CN115536174A - 一种半导体用超纯水制备装置及其工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体用超纯水制备装置及其工艺，包括依次连接的氮封超纯水箱、输送泵、二级抛光过滤器、树脂捕集器、滤芯式颗粒过滤器以及中空纤维式膜过滤器；所述滤芯式颗粒过滤器包括壳体，以及与壳体可拆式连接的壳盖和壳座，所述壳体、壳盖以及壳座合围形成一个腔体结构，在所述壳座上设有进水管和出水管，在所述腔体结构内插设有过滤芯管；在所述壳体、壳盖与壳座的内侧壁上以及进水管的插入端均涂抹有PVDF膜。本发明设置多个过滤器对超纯水进行过滤处理，并把滤芯式颗粒过滤器设为可拆式连接的分体结构，便于涂抹PVDF膜，也便于及时更换过滤芯管，能有效保证超纯水过滤后的颗粒要求，结构简单紧凑，使用便捷。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别涉及一种半导体用超纯水制备装置及其工艺。
背景技术
半导体行业和电子行业对超纯水中残留的颗粒物有严格的要求，现有半导体和电子行业超纯水的颗粒物去除工艺通常是运用抛光床和终端过滤器，终端过滤器一般采用滤芯式颗粒过滤器，主要是依靠滤芯的过滤来去除颗粒物，细小颗粒不易拦截过滤；此外，超纯水的水质要求高，在过滤过程中不能与所接触的载体材料发生反应，以免超纯水失效，故实际颗粒物的过滤效果有限，难以达到国标规定值，因此需要在过滤器中隔断此类接触，但因为过滤器的整体比较庞大，设置保护膜并做好维护并不容易。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种既能保证超纯水的颗粒物过滤要求，又便于维护超纯水流转环境的半导体用超纯水制备装置及其工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种半导体用超纯水制备装置，包括依次连接的氮封超纯水箱、输送泵、二级抛光过滤器、树脂捕集器、滤芯式颗粒过滤器以及中空纤维式膜过滤器；所述滤芯式颗粒过滤器包括壳体，以及与壳体可拆式连接的壳盖和壳座，所述壳体、壳盖以及壳座合围形成一个腔体结构，在所述壳座上设有进水管和出水管，所述进水管穿设入壳座并与腔体结构连通，在所述腔体结构内插设有过滤芯管，所述过滤芯管的出水端与出水管连通设置；在所述壳体、壳盖与壳座的内侧壁上以及进水管的插入端均涂抹有PVDF膜。
采用上述结构，超纯水在抛光过滤器和树脂捕集器的处理后进入滤芯式颗粒过滤器，而滤芯式颗粒过滤器是分为壳体、壳盖以及壳座三部分，并设置为可拆式的连接，便于涂抹PVDF膜，以防止超纯水与壳体、壳盖以及壳座的材质发生反应，保证超纯水在过滤过程中颗粒标准的稳定性；同时，如发现超纯水的颗粒标准有变化需要检查时，在排完存水后，便于拆开过滤器对三部分进行分别检查，包括进水管的穿设位置，如发现PVDF膜有脱落或损伤，也能及时进行补救措施，尽快恢复过滤使用，也便于更换过滤芯管；过滤芯管设置在壳体、壳盖以及壳座合围形成的空腔体内，空腔体内填充由进水管注入的超纯水，即过滤芯管与超纯水充分接触，由过滤芯管过滤后的超纯水流到壳座内，并经出水管排出，经中空纤维式膜过滤器完成最后的拦截过滤，结构简单紧凑，在保证了过滤效果的同时，也保证了超纯水颗粒要求的稳定性。
