CN201376902Y - 超纯水防静电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超纯水防静电装置，包括：与去离子水进水管道(1)连接的流量调节阀组(2)、与流量调节阀组出口相连、且并联设置的主管路(3)和旁路(4)，所述的旁路(4)上设置有一膜元件(5)，该膜元件设置有二氧化碳气体进气口(53)，去离子水在膜元件中充分溶解二氧化碳气体，并形成二氧化碳饱和溶液，所述的膜元件设置有出水口(52)，从该出水口流出的二氧化碳饱和溶液与主管路(3)中的去离子水经混水管(7)导入产水管。本实用新型设计的超纯水防静电装置对去离子水造成的二次污染小，产水的电阻率平稳，二氧化碳气体溶解效率高，装置结构紧凑。
Description
技术领域
本实用新型涉及水处理领域，尤其涉及一种超纯水防静电装置。
背景技术
在半导体元件制造过程中，最频繁的工艺步骤就是晶片清洗。晶片清洗的目的就是为了去除附着于晶片表面上的有机化合物、金属杂质或微粒。在清洗过程中，要大量使用高纯度的去离子水清洗晶片，清洗用的去离子水纯度越高，水中的杂质就越少，对半导体芯片带来的损害就越小。因此，在半导体芯片制造领域，通常使用的去离子水纯度都很高，其电阻率一般都在15MΩ·cm以上，甚至达到18MΩ·cm以上。但是，电阻率越高，其导电性能就越差，用电阻率如此高的去离子水来清洗晶片很容易在晶片表面产生静电，由此，引发对元器件的静电破坏、微粒静电吸附污染等问题。为解决这一问题，常用的一种方法是向高电阻率的去离子水中添加二氧化碳，利用二氧化碳和水反应产生的氢离子、碳酸根及碳酸氢根离子来降低去离子水的电阻率，从而，防止去离子水在清洗过程中产生静电。这种添加了二氧化碳的去离子水用来清洗，再烘干之后，溶解在水中的二氧化碳会全部蒸发出来，因此在被清洗物件表面不会因添加二氧化碳而产生新的污染物。
现有的在线制备二氧化碳离子水的方法是采用直接向去离子水中注入二氧化碳气体的方式。如中国专利申请(公开号101244863)公开了一种在线制备二氧化碳离子水的装置，该装置在混合筒内，通过气管直接向去离子水中注入二氧化碳气体，并以微小气泡形式与水混合并溶解。然后，对混合筒出口处的去离子水进行检测，并将检测信息反馈到添加二氧化碳管路的控制系统，实现将去离子水的电阻率控制在设定范围的要求。在这种方法中，由二氧化碳气体带进离子水中的二次污染不可避免，同时由于采用反馈控制导致控制延迟不可避免，引起产水的电阻率指标波动较大。现有技术中，也有采用膜法添加二氧化碳气体，通过产水电反馈信号控制二氧化碳气体流量来调整产水电阻率，这种膜添加方法防止了二氧化碳带入的二次污染，但是二氧化碳气体损耗量很大，而且，膜元件水流量大造成了膜元件寿命短，二氧化碳流量控制系统复杂易出故障，并且因检测信号滞后而引入较大的反馈延时造成产水电阻率波动。还有一种采用旁路添加二氧化碳方式，这种方式减少膜元件中的水流量，延长了膜元件的寿命，但是目前采用旁路方式的装置对旁路流量的控制仅通过连接在旁路上的单只阀来调整，系统管压降易随流量变化引起流体的流态变化而受到较大的影响，造成主管路与旁路的流量比例随流量变化发生漂移，导致产水电阻率无法保持恒定。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中在线制备二氧化碳离子水时，容易带入二次污染、二氧化碳气体利用率不高、膜元件寿命短，以及产水电阻率易发生飘移等问题，提供一种超纯水防静电装置，该装置高效利用二氧化碳溶解到去离子水中的方法来精密调节去离子水的电阻率，防止二氧化碳带来的二次污染，延长膜元件寿命，并高精度稳定产水电阻率。
本实用新型采取的技术方案是，设计一种超纯水防静电装置，该装置包括与去离子水进水管道连接的流量调节阀组、与流量调节阀组出口相连、且并联设置的主管路和旁路，所述的旁路上设置有一膜元件，该膜元件设置有二氧化碳气体进气口，去离子水在膜元件中充分溶解二氧化碳气体，并形成二氧化碳饱和溶液，所述的膜元件设置有出水口，从该出水口流出的二氧化碳饱和溶液与主管路中的去离子水经混水管导入产水管。
在本实用新型的一个实施例中，所述的流量调节阀组包括并联连接的大流量调节阀和小流量调节阀，大流量调节阀与主管路连接，小流量调节阀与旁路连接。大流量调节阀和小流量调节阀的流量系数比范围为5∶1-200∶1，最佳范围为20∶1。
在本实用新型的另一个实施例中，所述的流量调节阀组包括并联设置的大流量节流口和小流量调节阀。
