Guia padrão ASTM D5127-13 para água ultrapura para uso nas indústrias de eletrônicos e semicondutores

O padrão "ASTM D5127-13 Standard guide for ultrapure water used in the electronics and semiconductor industries" publicado pela Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) descreve recomendações para a qualidade da água relacionadas à produção na indústria de eletrônicos e semicondutores.

Este padrão inclui sete classificações de água, incluindo água para larguras de linha tão baixas quanto 0,032 mícrons. Em todos os casos, as recomendações são para água no ponto de distribuição.

A água é usada para lavar e enxaguar componentes semicondutores durante a produção. A água também é usada em processos de limpeza e gravação, gerando vapores para oxidação de superfícies de silício, preparando fotomáscaras e depositando materiais luminescentes. Outras aplicações são o desenvolvimento e a fabricação de dispositivos de estado sólido, dispositivos de película fina, lasers de comunicação, diodos emissores de luz, fotodetectores, circuitos impressos, dispositivos de memória, dispositivos de tubo de vácuo ou dispositivos eletrolíticos.

Usuários que necessitam de qualidades de água diferentes das descritas aqui devem consultar outros padrões de água, como a Especificação Padrão ASTM D1193-06 para Água Reagente e o Guia Padrão ASTM D5196-06 para Água de Grau de Bioaplicação.

Para os fins desta norma, além dos termos e definições fornecidos na norma "Terminologia Padrão ASTM D1129-13 para Água", aplicam-se as seguintes definições:

• A contagem bacteriana total é o número total de microrganismos cultiváveis ​​presentes na amostra especificada, determinado de acordo com os métodos de teste padrão ASTM F1094, excluindo organismos anaeróbicos obrigatórios.
• O carbono orgânico total (COT) refere-se ao carbono medido após a resposta do carbono inorgânico ter sido eliminada por um dos métodos de teste prescritos pela ASTM.

Esta norma recomenda a qualidade da água necessária para as indústrias eletrônica e microeletrônica. Água de alta pureza é necessária para evitar a contaminação dos produtos durante a produção, pois a contaminação é inaceitável e pode levar à baixa eficiência de dispositivos eletrônicos. A faixa de pureza da água é definida de acordo com o processo de produção. Os tipos de água ultrapura são definidos pela largura da linha do dispositivo. Em todos os casos, as recomendações de qualidade da água se aplicam no ponto de distribuição. Os limites de contaminação dependem das especificações atuais de contaminação e dos métodos analíticos disponíveis (realizados em um laboratório limpo adequado ou com instrumentação on-line). Métodos online e offline são usados ​​de acordo com as práticas atuais do setor. A concentração da amostra pode ser necessária para medir contaminantes nos níveis especificados na tabela intitulada “Necessidades de água no ponto de distribuição nas indústrias de eletrônicos e semicondutores” fornecida na norma.

Esta norma descreve sete tipos de água de qualidade eletrônica. Em todos os casos, as recomendações de qualidade da água se aplicam no ponto de distribuição. A classificação é a seguinte:

• Tipo E-1: Esta água é classificada como água microeletrônica para uso na produção de dispositivos com larguras de linha entre 0,5 e 1,0 µm.
• Tipo E-1.1: Esta água é classificada como água microeletrônica para uso na produção de dispositivos com larguras de linha entre 0,25 e 0,35 µm.
• Tipo E-1.2: Esta água é classificada como água microeletrônica para uso na produção de dispositivos com larguras de linha entre 0,09 e 0,18 µm.
• Tipo E-1.3: Esta água é classificada como água microeletrônica para uso na produção de dispositivos com larguras de linha entre 0,065 e 0,032 µm. Este tipo é a água com a máxima pureza prática, produzida em grandes volumes e projetada para os usos microeletrônicos mais críticos.
• Tipo E-2: Esta água é classificada como água microeletrônica para uso na produção de dispositivos com dimensões entre 1 e 5 µm.
• Tipo E-3: Esta classe de água é classificada como água macroeletrônica para ser utilizada na produção de dispositivos com dimensões maiores que 5 µm. Esta classe pode ser usada para produzir componentes maiores e alguns componentes menores que não são afetados por impurezas residuais.
• Tipo E-4: Esta classe pode ser classificada como água usada na preparação de soluções de galvanoplastia e outras aplicações onde a água usada pode ser de qualidade inferior.

Os componentes do sistema de água usado para produzir água de qualidade eletrônica devem ser agrupados em cinco seções gerais de processo para simplificar a organização dos componentes do sistema. Essas operações são as seguintes:

• Pré-tratamento: Os tratamentos neste grupo envolvem a adição de vários tipos de coagulantes, floculantes, clarificadores, tanques de sedimentação e sistemas de filtragem de partículas (incluindo filtros de areia, elementos filtrantes descartáveis, membranas de ultrafiltração e outros sistemas de remoção de partículas). Leitos adsorventes ou coletores podem incluir areia verde, carvão ativado e uma variedade de materiais sintéticos específicos para impurezas orgânicas e inorgânicas específicas.
• Dessalinização: Este processo é fundamental para a produção de todos os tipos de água ultrapura e pode envolver troca iônica, osmose reversa, eletrodiálise, ionização contínua de eletrodos ou múltiplos processos de todos os anteriores. O tamanho do sistema determina a escolha da combinação dos processos de dessalinização. Várias configurações de diferentes processos devem ser consideradas, incluindo desmineralização de dois leitos e leito misto, osmose reversa multiestágio usando vários tipos de membrana, ionização de eletrodos e eletrodiálise.
• Sistemas de remoção orgânica e biológica: A remoção de contaminantes biológicos e orgânicos é um acréscimo importante a qualquer sistema usado para preparar água ultrapura. Compostos orgânicos dissolvidos, além de estarem presentes na água original, podem se acumular no sistema durante o processamento. Métodos para minimizar a bioincrustação incluem a adição de peróxido de hidrogênio e ozônio. Para obter o máximo efeito da irradiação, variáveis ​​como fluxo e turbidez da água, grau de certos contaminantes como ferro, ácido húmico e fluvial devem ser levados em consideração. O carbono orgânico total diminui à medida que os compostos orgânicos são destruídos.
• Remoção de partículas: A remoção de partículas na produção de água ultrapura é diferente do pré-tratamento, que remove grandes matérias suspensas. Todos os tipos de partículas (biológicas, orgânicas ou inorgânicas) impactam significativamente a produção de componentes eletrônicos. Os processos usados ​​para remover material particulado geralmente consistem no uso de uma estrutura de membrana microporosa plana, cilíndrica ou plissada.
• Sistema de armazenamento e distribuição: O armazenamento de água de qualidade eletrônica durante a produção é crucial porque as impurezas são adicionadas à água na proporção da solubilidade das impurezas, da área de contato e do tempo de contato entre água, ar, materiais de retenção ou combinações destes. Como é importante minimizar o contato da água com o recipiente de armazenamento, o volume de armazenamento também deve ser minimizado. Nitrogênio de alta pureza deve ser usado para cobrir a atmosfera acima da água armazenada.

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