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水资源短缺与半导体行业。制造厂商如何为需求高峰做好准备?

对半导体日益增长的需求意味着制造厂商要寻求迅速扩大产能。为匹配这种增长速度,诸如废水处理等过程需要高效、耐用和可持续性的设备。

水资源短缺与半导体行业。制造厂商如何为需求高峰做好准备?

半导体几乎推动着全世界的每个领域的数字化进程。全球半导体需求在2021年将达到1.14万亿个单位根据McClean 2021报告的预测。1

然而,半导体的供应链短缺正在给从视频游戏到汽车等行业带来挑战。这在一定程度上可能与COVID-19大流行有关,它改变了全球电子产品的消费模式,但这不是唯一的因素。

Semiconductor Digest 的主编 Peter Singer 表示说,半导体晶圆的短缺预计将在未来几年一直持续,但行业的整体前景非常乐观。

“各种各样的应用继续推动着半导体技术的发展,”他说,“农业、数据中心、网络技术、量子计算、人工智能、物联网、医学都需要更多。一方面是巨大的需求,另一方面开发人员将继续致力于减小半导体的尺寸。”

认识到可持续发展的必要性

半导体生产需要消耗大量的水和能源,其中大部分都会作为污水进行处理和排放。随着制造商寻求更大规模的生产和建造新的设施以满足前所未有的需求,这提醒业界高效废水处理的重要性。

半导体制造涉及广泛而复杂的浆料和化学品,需要严格的废水分离、处理和回收系统。处理这些工业废料的挑战是废水中含有金属和其他有害物质涉及执行环境法规(如中国废水排放标准),可能产生重大损失。

半导体生产中涉及的化合物包括用于清洁和蚀刻感光元件的氢氟酸以及用于冲洗的氨、氟化铵、过氧化氢和盐酸、硫酸和磷酸。清洗半导体晶片是这个过程中最耗水的部分,产生的含氟废水需要用石灰中和。

在中国的一家新半导体工厂这是一家无锡市的合资企业,生产家用电器用半导体元件,并使用沃森马洛流体技术集团(Watson-Marlow Fluid Technology Group,简称WMFTG)的Bredel软管泵来泵送氢氧化钙/石灰。该泵适用于高磨蚀性溶液以4-5 bar的排放压力在连续24/7工况中通过管道传输一定距离。在中国的一家新半导体工厂。

Bredel 软管泵的优势
Bredel软管泵可以干运行和自吸,流体被泵送的过程中只接触到软管,这使其成为处理例如石灰浆这类磨蚀性化学品的理想选择。在软管的整个使用寿命期间,即使在粘度和温度不同的情况下,也能保证稳定的流速。

此外,该泵的转子设计,不会影响减速机轴承。其专利的直联式设计将重型转子轴承合并到泵的转子里,加上一个独立的泄露缓冲区,保护传动装置免受悬垂负荷的影响,同时防止在软管发生故障时受到泵送液体的污染。通过这种设计,这些泵可以在连续工况中无故障运行,例如在半导体废水处理厂中,设备故障是不可接受的。

半导体生产的全球扩张和水资源短缺对这一高耗水量行业的生产所带来的风险,意味着关注可持续经营是至关重要的。高质量的冲洗水意味着可以回收再利用,同时整个行业趋势迈向结束废水和工艺用水的循环。

一家领先的韩国制造商计划通过将旧设施排放出的废水导入先进的综合废水处理设施,从其在其运营中回收平均每天62000立方米的水。然而美国科技公司英特尔根据其可持续发展计划将在 2030 年前实现水资源使用量的净成长为零。

半导体工业面临的水和废水挑战很大,但有了蠕动泵,精确的化学品计量变得越来越容易,从而节省了化学品消耗。随着工艺规模的扩大和水的再利用变得越来越复杂,安装能够优化效率并大大减少维护和停机时间的
经久耐用的设备变得比以往任何时候都重要。

在一个独立的工况中,使用专门的设备对半导体进行经受高温和振动等全面性的测试。在-60℃下使用大量的氢氟醚(HFE)作为冷却剂。在一个测试中心里,用于输送冷却剂的输送管显示出化学侵蚀的迹象,并且正在开裂,更进一步的问题是,端口处的接头正从设备内部的软管上脱落,这会导致泄漏和堵塞。

设备设计人员随后安装了Aflex Hyperline软管来处理HFE冷却剂。这些长寿命和极为耐化学腐蚀的软管现在已成为测试设备的重要组成部分,最大限度地减少了对半导体测试的干扰。

一份2020年的来自美国的报告半导体工业协会 在 2019 年全球投产的六家半导体制造工厂中,有四家是在中国。去年,中国政府对该行业进行了最大规模的投资,向国家集成电路产业投资基金投入了大约 2040 亿元人民币(约合 226 亿英镑)。

作为全球最大的半导体消费国,中国决心在其工业战略中优先发展半导体行业,不断提升国内的制造能力,并在 2030 年前成为该行业所有领域的全球领导者。

资料来源:
1 A Complete Analysis and Forecast of the Integrated Circuit Industry,2021 年 1 月发布

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