Guida standard ASTM D5127-13 per acqua ultrapura per l'uso nei settori dell'elettronica e dei semiconduttori

Lo standard "ASTM D5127-13 Standard guide for ultrapure water used in the electronics and semiconductor industries" pubblicato dall'American Society for Testing and Materials (ASTM) descrive le raccomandazioni per la qualità dell'acqua in relazione alla produzione nei settori dell'elettronica e dei semiconduttori.

Questo standard comprende sette classificazioni dell'acqua, tra cui l'acqua per larghezze di linea pari a 0,032 micron. In tutti i casi, le raccomandazioni si riferiscono all'acqua nel punto di distribuzione.

Durante la produzione, l'acqua viene utilizzata per lavare e risciacquare i componenti semiconduttori. L'acqua viene utilizzata anche per i processi di pulizia e incisione, per generare vapori per l'ossidazione delle superfici in silicio, per preparare fotomaschere e per depositare materiali luminescenti. Altre applicazioni includono lo sviluppo e la produzione di dispositivi a stato solido, dispositivi a film sottile, laser per comunicazioni, diodi a emissione luminosa, fotodetectori, circuiti stampati, dispositivi di memoria, dispositivi a tubo a vuoto o dispositivi elettrolitici.

Gli utenti che necessitano di qualità dell'acqua diverse da quelle descritte nel presente documento devono fare riferimento ad altri standard per l'acqua, come la specifica standard ASTM D1193-06 per l'acqua reagente e la guida standard ASTM D5196-06 per l'acqua di grado bioapplicativo.

Ai fini della presente norma, oltre ai termini e alle definizioni riportati nella norma "ASTM D1129-13 Terminologia standard per l'acqua", si applicano le seguenti definizioni:

• La conta batterica totale è il numero totale di microrganismi coltivabili presenti nel campione specificato, determinato in conformità ai metodi di prova standard ASTM F1094, escludendo gli organismi anaerobici obbligati.
• Il carbonio organico totale (TOC) si riferisce al carbonio misurato dopo che la risposta del carbonio inorganico è stata eliminata mediante uno dei metodi di prova ASTM prescritti.

Questa norma raccomanda la qualità dell'acqua richiesta per l'industria elettronica e microelettronica. È necessaria acqua ad elevata purezza per evitare la contaminazione dei prodotti durante la produzione, poiché la contaminazione è inaccettabile e può ridurre l'efficienza dei dispositivi elettronici. L'intervallo di purezza dell'acqua è definito in base al processo di produzione. I tipi di acqua ultrapura sono definiti dalla larghezza della linea del dispositivo. In ogni caso, le raccomandazioni sulla qualità dell'acqua si applicano al punto di distribuzione. I limiti di contaminazione dipendono dalle specifiche di contaminazione correnti e dai metodi analitici disponibili (eseguiti in un laboratorio pulito idoneo o con strumentazione in linea). Vengono utilizzati metodi online e offline in conformità con le attuali pratiche del settore. Potrebbe essere necessaria la concentrazione del campione per misurare i contaminanti ai livelli specificati nella tabella intitolata "Requisiti idrici nel punto di distribuzione nelle industrie elettroniche e dei semiconduttori" fornita nella norma.

Questa norma descrive sette tipi di acqua di grado elettronico. In ogni caso, le raccomandazioni sulla qualità dell'acqua si applicano al punto di distribuzione. La classificazione è la seguente:

• Tipo E-1: Quest'acqua è classificata come acqua microelettronica ed è destinata all'uso nella produzione di dispositivi con larghezze di linea comprese tra 0,5 e 1,0 µm.
• Tipo E-1.1: Quest'acqua è classificata come acqua microelettronica ed è destinata all'uso nella produzione di dispositivi con larghezze di linea comprese tra 0,25 e 0,35 µm.
• Tipo E-1.2: Quest'acqua è classificata come acqua microelettronica ed è destinata all'uso nella produzione di dispositivi con larghezze di linea comprese tra 0,09 e 0,18 µm.
• Tipo E-1.3: Quest'acqua è classificata come acqua microelettronica e può essere utilizzata nella produzione di dispositivi con larghezze di linea comprese tra 0,065 e 0,032 µm. Questa tipologia rappresenta la massima purezza pratica dell'acqua, prodotta in grandi volumi ed è progettata per gli usi microelettronici più critici.
• Tipo E-2: Quest'acqua è classificata come acqua microelettronica ed è destinata alla produzione di dispositivi con dimensioni comprese tra 1 e 5 µm.
• Tipo E-3: Questa classe di acqua è classificata come acqua macroelettronica da utilizzare nella produzione di dispositivi con dimensioni superiori a 5 µm. Questo grado può essere utilizzato per produrre componenti più grandi e alcuni componenti più piccoli che non sono influenzati da tracce di impurità.
• Tipo E-4: Questa classe può essere classificata come acqua utilizzata nella preparazione di soluzioni galvaniche e altre applicazioni in cui l'acqua utilizzata può essere di qualità inferiore.

I componenti del sistema idrico utilizzato per produrre acqua di qualità elettronica dovrebbero essere raggruppati in cinque sezioni di processo generali per semplificare l'organizzazione dei componenti del sistema. Tali operazioni sono le seguenti:

• Pretrattamento: i trattamenti di questo gruppo prevedono l'aggiunta di vari tipi di coagulanti, flocculanti, chiarificanti, vasche di sedimentazione e sistemi di filtrazione delle particelle (inclusi filtri a sabbia, elementi filtranti monouso, membrane di ultrafiltrazione e altri sistemi di rimozione delle particelle). I letti assorbenti o trappola possono comprendere sabbia verde, carbone attivo e una varietà di materiali sintetici specifici per particolari impurità organiche e inorganiche.
• Desalinizzazione: questo processo è fondamentale per la produzione di tutti i tipi di acqua ultrapura e può comportare lo scambio ionico, l'osmosi inversa, l'elettrodialisi, la ionizzazione continua degli elettrodi o più processi di tutti quelli sopra menzionati. La scelta della combinazione dei processi di dissalazione è determinata dalle dimensioni del sistema. Si dovrebbero prendere in considerazione diverse configurazioni di processi diversi, tra cui la demineralizzazione a due letti e a letto misto, l'osmosi inversa multistadio con utilizzo di vari tipi di membrana, la ionizzazione tramite elettrodi e l'elettrodialisi.
• Sistemi di rimozione organica e biologica: la rimozione dei contaminanti biologici e organici è un'aggiunta importante a qualsiasi sistema utilizzato per preparare acqua ultrapura. I composti organici disciolti, oltre ad essere presenti nell'acqua originale, possono accumularsi nel sistema durante la lavorazione. I metodi per ridurre al minimo il biofouling includono l'aggiunta di perossido di idrogeno e ozono. Per ottenere il massimo effetto dall'irradiazione, è necessario tenere conto di variabili quali il flusso e la torbidità dell'acqua, il grado di alcuni contaminanti quali ferro, acido umico e acido fluvico. Il carbonio organico totale diminuisce man mano che le sostanze organiche vengono distrutte.
• Rimozione delle particelle: la rimozione delle particelle nella produzione di acqua ultrapura è diversa dal pretrattamento, che rimuove le particelle sospese di grandi dimensioni. Tutti i tipi di particelle (biologiche, organiche o inorganiche) hanno un impatto significativo sulla produzione di componenti elettronici. I processi utilizzati per rimuovere il particolato consistono generalmente nell'impiego di una struttura a membrana microporosa piatta, cilindrica o pieghettata.
• Sistema di stoccaggio e distribuzione: lo stoccaggio dell'acqua per uso elettronico durante la produzione è fondamentale perché le impurità vengono aggiunte all'acqua in proporzione alla loro solubilità, all'area di contatto e al tempo di contatto tra acqua, aria, materiali di contenimento o combinazioni di questi. Poiché è importante ridurre al minimo il contatto dell'acqua con il contenitore di stoccaggio, anche il volume di stoccaggio dovrebbe essere ridotto al minimo. Per ricoprire l'atmosfera sopra l'acqua immagazzinata, si dovrebbe utilizzare azoto ad elevata purezza.

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