为了便于安装固定，同时避免超纯水的接触反应，作为优选，在所述壳体内的一端设有外壁涂抹有PVDF膜的固定板，在所述固定板上沿圆周方向均匀设有至少两个连接孔，每个所述连接孔内均套设有一个引流管；在所述壳盖上设有外壁涂抹了PVDF膜的安装板，在所述安装板上对应连接孔的位置处均设有限位孔，在每个所述限位孔内均设有安装座，该安装座的冒出端沿外形设有第二凸台，对应端的所述引流管与安装座之间套设有一个过滤芯管；组装时，壳盖扣合固定在壳体上，所述安装板、固定板与内管内壁合围形成一个空腔体，安装座的一端穿设过对应位置的限位孔并冒出安装板，且第二凸台的下端面与内管对应端的端面抵接，该第二凸台的上端面则与安装板的下端面抵接。
为了避免过滤回流，同时简化结构，作为优选，所述过滤芯管包括外管和内管，所述外管的内壁与内管的外壁合围形成一个环形空腔，在该环形空腔内填充有过滤介质；所述内管的一端与安装座套接固定，另一端与引流管套接贯通。
为了便于安装壳座，作为优选，所述壳座为内凹的圆弧状壳体结构，在该壳座上固设有外壁涂抹了PVDF膜的挡板，所述挡板与壳座的内侧壁合围形成一个与出水管连通的空腔；在所述挡板的中部设有与通孔连通的固定孔，在该挡板上对应连接孔的位置处均设有导向孔，所述进水管穿设过壳座并插设固定在固定孔内；所述引流管的一端冒出固定板，该引流管的冒出端伸入导向孔内并与空腔连通。
为了保证安装位置的密封性，作为优选，所述固定孔为台阶孔，所述进水管穿设出固定孔的小孔端，该固定孔的大孔端内铺设有密封垫，在所述密封垫上对应进水管的穿出端设有让位孔，该进水管的穿出端伸入让位孔中，且进水管的外壁与让位孔的孔径相适配。
为了避免引流管位置泄露超纯水，作为优选，在所述密封垫上对应引流管的位置处设有连接通孔，在所述引流管的外侧壁沿外形设有第一凸台，组装时，壳体扣合固定在壳座上，引流管的冒出端伸入导向孔内，且第一凸台的下端面与密封垫的上端面抵接，该第一凸台的上端面则与内管的下端面抵接。
为了保证壳体与壳座之间的安装密封性，作为优选，在所述壳体外侧壁的一端设有第一固定环，在所述第一固定环上沿圆周方向绕设有第一凹槽；在所述壳座的外侧壁设有第二固定环，在所述第二固定环上沿圆周方向绕设有第二凹槽，所述第一固定环与第二固定环叠置时，所述第一凹槽与第二凹槽合围形成一个环柱形空腔，该环柱形空腔内设有形状相适配的密封圈。
为了便于安装固定壳体与壳座，作为优选，在所述第一固定环上设有至少两个固定槽，在所述第二固定环上对应固定槽的位置处设有相连通的让位槽，在所述固定槽内插入螺栓，该螺栓的螺帽与第一固定环的上端面抵接，所述螺栓的插入端向下穿设出让位槽，该螺栓的的穿出端螺接有螺母，该螺母与第二固定环的下端面抵接，以固定两个固定环。
一种半导体用超纯水制备工艺，制备步骤包括：
S1、隔离存储超纯水，使用氮封超纯水箱储存和缓冲超纯水，循环回来的超纯水再进入水箱，超纯水箱利用氮气与空气进行隔离，避免超纯水被空气中的微生物和颗粒物污染；
S2、抽送超纯水，使用输送泵为超纯水进入后续抛光过滤器提供足够的动力和流量，输送到各用水点以及再循环回到超纯水箱；
S3、抛光过滤超纯水，使用二级抛光过滤器采样抛光树脂对超纯水中的无机离子进行去除，将无机离子的去除到ppb级，符合国标对应等级的水平；
S4、拦截树脂颗粒，使用树脂捕集器采用狭缝格栅的原理对树脂颗粒物进行拦截，减少树脂大颗粒物进入后续过滤器的数量；
S5、超纯水超低颗粒过滤；在分体连接的滤芯式颗粒过滤器中用过滤芯管过滤超低颗粒，同时，在颗粒过滤器内涂抹PVDF膜，防止超纯水失效；
S6、纤维膜拦截过滤，在中空纤维式膜过滤器中设置有中空纤维结构膜丝，使超纯水从膜丝内通道收集汇总，完成第三级最终拦截过滤。