二氧化碳气体经气体过滤器和气体减压阀后进入膜元件中。
所述膜元件还设置有与排气管路连接的排气口，该排气口由电磁阀控制，定时自动接通排气管路，排出冷凝水或杂质。
本实用新型中，所述的膜元件由密闭外壳和固定在外壳内的大量纤维膜管构成，所述的膜管由透气不透水的疏水性材料制成。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1.对去离子水造成的二次污染小。与传统的直接向去离子水通入二氧化碳气体的添加方式不同，本实用新型通过膜元件向去离子水中注入二氧化碳气体。膜元件中的膜是采用憎水亲气材料制成的多微孔性薄膜，其特性是允许气体自由穿过但不允许液态水穿过。调整去离子水的压力总是大于二氧化碳气体的压力，那么二氧化碳气体就不能以气泡的方式进入去离子水，而只能以溶解的方式进入去离子水中，气体中的微粒杂质将留在脱气膜的气相端而随尾气排放。
2.二氧化碳气体溶解效率高，系统结构紧凑。由于脱气膜模块的特殊的结构设计，使得膜元件的比表面积很大，大大提高了二氧化碳气体与去离子水的接触面积，因而使得二氧化碳气体溶解得更充分，溶解速度更快。同时，一只体积很小的脱气膜模块就可以具有很大的接触表面，也意味着系统的结构可以做得很紧凑。
3.产水的电阻率平稳。我们知道，一定的温度和压力下，二氧化碳气体在水中的溶解度是固定的。旁路中的水通过膜元件充分溶解二氧化碳气体成为二氧化碳饱和溶液，再通过调整主管路和旁路中水的流量比例，然后，混合到一起就能得到一定浓度的具有设定电阻率值的二氧化碳离子水。这种调节方式无需精确控制二氧化碳气体的流量或压力，只要保证二氧化碳气体的压力小于去离子水的压力即可，可以防止二氧化碳气体以气泡的形式穿过脱气膜进入去离子水。与控制气体流量相比，控制气体的压力要容易许多。而对两条进水管路中去离子水的流量比例调整，是通过调整流量调节阀组实现的。由于在管路上设置了流量调节阀组，可以使主管路和旁路的管压降几乎全部集中在流量调节阀组两端，管道结构等因素引起的管压降就可以被忽略，因此主管路和旁路的流量比例很容易通过调节阀组来控制和调整。选用流量调节范围及调整比例适当的阀组，在进水压力和流量等流体运动状态发生变化的情况下，主管路和旁路的流量比例在流量调节阀组的控制下能保持比较高的稳定度。因此，产水的电阻率能保持比较高的稳定度。
4.调节范围大。目前的制造工艺，能制造流量调节范围及调整比例较大且稳定性较高的流量调节阀组，选用合适的阀组能使本实用新型的流量调节范围和电阻率调节范围较大。
5.节约用气。系统提供的高纯度二氧化碳气体，除了很少一部分用来定时吹扫冷凝水等杂质以外，其余都用于去离子水的电阻率调节，不会现有装置那样因为需要保持二氧化碳气体浓度而被白白排入大气，因此，二氧化碳气体的利用率非常高。
6.膜元件寿命长。由于采用旁路方式，流过膜元件的流量小，因此对膜元件的损害小而相应延长了膜元件的寿命。在实际使用中，主管路和旁路的流量比例可达1000∶1左右，因此大幅度减少了水杂质对膜元件微孔的污堵及水流对膜元件的冲刷等损害。
附图说明
下面结合较佳实施例对本实用新型进行详细的说明，其中：
图1是本实用新型第一实施例的结构示意图；
图2是流量调节阀组的结构示意图；
图3是本实用新型第二实施例的结构示意图；
图4是混合管的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的第一个实施例如图1和图2所示。在该实施例中，去离子水从总进水管1进入流量调节阀组2。流量调节阀组2由大流量调节阀21和小流量调节阀23组成，大流量调节阀21的开度约为90％。由于阀21流量系数较大，大部分去离子水可通过大流量调节阀21进入主管路3，小部分去离子水通过小流量调节阀23进入旁路4。在旁路4中设置有一膜元件5。该膜元件设置有进气口53，存储在钢瓶16中的高压二氧化碳气体通过5微米气体过滤器15过滤后，再经过气体减压阀14减压到0.1MPa，然后通过进气口53进入膜元件中。旁路中的去离子水在膜元件5中充分溶解二氧化碳气体变成二氧化碳饱和溶液，然后从膜元件出水口52流出，与主管路3中的去离子水汇合后进入混水管7，然后导入产水管。产水管上可以设置电阻率仪表10，用于检测去离子水的电阻率。膜元件5还设置有排气口54，在连接到排气口54的排气管路上设置有电磁阀11，该电磁阀11的电控制信号由控制系统中的一只定时器8提供，实现每小时打开电磁阀10秒，自动接通排气管路排出冷凝水等杂质。
