基于環境影響評價淺談集成電路建設項目污染控制

黃 萍

（上海華閔環境股份有限公司，上海 200333）

集成電路建設項目包括集成電路設計、制造、封裝等生產項目[1]。隨著我國集成電路行業的迅速發展，集成電路建設項目日益增多[2]。然而，集成電路建設項目生產工藝復雜，原輔料涉及各類化學品，不可避免地產生各類對環境有危害的廢氣、廢水、固體廢物（俗稱“三廢”）。根據相關法律法規，集成電路項目建設前應開展環境影響評價[3]。通過結合上海市某集成電路企業環境影響評價，介紹大多數集成電路建設項目通常會涉及的生產工藝，分析生產過程中產生的“三廢”并提出相應的污染控制措施。

1 集成電路制造常見的生產工藝

一般來說，集成電路工藝主要包括圖形轉換、摻雜和制膜[4]。以上海市某集成電路制造企業（主要產品包括場效應管、集成電路、二極管等）為例，生產工藝主要由晶片加工工序和封裝測試工序構成，具體生產工藝流程見圖1。

圖1 集成電路生產工藝流程

1.1 晶片加工

首先對晶片進行測試，在合格晶片正面貼上保護膜；然后使用研磨機，在噴灑純水的情況下將晶片背面的厚度研磨減薄成設計的厚度后，按照帶膜腐蝕或人工揭膜進行區分進行下一個步驟：帶膜腐蝕是將正面貼膜的晶片依次人工浸入硼酸、氫氟酸和純水中進行腐蝕，再人工揭膜；不帶膜腐蝕是人工揭膜后將晶片置于腐蝕機內，在氮氣保護下晶片經硅腐蝕液和氫氟酸腐蝕，再由純水清洗。然后，在高真空蒸發鍍膜設備內將鈦、鎳、銀高溫蒸發后沉積在晶片背面，形成復合金屬鍍膜。最后對晶片進行激光切割，成為加工后的晶片。

1.2 封裝測試

加工后的晶片經檢驗測試合格后，進行裝片貼膜。然后在切割機內，根據設計要求進行切割，并使用純水和清洗液對晶片進行清潔后送至目視站進行顯微目視檢查。接著，晶片在粘片機中通過銀漿或錫膏與銅框架相連。如果使用銀漿，帶有晶片的銅框架在烘箱內進行153 ℃烘烤；如果使用錫膏，粘片后用溴丙烷清洗多余的錫膏，不進行烘烤。然后在氮氣和氫氣的氛圍下用打線機將銅線、金線或鋁線裝訂在銅框架上，再送至目視站進行顯微目視檢查。檢查合格后，將環氧樹脂和洗模料塑封（170 ℃～180 ℃）在半成品上，再進行烘烤。然后采用激光打標機進行激光打標，在切廢/切筋工序中切除邊角料。接著，將半成品進行鍍錫、切腳/成型工序，再送至目視站進行顯微目視檢查。最終，經過電測、包裝、檢查等工序后作為成品發送給客戶。

1.3 鍍錫（電鍍）

大多數集成電路建設項目均涉及電鍍工藝，包括鍍銅、鍍錫等[5]。以上述企業為例，半成品需要進行鍍錫處理。鍍錫的具體工藝流程見圖2。

圖2 集成電路建設項目中鍍錫工藝流程

首先，在溫度50 ℃、電壓16 V和電流300 A的條件下進行電解軟化以去除引腳旁的溢膠；后轉移至清洗槽內進行純水逆流清洗；

接著，在溫度 25 ℃～35 ℃、電流150 A、電壓8 V的條件下，用除銹活化劑溶液或者硫酸與過硫酸鈉配成的槽液對鍍件（全部為銅基）進行逆流噴淋，以進一步去除銅的氧化皮膜，增加表面粗糙度，以增大鍍件的接觸面積；

再次對鍍件進行純水逆流清洗后在溫度20 ℃～40 ℃、電流80 A和電壓12 V的條件下，將待鍍件浸泡于甲基磺酸溶液中進行預浸以去除活化殘余物，并使鍍件表面清潔無氧化；

利用電鍍原理，將錫球中的錫按比例均勻地沉積于產品引架上，并在溫度20 ℃～23 ℃、電流 250 A 和電壓 8 V 的條件下，用甲基磺酸、甲基磺酸錫、鍍錫添加劑配成的槽液逆流噴淋。

完成鍍錫的鍍件在清洗槽內進行純水逆流清洗后用磷酸三鉀或防變色劑中和鍍錫產品上的酸性物質。接著在清洗槽熱純水中逆流清洗后，用120 ℃的熱空氣將鍍件烘干，然后自動卸載鍍件。如果存在不合格產品，用重工剝錫劑、鋼帶剝離劑、水去除不合格產品表面的鍍層，重新進行去廢/電鍍工序。