有益效果：本发明设置多个过滤器对超纯水进行过滤处理，并把滤芯式颗粒过滤器设为可拆式连接的分体结构，便于涂抹PVDF膜，也便于及时更换过滤芯管，能有效保证超纯水过滤后的颗粒要求，结构简单紧凑，使用便捷。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明的装置连接原理示意图。
图2为滤芯式颗粒过滤器的结构示意图。
图3为图2中的A处放大图。
图4为图2中的B处放大图。
图5为图2中的C处放大图。
附图中各标号的含义为：
氮封超纯水箱-10；输送泵-20；二级抛光过滤器-30；树脂捕集器-40；中空纤维式膜过滤器-60；
壳体-1；壳盖-11；安装板-111；壳座-12；固定孔-121；导向孔-122；密封垫-123；固定板-14；安装座-15；第二凸台-151；引流管-16；第一凸台-161；
外管-21；内管-22；过滤介质-23；进水管-31；出水管-32；挡板-41；第一固定环-51；第一凹槽-511；固定槽-512；第二固定环-52；第二凹槽-521；密封圈-53。
具体实施方式
由图1到图5所示，本发明依次连接的氮封超纯水箱10、输送泵20、二级抛光过滤器30、树脂捕集器40、滤芯式颗粒过滤器以及中空纤维式膜过滤器60；所述滤芯式颗粒过滤器包括壳体1，以及与壳体1可拆式连接的壳盖11和壳座12，所述壳体1、壳盖11以及壳座12合围形成一个腔体结构，在所述壳座12上设有进水管31和出水管32；在所述壳体1内的一端设有外壁涂抹有PVDF膜的固定板14，在所述固定板14上沿圆周方向均匀设有至少两个连接孔，每个所述连接孔内均套设有一个引流管16；在所述壳盖11上设有外壁涂抹了PVDF膜的安装板111，在所述安装板111上对应连接孔的位置处均设有限位孔，在每个所述限位孔内均设有安装座15，该安装座15的冒出端沿外形设有第二凸台151，对应端的所述引流管16与安装座15之间套设有一个过滤芯管；组装时，壳盖11扣合固定在壳体1上，所述安装板111、固定板14与内管22内壁合围形成一个空腔体，安装座15的一端穿设过对应位置的限位孔并冒出安装板111，且第二凸台151的下端面与内管22对应端的端面抵接，该第二凸台151的上端面则与安装板111的下端面抵接。
所述过滤芯管包括外管21和内管22，所述外管21的内壁与内管22的外壁合围形成一个环形空腔，在该环形空腔内填充有过滤介质23；所述内管22的一端与安装座15套接固定，另一端与引流管16套接贯通。
所述壳座12为内凹的圆弧状壳体结构，在该壳座12上固设有外壁涂抹了PVDF膜的挡板41，所述挡板41与壳座12的内侧壁合围形成一个与出水管32连通的空腔；在所述挡板41的中部设有与通孔131连通的固定孔121，在该挡板41上对应连接孔(未标示)的位置处均设有导向孔122，所述进水管31穿设过壳座12并插设固定在固定孔121内；所述引流管16的一端冒出固定板14，该引流管16的冒出端伸入导向孔122内并与空腔连通。
所述固定孔121为台阶孔，所述进水管31穿设出固定孔121的小孔端，该固定孔121的大孔端内铺设有密封垫123，在所述密封垫123上对应进水管31的穿出端设有让位孔，该进水管31的穿出端伸入让位孔中，且进水管31的外壁与让位孔的孔径相适配；在所述密封垫123上对应引流管16的位置处设有连接通孔，在所述引流管16的外侧壁沿外形设有第一凸台161，组装时，壳体1扣合固定在壳座12上，引流管16的冒出端伸入导向孔122内，且第一凸台161的下端面与密封垫123的上端面抵接，该第一凸台161的上端面则与内管22的下端面抵接。
