中国电子级超纯水自主化制备关键难题与解决思路

我国在电子级超纯水制备领域面临三大关键难题：关键材料设备与技术工艺被国外厂商垄断；水质标准体系与检测能力全面落后；电子级超纯水的多样化供水水源导致反渗透产水中电中性小分子有机物浓度升高且组分更复杂问题，加剧电子级超纯水制备难度。

为此，本文提出应加快国产核心材料设备与关键技术工艺的研发、试验与应用，建立水质指标先进标准体系及领先检测方法和平台，开发新型超高标准技术设备与工艺以实现多样化水源生产三条解决思路，支撑我国电子级超纯水自主化制备。

电子级超纯水（Ultrapure water，UPW）是电子行业的基础性生产资料，需求量大且水质要求极高（电阻率>18.2 MΩ，TOC<5 μg-C/L）。随着我国电子行业自主化发展的要求，电子级超纯水需求量将持续增加，水质要求也将日趋严格。

电子级超纯水制备工艺包括预处理系统、脱盐系统、纯水系统以及循环抛光系统4个核心环节。反渗透膜、抛光树脂、脱气膜及紫外线反应器等超纯水制备中关键材料和设备的国产化率极低，且供应商单一，受制于人的情况较为严重。

此外，高端电子项目的超纯水制备核心技术与工艺均由外资企业或科研机构掌握。外资企业基本垄断了我国重大电子项目的超纯水制备系统设计与调试。

近年来，国内公司不断尝试突破技术难关，已掌握了中端及以下电子项目的超纯水制备技术，实施了国内多个集成电路电子超纯水的设计、施工与调试工作，但在高端先进制程电子超纯水系统的设计上，仍存在大量技术壁垒待突破。

 

图1. 电子级超纯水核心制备工艺

我国现行的电子行业纯水水质标准为《中华人民共和国国家标准：电子级水》（GB/T 11446.1—2013）。该标准制定于2013年，基于1995年ASTM D5127—90标准制定，已无法满足电子制造业集成电路制造的要求。

目前，国内行业多采用美国的ASTM标准。随着集成电路制程不断提升，线宽不断缩小，基材尺寸持续增大，电子级超纯水水质的要求也越趋严格，我国电子级超纯水标准亟需更新。

此外，我国电子级超纯水超微量组分定性解析和定量检测平台还十分落后，甚至还不能自主分析检测硼、金属等组分，极度依赖欧美进口分析仪器与日本水质分析等检测平台。

市政或工业自来水是电子级超纯水的传统水源水，但越来越难以满足快速增长的超纯水需求。与清洁水源相比，多样化水源的反渗透产水存在有机物浓度升高、组分更复杂、超高标准去除更加困难等问题。尤其新检出了更高浓度的含酰胺基、羰基、烷氧基等电中性且结构稳定的小分子有机物。电中性小分子有机物结构稳定，且基本不能被现有的处理技术去除，难以满足小于5 μg-C/L的电子级超纯水标准，严重影响电子产品生产。为适应供水水源的转变，保证出水水质，电子级超纯水制备系统需要进一步优化。

 

图2 受污染水源反渗透产水中的有机物组分特征

（1）我国电子级超纯水制备核心材料设备及技术工艺被国外垄断，应加快相关核心材料与关键设备研发，加强水务研发与电子制造企业的联合推广试用，建立完备的国产电子级超纯水试验线，逐步解决核心材料与设备国产率低的问题，提高国内企业的技术竞争力。

（2）我国现行标准《电子级水》（GB/T 11446.1-2013）已无法满足集成电路与液晶面板制造的要求，应立足国际ITRS、ASTM等水质标准，重点突破关键水质指标对电子产品生产良率的影响等基础数据研究，结合水源多样化的趋势，修订我国电子级超纯水标准的水质指标体系及限值。

（3）在水资源短缺与水环境污染的双重压力下，电子级超纯水的供水水源多样化将成为必然趋势。为适应水源多样化后反渗透产水中电荷中性小分子有机物与弱电离元素浓度升高、出水水质下降的难题，应加快物理分离和化学氧化超高标准处理技术突破，加强技术联用工艺设计与运行的研发及应用。