2 主要產污節點

2.1 晶片加工過程的產污節點

晶片背面減薄過程中研磨機的運行會產生少量顆粒物，腐蝕過程中由于使用各類酸性試劑，會產生酸性廢氣。背面減薄采用的是“濕磨”的方式，因此會產生背面減薄廢水，腐蝕過程產生腐蝕清洗廢水。此外，晶片加工還會產生廢晶片、廢酸液、廢塑料（貼膜）等固體廢物。

值得關注的是，該企業采用真空蒸鍍，在高真空腔體中，空置發射器發射陰離子射線轟擊靶材，將靶材金屬原子擊打出來，并通過電場精確控制下沉積到晶片背面，此過程為純物理過程，不會產生廢氣，因此不涉及含重金屬鎳、銀等一類污染物的廢氣、廢水產生。

2.2 封裝測試過程的產污節點

封裝測試過程中的粘片、清洗、烘烤、塑封等步驟由于使用銀漿、錫膏等含揮發性物質原輔料，因此會產生有機廢氣（粘片廢氣、清洗廢氣、銀漿烘烤廢氣、塑封廢氣），切割清洗步驟會產生少量清洗廢水。整個封裝測試過程中同樣會產生固體廢物，包括廢晶片、廢塑料、廢金屬等。

由于封裝測試過程中使用的清洗液無腐蝕性，不會溶解表面蒸鍍層，另外，晶片在無酸清洗后與外部銅框架連接之后即已被封閉保護，后續的鍍錫流程只針對銅框架進行，不會觸及晶片表面，不會導致晶片鍍層重金屬元素進入水相。

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2.3 鍍錫（電鍍）過程的產污節點

鍍錫工藝流程中使用的槽液大多為酸性，容易產生酸性電鍍氣體；清洗過程中產生的清洗廢水除了含有第一類水污染物錫以外，還因酸性腐蝕銅框架和溶解銅的氧化物而含有銅，但整個鍍錫流程中均不接觸晶片表面，該廢水不含銀、鎳等污染物。鍍錫流程中主要產生的固體廢物為高濃度的廢酸液（槽液）。

3 “三廢”污染控制

3.1 廢氣

企業生產過程中產生的廢氣種類及污染因子主要包括減薄廢氣（顆粒物）、晶片腐蝕廢氣（HF、硫酸霧和NOx）、封裝有機廢氣（粘片、清洗、烘烤、塑封，主要污染因子為非甲烷總烴）和電鍍酸性氣體（硫酸霧）。上海市《半導體行業污染物排放標準》（DB31/374-2006）要求“半導體企業產生的大氣污染物應由密閉排氣系統導入廢氣處理設施后排放，不應有無組織排放存在”，因此企業在廢氣收集方面均力求實現廢氣100%的收集效率。

3.1.1 減薄廢氣

企業減薄工序均在密閉設備內進行，產生的減薄廢氣通過設備全密閉收集，經過噴淋塔處理后由排氣筒排放。廢氣收集效率為100%，噴淋塔去除顆粒物的效率可達95%以上。

3.1.2 晶片腐蝕廢氣

晶片腐蝕在密閉設備內進行，產生的酸性氣體通過設備密閉收集后由堿性噴淋塔處理，之后經過排氣筒高空排放。廢氣收集效率100%，洗滌塔洗滌處理效率可以保證大于50%以上，甚至達到90%。

3.1.3 封裝有機廢氣

企業封裝過程中有機廢氣的清洗、粘片、烘烤、塑封工序均設置在密閉房間中，產生的有機廢氣通過集氣罩收集，接入堿洗噴淋塔+除濕+活性炭裝置處理后通過排氣筒排放。廢氣收集效率為100%，堿洗噴淋塔+除濕+活性炭裝置對有機廢氣的處理效率可達90%。

3.1.4 電鍍酸性氣體

企業電鍍槽可實現密閉收集電鍍產生的酸性氣體，廢氣經堿液噴淋塔凈化后經排氣筒排放，廢氣收集效率為100%，堿洗噴淋塔處理效率可以保證大于50%以上。

3.2 廢水

根據企業環評可知，生產廢水主要包括：晶片前道加工中背面減薄工序產生的背面減薄廢水，腐蝕工序產生的腐蝕清洗廢水；封裝測試中切割清洗工序產生的切割清洗廢水；鍍錫的高壓水清洗、純水清洗工序產生的電鍍清洗廢水；噴淋塔處理廢氣產生的噴淋塔廢水。其中，鍍錫廢水進入專門的鍍錫廢水處理站（專門處理電鍍廢水的車間預處理站）；背面減薄、腐蝕和切割清洗廢水進入研磨廢水中水回用系統進行多層超濾處理，約10%濃水排入研磨廢水站進一步處理達標后納管，其余90%中水站出水直接進入中水系統，供全廠生產使用；噴淋塔廢水進入研磨廢水處理站。

