الميكانيكي وعمليات الحفر، التي تستخدم محلول التنظيف الحمضي القاعدي لتنظيف الرقاقة.
في الوقت الحاضر، فإن أكثر مذيبات التنظيف استخداماً في عملية تصنيع أشباه الموصلات هو خليط من بيروكسيد الهيدروجين وحمض الكبريتيك.
تشمل الغازات العادمة المتولدة في هذه العمليات غازات حمضية مثل حمض الكبريتيك وحمض الهيدروفلوريك وحمض الهيدروكلوريك وحمض النيتريك وحمض الفوسفوريك، أما الغاز القلوي فهو الأمونيا بشكل رئيسي.

2. غازات النفايات العضوية:

تأتي غازات النفايات العضوية بشكل رئيسي من عمليات مثل الطباعة الضوئية، والتظهير، والحفر، والانتشار. في هذه العمليات، يتم استخدام محلول عضوي (مثل كحول الأيزوبروبيل) لتنظيف سطح الرقاقة، ويُعد غاز النفايات الناتج عن التبخر أحد مصادر غاز النفايات العضوية؛
في الوقت نفسه، تحتوي مادة مقاومة الضوء (مقاومة الضوء) المستخدمة في عملية الطباعة الضوئية والحفر على مذيبات عضوية متطايرة، مثل أسيتات البوتيل، والتي تتبخر في الغلاف الجوي أثناء عملية معالجة الرقاقة، وهو مصدر آخر لغاز النفايات العضوية.

3. غازات النفايات السامة:

تنتج غازات النفايات السامة بشكل رئيسي من عمليات مثل الترسيب البلوري، والحفر الجاف، والترسيب الكيميائي للبخار. في هذه العمليات، تُستخدم مجموعة متنوعة من الغازات الخاصة عالية النقاء لمعالجة الرقاقة، مثل السيليكون (SiH3)، والفوسفور (PH3)، ورابع كلوريد الكربون (CF4)، والبوران، وثلاثي أكسيد البورون، وغيرها. بعض هذه الغازات سامة، وخانقة، ومسببة للتآكل.
في الوقت نفسه، تتطلب عملية الحفر الجاف والتنظيف بعد الترسيب الكيميائي للبخار في صناعة أشباه الموصلات كمية كبيرة من غازات الأكسيد الكامل (PFCS)، مثل NFS وC2F&CR وC3FS وCHF3 وSF6 وغيرها. تتميز هذه المركبات المشبعة بالفلور بامتصاصها القوي في منطقة الأشعة تحت الحمراء، وتبقى في الغلاف الجوي لفترة طويلة. وتُعتبر عمومًا المصدر الرئيسي لظاهرة الاحتباس الحراري العالمي.

4. غازات نفايات عملية التعبئة والتغليف:

بالمقارنة مع عملية تصنيع أشباه الموصلات، فإن الغازات العادمة الناتجة عن عملية تغليف أشباه الموصلات بسيطة نسبياً، وتتكون أساساً من غاز حمضي وراتنج الإيبوكسي والغبار.
يتم توليد غاز النفايات الحمضية بشكل رئيسي في عمليات مثل الطلاء الكهربائي؛
يتم توليد غازات النفايات الناتجة عن الخبز في عملية الخبز بعد لصق المنتج وإغلاقه؛
تُنتج آلة التقطيع غازات نفايات تحتوي على آثار من غبار السيليكون أثناء عملية تقطيع الرقاقات.

 

مشاكل التلوث البيئي

فيما يتعلق بمشاكل التلوث البيئي في صناعة أشباه الموصلات، فإن المشاكل الرئيسية التي تحتاج إلى حل هي:
• انبعاث واسع النطاق لملوثات الهواء والمركبات العضوية المتطايرة في عملية الطباعة الضوئية؛
• انبعاث المركبات المشبعة بالفلور (PFCS) في عمليات الحفر بالبلازما والترسيب الكيميائي للبخار؛
• استهلاك واسع النطاق للطاقة والمياه في الإنتاج وحماية سلامة العمال؛
• إعادة تدوير ومراقبة تلوث المنتجات الثانوية؛
• مشاكل استخدام المواد الكيميائية الخطرة في عمليات التعبئة والتغليف.

 

إنتاج نظيف

يمكن تحسين تكنولوجيا الإنتاج النظيف لأجهزة أشباه الموصلات من جوانب المواد الخام والعمليات والتحكم في العمليات.

