Guía estándar ASTM D5127-13 para agua ultrapura para uso en las industrias electrónica y de semiconductores

La norma "Guía estándar ASTM D5127-13 para agua ultrapura utilizada en las industrias de electrónica y semiconductores" publicada por la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales (ASTM) describe recomendaciones para la calidad del agua relacionada con la producción de la industria de electrónica y semiconductores.

Esta norma incluye siete clasificaciones de agua, incluida agua para anchos de línea tan bajos como 0,032 micrones. En todos los casos, las recomendaciones son para el agua en el punto de distribución.

El agua se utiliza para lavar y enjuagar los componentes semiconductores durante la producción. El agua también se utiliza para procesos de limpieza y grabado, generación de vapores para la oxidación de superficies de silicio, preparación de fotomáscaras y depósito de materiales luminiscentes. Otras aplicaciones son el desarrollo y fabricación de dispositivos de estado sólido, dispositivos de película delgada, láseres de comunicación, diodos emisores de luz, fotodetectores, circuitos impresos, dispositivos de memoria, dispositivos de tubos de vacío o dispositivos electrolíticos.

Los usuarios que requieran calidades de agua diferentes a las descritas aquí deben consultar otras normas sobre agua, como la Especificación estándar ASTM D1193-06 para agua de reactivo y la Guía estándar ASTM D5196-06 para agua de grado de bioaplicación.

Para los efectos de esta norma, además de los términos y definiciones dados en la norma "Terminología estándar ASTM D1129-13 para agua", se aplican las siguientes definiciones:

• El recuento bacteriano total es el número total de microorganismos cultivables presentes en la muestra especificada, determinado de acuerdo con los métodos de prueba estándar ASTM F1094, excluidos los organismos anaeróbicos obligados.
• El carbono orgánico total (COT) se refiere al carbono medido después de que se haya eliminado la respuesta del carbono inorgánico mediante uno de los métodos de prueba ASTM prescritos.

Esta norma recomienda la calidad de agua requerida para las industrias electrónica y microelectrónica. Se requiere agua de alta pureza para evitar la contaminación de los productos durante la producción, ya que la contaminación es inaceptable y puede provocar una baja eficiencia del dispositivo electrónico. El rango de pureza del agua se define de acuerdo con el proceso de producción. Los tipos de agua ultrapura se definen según el ancho de la línea del dispositivo. En todos los casos, las recomendaciones de calidad del agua se aplican en el punto de distribución. Los límites de contaminación dependen de las especificaciones de contaminación actuales y de los métodos analíticos disponibles (realizados en un laboratorio limpio adecuado o con instrumentación en línea). Se utilizan métodos en línea y fuera de línea de acuerdo con las prácticas actuales de la industria. Puede ser necesaria la concentración de la muestra para medir los contaminantes en los niveles especificados en la tabla titulada “Requerimientos de agua en el punto de distribución en las industrias de electrónica y semiconductores” proporcionada en la norma.

Esta norma describe siete tipos de agua de grado electrónico. En todos los casos, las recomendaciones de calidad del agua se aplican en el punto de distribución. La clasificación es la siguiente:

• Tipo E-1: Esta agua está clasificada como agua microelectrónica para su uso en la producción de dispositivos con anchos de línea entre 0,5 y 1,0 µm.
• Tipo E-1.1: Esta agua está clasificada como agua microelectrónica para su uso en la producción de dispositivos con anchos de línea entre 0,25 y 0,35 µm.
• Tipo E-1.2: Esta agua está clasificada como agua microelectrónica para su uso en la producción de dispositivos con anchos de línea entre 0,09 y 0,18 µm.
• Tipo E-1.3: Esta agua está clasificada como agua microelectrónica para su uso en la producción de dispositivos con anchos de línea entre 0,065 y 0,032 µm. Este tipo es el agua de pureza práctica definitiva, producida en grandes volúmenes y está diseñada para los usos microelectrónicos más críticos.
• Tipo E-2: Esta agua está clasificada como agua microelectrónica para su uso en la producción de dispositivos con dimensiones entre 1 y 5 µm.
• Tipo E-3: Esta clase de agua está clasificada como agua macroelectrónica para ser utilizada en la producción de dispositivos con dimensiones superiores a 5 µm. Este grado se puede utilizar para producir componentes más grandes y algunos componentes más pequeños que no se ven afectados por trazas de impurezas.
• Tipo E-4: Esta clase puede clasificarse como agua utilizada en la preparación de soluciones de enchapado y otras aplicaciones donde el agua utilizada puede ser de menor calidad.

Los componentes del sistema de agua utilizado para producir agua de calidad electrónica deben agruparse en cinco secciones de proceso generales para simplificar la organización de los componentes del sistema. Estas operaciones son las siguientes:

• Pretratamiento: Los tratamientos de este grupo implican la adición de varios tipos de coagulantes, floculantes, clarificadores, tanques de sedimentación y sistemas de filtración de partículas (incluidos filtros de arena, elementos filtrantes desechables, membranas de ultrafiltración y otros sistemas de eliminación de partículas). Los lechos adsorbentes o trampa pueden incluir arena verde, carbón activado y una variedad de materiales sintéticos específicos para impurezas orgánicas e inorgánicas particulares.
• Desalinización: Este proceso es fundamental para la producción de todos los grados de agua ultrapura y puede implicar intercambio iónico, ósmosis inversa, electrodiálisis, ionización por electrodeposición continua o múltiples procesos de todos los anteriores. El tamaño del sistema determina la elección de la combinación de procesos de desalinización. Se deben considerar varias configuraciones de diferentes procesos, incluida la desmineralización de dos lechos y de lecho mixto, la ósmosis inversa multietapa utilizando varios tipos de membranas, la ionización por electrodos y la electrodiálisis.
• Sistemas de eliminación orgánica y biológica: La eliminación de contaminantes biológicos y orgánicos es una adición importante a cualquier sistema utilizado para preparar agua ultrapura. Los compuestos orgánicos disueltos, además de estar presentes en el agua original, pueden acumularse en el sistema durante el procesamiento. Los métodos para minimizar la bioincrustación incluyen la adición de peróxido de hidrógeno y ozono. Para obtener el máximo efecto de la irradiación se deben tener en cuenta variables como el caudal y la turbidez del agua, el grado de ciertos contaminantes como el hierro, el ácido húmico y flúvico. El carbono orgánico total disminuye a medida que se destruyen los compuestos orgánicos.
• Eliminación de partículas: La eliminación de partículas en la producción de agua ultrapura es diferente del pretratamiento, que elimina la materia suspendida de gran tamaño. Todos los tipos de partículas (biológicas, orgánicas o inorgánicas) impactan significativamente en la producción de componentes electrónicos. Los procesos utilizados para eliminar partículas generalmente consisten en el uso de una estructura de membrana microporosa plana, cilíndrica o plisada.
• Sistema de almacenamiento y distribución: El almacenamiento de agua de calidad electrónica durante la producción es crucial porque las impurezas se agregan al agua en proporción a la solubilidad de las impurezas, el área de contacto y el tiempo de contacto entre el agua, el aire, los materiales de retención o combinaciones de estos. Dado que es importante minimizar el contacto del agua con el recipiente de almacenamiento, también se debe minimizar el volumen de almacenamiento. Se debe utilizar nitrógeno de alta pureza para cubrir la atmósfera por encima del agua almacenada.

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