在所述壳体1外侧壁的一端设有第一固定环51，在所述第一固定环51上沿圆周方向绕设有第一凹槽511；在所述壳座12的外侧壁设有第二固定环52，在所述第二固定环52上沿圆周方向绕设有第二凹槽521，所述第一固定环51与第二固定环52叠置时，所述第一凹槽511与第二凹槽521合围形成一个环柱形空腔，该环柱形空腔内设有形状相适配的密封圈53；在所述第一固定环51上设有至少两个固定槽512，在所述第二固定环52上对应固定槽512的位置处设有相连通的让位槽，在所述固定槽512内插入螺栓，该螺栓的螺帽与第一固定环51的上端面抵接，所述螺栓的插入端向下穿设出让位槽，该螺栓的的穿出端螺接有螺母，该螺母与第二固定环52的下端面抵接，以固定两个固定环。
在所述壳体1、壳盖11与壳座12的内侧壁上以及进水管31的插入端均涂抹有PVDF膜。
本发明的使用方法如下：
如图1所示，一种半导体用超纯水制备工艺，制备步骤包括：
S1、隔离存储超纯水，使用氮封超纯水箱10储存和缓冲超纯水，循环回来的超纯水再进入水箱，超纯水箱利用氮气与空气进行隔离，避免超纯水被空气中的微生物和颗粒物污染；
S2、抽送超纯水，使用输送泵20为超纯水进入后续抛光过滤器提供足够的动力和流量，输送到各用水点以及再循环回到超纯水箱；
S3、抛光过滤超纯水，使用二级抛光过滤器30采样抛光树脂对超纯水中的无机离子进行去除，将无机离子的去除到ppb级，符合国标对应等级的水平；
S4、拦截树脂颗粒，使用树脂捕集器40采用狭缝格栅的原理对树脂颗粒物进行拦截，减少树脂大颗粒物进入后续过滤器的数量；
S5、超纯水超低颗粒过滤；在分体连接的滤芯式颗粒过滤器中用过滤芯管过滤超低颗粒，同时，在颗粒过滤器内涂抹PVDF膜，防止超纯水失效；
S6、纤维膜拦截过滤，在中空纤维式膜过滤器60中设置有中空纤维结构膜丝，使超纯水从膜丝内通道收集汇总，完成第三级最终拦截过滤。
其中，滤芯式颗粒过滤器的使用原理如下：
如图2所示，首先，需要说明的是，为了防止超纯水在过滤流转的过程中与载体的材料发生反应而产生颗粒，避免超纯水过滤不达标，在本发明中超纯水流经的位置均涂抹有PVDF膜，在超纯水与载体之间实现隔断；同时，对于过滤芯管而言，在整个过滤期间是与超纯水充分接触的，为了避免因涂抹而堵塞过滤通道，过滤芯管的材料采用PVDF材料制成即可，同理，过滤介质23的选用也应是不与超纯水反应的物质，这在本领域中属于公知常识，故在此不再赘述。
如图2到图5所示，安装时，先固定壳座12，插入进水管31，盖上挡板41，并使进水管31穿设出固定孔121的小孔端并伸入密封垫123的让位孔中，让位孔的孔径与进水管31的外壁紧配合套设，保证进水位置的密封性；同时，在壳体1上的一端先固定套装上固定板14，在连接孔内固定设置引流管16，并使引流管16与对应位置的内管22套接固定，再在安装板111上的限位孔中放置安装座15，把内管22的一端插设在安装座15上，扣合壳盖11，把过滤芯管安装在壳体1内，完成过滤芯管的组装，最后，壳盖11和壳体1的接缝处焊接固定；需要说明的是，安装座15和引流管16的固定安装位置采用紧配合安装以保证密封性，具体的尺寸配合在此不再赘述；同时，第一凸台161和第二凸台151的上、下端面均与对应位置具体抵接，也形成密封结构，多种安装设置提供了多重密封的效果(如图3和图4所示)，这样，先保证过滤芯管与壳盖1的连接位置处的密封性，即使使用后密封效果减弱而发生渗漏，壳盖11的内壁也涂抹有PVDF膜，渗漏返流的水体也不影响超纯水的颗粒变化。