 

تحسين المواد الخام والطاقة

أولاً، يجب التحكم بدقة في نقاء المواد لتقليل دخول الشوائب والجسيمات.
ثانياً، يجب إجراء اختبارات مختلفة على المكونات الواردة أو المنتجات شبه المصنعة قبل وضعها في الإنتاج، بما في ذلك اختبارات درجة الحرارة، والكشف عن التسرب، والاهتزاز، والصدمات الكهربائية عالية الجهد، وغيرها من الاختبارات.
بالإضافة إلى ذلك، ينبغي التحكم بدقة في نقاء المواد المساعدة. وهناك العديد من التقنيات التي يمكن استخدامها لإنتاج الطاقة النظيفة.

 

تحسين عملية الإنتاج

تسعى صناعة أشباه الموصلات نفسها إلى تقليل تأثيرها على البيئة من خلال تحسينات تكنولوجيا العمليات.
على سبيل المثال، في سبعينيات القرن الماضي، كانت المذيبات العضوية تُستخدم بشكل أساسي لتنظيف الرقائق في تقنية تنظيف الدوائر المتكاملة. وفي ثمانينيات القرن الماضي، استُخدمت محاليل حمضية وقلوية، مثل حمض الكبريتيك، لتنظيف الرقائق. وحتى تسعينيات القرن الماضي، تم تطوير تقنية تنظيف البلازما بالأكسجين.
أما فيما يتعلق بالتغليف، فإن معظم الشركات تستخدم حاليًا تقنية الطلاء الكهربائي، مما سيؤدي إلى تلوث البيئة بالمعادن الثقيلة.
مع ذلك، لم تعد مصانع التعبئة والتغليف في شنغهاي تستخدم تقنية الطلاء الكهربائي، لذا لا يوجد أي تأثير للمعادن الثقيلة على البيئة. يتضح أن صناعة أشباه الموصلات تُقلل تدريجيًا من تأثيرها على البيئة من خلال تحسين العمليات واستبدال المواد الكيميائية في مسار تطويرها، وهو ما يتماشى مع التوجه العالمي الحالي نحو تصميم العمليات والمنتجات بما يراعي البيئة.

 

في الوقت الحالي، يجري تنفيذ المزيد من التحسينات على العمليات المحلية، بما في ذلك:

·استبدال وتقليل غاز PFCs الذي يحتوي على جميع الأمونيوم، مثل استخدام غاز PFCs ذي التأثير المنخفض على الاحتباس الحراري لاستبدال الغاز ذي التأثير العالي على الاحتباس الحراري، مثل تحسين تدفق العملية وتقليل كمية غاز PFCs المستخدم في العملية؛
·تحسين عملية تنظيف الرقاقات المتعددة إلى تنظيف رقاقة واحدة لتقليل كمية عوامل التنظيف الكيميائية المستخدمة في عملية التنظيف.
• رقابة صارمة على العمليات:
أ. تحقيق أتمتة عملية التصنيع، مما يتيح إمكانية المعالجة الدقيقة والإنتاج على دفعات، وتقليل معدل الخطأ العالي للتشغيل اليدوي؛
ب. العوامل البيئية للعمليات فائقة النظافة، حوالي 5% أو أقل من خسائر الإنتاج ناتجة عن الأشخاص والبيئة. تشمل العوامل البيئية للعمليات فائقة النظافة بشكل رئيسي نظافة الهواء، والماء عالي النقاء، والهواء المضغوط، وثاني أكسيد الكربون، والنيتروجين، ودرجة الحرارة، والرطوبة، وما إلى ذلك. غالبًا ما يتم قياس مستوى نظافة ورشة العمل النظيفة من خلال الحد الأقصى لعدد الجسيمات المسموح به لكل وحدة حجم من الهواء، أي تركيز عدد الجسيمات؛
ج. تعزيز الكشف، واختيار النقاط الرئيسية المناسبة للكشف في محطات العمل التي تحتوي على كميات كبيرة من النفايات أثناء عملية الإنتاج.

 

نرحب بجميع العملاء من جميع أنحاء العالم لزيارتنا لمزيد من النقاش!

https://www.vet-china.com/

https://www.facebook.com/people/Ningbo-Miami-Advanced-Material-Technology-Co-Ltd/100085673110923/

https://www.linkedin.com/company/100890232/admin/page-posts/published/

https://www.youtube.com/@user-oo9nl2qp6j