3.2.1 鍍錫廢水處理站

企業的鍍錫廢水站包含多個廢水處理單元，配備提升泵、計量泵、攪拌機、加藥泵、填料塔、隔膜泵、排泥閥、壓濾機、碳濾器、砂濾器等設備，設計處理能力為480 t/d，處理工藝為“絮凝沉降+斜管沉淀+A/O生化+碳濾/砂濾”。進入鍍錫廢水站的廢水主要污染因子為COD、BOD5、NH3-N、SS、LAS、錫等，絮凝沉降/斜管沉淀能夠有效去除廢水中的SS，A/O生化能夠有效去除廢水中的COD、BOD5、NH3-N、SS、LAS等，絮凝沉降、碳濾/砂濾對錫等重金屬的去除效果良好。

3.2.2 研磨廢水中水回用系統

中水回用系統的核心原理是依靠各等級的過濾材料，將廢水中的物質從粒徑由大到小逐級過濾，直到滿足中水回用要求。系統工藝路線為收集系統——判定循環系統——預處理系統——陶瓷膜系統——過濾殺菌裝置——反滲透裝置。即廢水進入收集池，陸續進入預處理系統，廢水經精密過濾器過濾，去除較大的顆粒懸浮物及部分細小顆粒，降低陶瓷膜負荷，在陶瓷膜系統去除細小懸浮物顆粒、膠體硅及部分有機物等污染物質，陶瓷膜產水經過濾殺菌后，進入反滲透裝置，進行脫鹽，去除有機污染物，RO產水回用純水制備系統。企業配置的研磨廢水中水回用系統設計規模為30 m3/h，全廠廢水排放大大縮減，同時減少了新鮮水的使用。

3.2.3 研磨廢水處理站

企業配備的研磨廢水處理系統包含多個廢水處理單元，配備提升泵、計量泵、攪拌機、隔膜泵、排泥閥、壓濾機等電動設備，設計處理能力為648 t/d，處理工藝為“絮凝沉降+斜管沉淀”。進入研磨廢水站的廢水主要污染因子為COD、SS等，在絮凝劑的作用下，廢水中的懸浮微粒失去穩定性，膠粒物相互凝聚使微粒增大，形成絮凝體、礬花。絮凝體長大到一定體積后即在重力作用下脫離水相沉淀，從而去除廢水中的大量懸浮物，達到水處理的效果。研磨廢水站運行良好，處理工藝能夠滿足研磨硅屑/噴淋/酸洗廢水的處理需求。

3.2.4 含一類水污染物廢水收集處理措施

企業僅有鍍錫線使用含錫物料并產生含錫廢水，錫為一類重金屬污染物，要求車間排放口達標。為此，企業專門為鍍錫線配套建設了鍍錫廢水處理站，作為鍍錫線的車間預處理裝置，只收集處理鍍錫線廢水，目前已擁有獨立自用的污泥壓濾裝置，壓濾廢水全部回到調節池重新處理。

企業鍍錫廢水站排口、總排水口均安裝了在線監測系統，并已和生態環境局聯網，加強日常管理，嚴格控制一類污染物的排放。

3.3 固體廢物

3.3.1 一般工業固廢

企業生產過程中產生的一般工業固廢主要為廢塑封料、廢塑料、廢包裝材料、廢金屬、廢晶片、廢濾芯。一般工業固廢暫存于一般工業固廢暫存區，滿足防滲漏、防雨淋、防揚塵等環境保護要求，定期安排物資回收單位外運綜合利用或處置。

3.3.2 危險廢物

企業生產過程中產生的危險廢物主要為廢酸（HW34）、廢有機溶劑（HW06）、廢包裝物（HW49）、廢燈管（HW29）、廢活性炭（HW49）、污泥（HW17）。企業設置有專門危廢暫存庫，對地面進行防滲處理，危廢按類別分類暫存，待收集到一定數量后委托資質單位外運處置。

4 結語

本文通過上海某集成電路制造企業的環境影響評價，分析其生產過程中的主要工藝、產污節點和“三廢”的污染控制措施，盡可能減少污染物的產生量和排放量，提高污染物的削減量，滿足上海市集成電路行業污染物排放標準的要求。