接着，在第二凹槽521内放置密封圈53，把壳体1接在壳座12上，第一固定环51与第二固定环52叠置，所述第一凹槽511与第二凹槽521合围形成一个环柱形空腔，已固定限位密封圈53；然后，在所述固定槽512内插入螺栓，该螺栓的螺帽与第一固定环51的上端面抵接，所述螺栓的插入端向下穿设出让位槽，该螺栓的的穿出端螺接有螺母，该螺母与第二固定环52的下端面抵接，以固定两个固定环，在保证密封性的前提下，实现壳座12与壳体1的连接固定。
使用时，从进水管31注入超纯水，超纯水进入壳体1内，并从过滤芯管的外管21渗透入过滤介质23中，对超纯水中的颗粒进行过滤，保证超纯水过滤后的超低颗粒状态；过滤后的超纯水流入内管22中，并经引流管16流入壳座12与挡板41形成的空腔体中，最后经出水管32流出；过滤后的超纯水再经中空纤维式膜过滤器60处理后流向使用位置(图示中UOP位置所示)，使用完后的超纯水流回氮封超纯水箱10，再次开始过滤处理并投入生产使用，如此循环操作。
如需要更换过滤芯管，只需拆取两个固定环之间的螺栓，从壳座12上取下壳体1，并取下壳盖11，把连接座15取下，取下壳体1即可更换过滤芯管，更换完后，按前述相关步骤再依次扣上壳体1和壳盖11，安装完后即可继续使用。
在本实施例中，由于密封性的要求，在安装座15和引流管16的套装位置处均应采用过盈配合的紧连接，如拆装发生破损，应立即更换，以免泄露而影响超纯水的质量；同时，安装座15和引流管16会接触到超纯水的位置处均应涂抹PVDF膜。
为了保证过滤效率，过滤芯管根据直径大小，设置数量一般设为三根或五根，在此不再赘述。
Claims (9)
1.一种半导体用超纯水制备装置，其特征在于，包括依次连接的氮封超纯水箱(10)、输送泵(20)、二级抛光过滤器(30)、树脂捕集器(40)、滤芯式颗粒过滤器以及中空纤维式膜过滤器(60)；所述滤芯式颗粒过滤器包括壳体(1)，以及与壳体(1)可拆式连接的壳盖(11)和壳座(12)，所述壳体(1)、壳盖(11)以及壳座(12)合围形成一个腔体结构，在所述壳座(12)上设有进水管(31)和出水管(32)，所述进水管(32)穿设入壳座(12)并与腔体结构连通，在所述腔体结构内插设有过滤芯管，所述过滤芯管的出水端与出水管(32)连通设置；在所述壳体(1)、壳盖(11)与壳座(12)的内侧壁上以及进水管(31)的插入端均涂抹有PVDF膜。
2.根据权利要求1所述的一种半导体用超纯水制备装置，其特征在于：在所述壳体(1)内的一端设有外壁涂抹有PVDF膜的固定板(14)，在所述固定板(14)上沿圆周方向均匀设有至少两个连接孔，每个所述连接孔内均套设有一个引流管(16)；在所述壳盖(11)上设有外壁涂抹了PVDF膜的安装板(111)，在所述安装板(111)上对应连接孔的位置处均设有限位孔，在每个所述限位孔内均设有安装座(15)，该安装座(15)的冒出端沿外形设有第二凸台(151)，对应端的所述引流管(16)与安装座(15)之间套设有一个过滤芯管；组装时，壳盖(11)扣合固定在壳体(1)上，所述安装板(111)、固定板(14)与内管(22)内壁合围形成一个空腔体，安装座(15)的一端穿设过对应位置的限位孔并冒出安装板(111)，且第二凸台(151)的下端面与内管(22)对应端的端面抵接，该第二凸台(151)的上端面则与安装板(111)的下端面抵接。
3.根据权利要求1所述的一种半导体用超纯水制备装置，其特征在于：所述过滤芯管包括外管(21)和内管(22)，所述外管(21)的内壁与内管(22)的外壁合围形成一个环形空腔，在该环形空腔内填充有过滤介质(23)；所述内管(22)的一端与安装座(15)套接固定，另一端与引流管(16)套接贯通。