下表为本实施例设定产水电阻率为0.5MΩ·cm时的去离子水电阻率控制效果：
| 用水量 | 进水电阻率 | 使用本实用新型产水电阻率 |
| 5升/分钟 | 18MΩ·cm | 0.5MΩ·cm |
| 10升/分钟 | 18MΩ·cm | 0.5MΩ·cm |
| 15升/分钟 | 18MΩ·cm | 0.5MΩ·cm |
下表为本实施例设定产水电阻率为0.8MΩ·cm时的去离子水电阻率控制效果：
| 用水量 | 进水电阻率 | 使用本实用新型产水电阻率 |
| 4升/分钟 | 18MΩ·cm | 0.8MΩ·cm |
| 10升/分钟 | 18MΩ·cm | 0.8MΩ·cm |
| 14升/分钟 | 18MΩ·cm | 0.8MΩ·cm |
图3显示本实用新型的第二个实施例。为了防止去离子水水质突然变坏而损坏膜元件，保证膜元件的正常使用，在流量调节阀组2中的旁路接口24与膜元件进水口51之间设置一个过滤器6，该实施例中，过滤器6为5微米液体过滤器。本实施例的其它部分与第一实施例完全相同。
为了保证测量电阻率值的准确，必须使二氧化碳饱和溶液与主管路中的去离子水充分混合，因此，电阻率仪表的探头需要安装在距离混合点31后面2米以上的产水管道上，这样容易造成设备中管路过长，安装比较杂乱或设备体积增大。在本实施例中，在混合点31与电阻率仪表探头安装点9之间设置混合管7，在混合管7内壁有凸掾71，如图4所示。旁路中二氧化碳饱和溶液和主管路中纯净去离子水能在较短管道内混合均匀，简化了管路安装。
为了简化调节过程，在流量调节阀组2中，可以节流口210代替大流量调节阀21，所选用的节流口在主管路的总压力降中的比例大于90％，工作时无须调整节流口210，只需要调节小流量调节阀23即可，如图5所示。
上述公开的具体实施例仅用于说明本实用新型，在本实用新型的构思下，还可以有多种变化，这些变化应该涵盖在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超纯水防静电装置，其特征在于包括：与去离子水进水管道(1)连接的流量调节阀组(2)、与流量调节阀组出口相连、且并联设置的主管路(3)和旁路(4)，所述的旁路(4)上设置有一膜元件(5)，该膜元件设置有二氧化碳气体进气口(53)，去离子水在膜元件中充分溶解二氧化碳气体，并形成二氧化碳饱和溶液，所述的膜元件设置有出水口(52)，从该出水口流出的二氧化碳饱和溶液与主管路(3)中的去离子水经混水管(7)导入产水管。
2.根据权利要求1所述的超纯水防静电装置，其特征在于：所述的流量调节阀组(2)包括并联连接的大流量调节阀(21)和小流量调节阀(23)，大流量调节阀与主管路(3)连接，小流量调节阀与旁路(4)连接，大流量调节阀和小流量调节阀的流量系数比范围为5∶1-200∶1。
3.根据权利要求1所述的超纯水防静电装置，其特征在于：所述的流量调节阀组(2)包括并联设置的大流量节流口(210)和小流量调节阀(23)，大流量节流口与主管路(3)连接，小流量调节阀与旁路(4)连接，大流量调节阀和小流量调节阀的流量系数比范围为5∶1-200∶1。
4.根据权利要求2所述的超纯水防静电装置，其特征在于：大流量调节阀(21)的流量系数大于小流量调节阀(23)的流量系数。
5.根据权利要求1所述的超纯水防静电装置，其特征在于：二氧化碳气体经气体过滤器(15)和气体减压阀(14)后进入膜元件(5)中。
6.根据权利要求1所述的超纯水防静电装置，其特征在于：所述膜元件(5)设置有与排气管路连接的排气口(54)，该排气口由电磁阀(11)控制，定时自动接通排气管路排出冷凝水或杂质。
7.根据权利要求1所述的超纯水防静电装置，其特征在于：所述的产水管上设置有一电阻率仪表(10)。
8.根据权利要求1所述的超纯水防静电装置，其特征在于：所述的膜元件(5)由密闭外壳和固定在外壳内的大量纤维膜管构成，所述的膜管由透气不透水的疏水性材料制成。
9.根据权利要求1所述的超纯水防静电装置，其特征在于：所述的流量调节阀组(2)中的旁路接口(24)与膜元件进水口(51)之间设置一过滤器(6)。
10根据权利要求1所述的超纯水防静电装置，其特征在于：所述的混合管(7)内壁设有凸掾(71)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee |
Owner name: SHENZHEN ULTRAPURE ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY CO., L Free format text: FORMER NAME: SHENZHEN ULTRAPURE ENVIRONMENTAL ENGINEERING CO., LTD. |
|
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 518055 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Oriental Science Park Branch Building 2 floor E block Patentee after: Shenzhen Ultrapure Environmental Technology Co., Ltd. Address before: 518129 Guangdong city of Shenzhen Province Oriental Science Park Branch Building 2 floor Patentee before: Shenzhen Ultrapure Environmental Engineering Ltd. |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: Ultra-pure water antistatic device Effective date of registration: 20151223 Granted publication date: 20100106 Pledgee: Shenzhen high tech investment and financing Company limited by guarantee Pledgor: Shenzhen Ultrapure Environmental Technology Co., Ltd. Registration number: 2015990001155 |
|
| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20161220 Granted publication date: 20100106 Pledgee: Shenzhen high tech investment and financing Company limited by guarantee Pledgor: Shenzhen Ultrapure Environmental Technology Co., Ltd. Registration number: 2015990001155 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: Ultra-pure water antistatic device Effective date of registration: 20161228 Granted publication date: 20100106 Pledgee: Shenzhen high tech investment and financing Company limited by guarantee Pledgor: Shenzhen Ultrapure Environmental Technology Co., Ltd. Registration number: 2016990001175 |
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| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20180111 Granted publication date: 20100106 Pledgee: Shenzhen high tech investment and financing Company limited by guarantee Pledgor: Shenzhen Ultrapure Environmental Technology Co., Ltd. Registration number: 2016990001175 |
|
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20100106 |