4.根据权利要求2所述的一种半导体用超纯水制备装置，其特征在于：所述壳座(12)为内凹的圆弧状壳体结构，在该壳座(12)上固设有外壁涂抹了PVDF膜的挡板(41)，所述挡板(41)与壳座(12)的内侧壁合围形成一个与出水管(32)连通的空腔；在所述挡板(41)的中部设有与空腔体连通的固定孔(121)，在该挡板(41)上对应连接孔的位置处均设有导向孔(122)，所述进水管(31)穿设过壳座(12)并插设固定在固定孔(121)内；所述引流管(16)的一端冒出固定板(14)，该引流管(16)的冒出端伸入导向孔(122)内并与空腔连通。
5.根据权利要求4所述的一种半导体用超纯水制备装置，其特征在于：所述固定孔(121)为台阶孔，所述进水管(31)穿设出固定孔(121)的小孔端，该固定孔(121)的大孔端内铺设有密封垫(123)，在所述密封垫(123)上对应进水管(31)的穿出端设有让位孔，该进水管(31)的穿出端伸入让位孔中，且进水管(31)的外壁与让位孔的孔径相适配。
6.根据权利要求4所述的一种半导体用超纯水制备装置，其特征在于：在所述密封垫(123)上对应引流管(16)的位置处设有连接通孔，在所述引流管(16)的外侧壁沿外形设有第一凸台(161)，组装时，壳体(1)扣合固定在壳座(12)上，引流管(16)的冒出端伸入导向孔(122)内，且第一凸台(161)的下端面与密封垫(123)的上端面抵接，该第一凸台(161)的上端面则与内管(22)的下端面抵接。
7.根据权利要求1所述的一种半导体用超纯水制备装置，其特征在于：在所述壳体外侧壁的一端设有第一固定环(51)，在所述第一固定环(51)上沿圆周方向绕设有第一凹槽(511)；在所述壳座(12)的外侧壁设有第二固定环(52)，在所述第二固定环(52)上沿圆周方向绕设有第二凹槽(521)，所述第一固定环(51)与第二固定环(52)叠置时，所述第一凹槽(511)与第二凹槽(521)合围形成一个环柱形空腔，该环柱形空腔内设有形状相适配的密封圈(53)。
8.根据权利要求7所述的一种半导体用超纯水制备装置，其特征在于：在所述第一固定环(51)上设有至少两个固定槽(512)，在所述第二固定环(52)上对应固定槽(512)的位置处设有相连通的让位槽，在所述固定槽(512)内插入螺栓，该螺栓的螺帽与第一固定环(51)的上端面抵接，所述螺栓的插入端向下穿设出让位槽，该螺栓的的穿出端螺接有螺母，该螺母与第二固定环(52)的下端面抵接，以固定两个固定环。
9.一种半导体用超纯水制备工艺，采用如权利要求1-8中任意一项所述的一种半导体用超纯水制备装置，其特征在于，制备步骤包括：
S1、隔离存储超纯水，使用氮封超纯水箱(10)储存和缓冲超纯水，循环回来的超纯水再进入水箱，超纯水箱利用氮气与空气进行隔离，避免超纯水被空气中的微生物和颗粒物污染；
S2、抽送超纯水，使用输送泵(20)为超纯水进入后续抛光过滤器提供足够的动力和流量，输送到各用水点以及再循环回到超纯水箱；
S3、抛光过滤超纯水，使用二级抛光过滤器(30)采样抛光树脂对超纯水中的无机离子进行去除，将无机离子的去除到ppb级，符合国标对应等级的水平；
S4、拦截树脂颗粒，使用树脂捕集器(40)采用狭缝格栅的原理对树脂颗粒物进行拦截，减少树脂大颗粒物进入后续过滤器的数量；
S5、超纯水超低颗粒过滤；在分体连接的滤芯式颗粒过滤器中用过滤芯管过滤超低颗粒，同时，在颗粒过滤器内涂抹PVDF膜，防止超纯水失效；
S6、纤维膜拦截过滤，在中空纤维式膜过滤器(60)中设置有中空纤维结构膜丝，使超纯水从膜丝内通道收集汇总，完成第三级最终拦截过滤。
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