化學品集中供液系統在濕化學工業設備中的應用

吳光慶，郭春華

(中國電子科技集團公司第四十五研究所,北京101601)

化學品集中供液系統在濕化學工業設備中的應用

吳光慶，郭春華

(中國電子科技集團公司第四十五研究所,北京101601)

介紹了化學品集中供液系統（CDS）的組成以及工作原理，并探討了系統中幾種關鍵結構件的功能，為遠距離輸送、精確配比等工況下的高效供液打下基礎。

化學品集中供液系統（CDS）；遠距離輸送；精確配比；氣液分離器

隨著濕化學設備在LED、太陽能、MEMS、功率器件、分立器件、先進封裝和半導體材料等領域自動化程度的不斷提高，傳統的人工手動配液、補液逐漸由自動供液取代。在這一過程中，化學品集中供液系統（CDS）便得到了越來越重要的應用。尤其在大揚程輸送，精確配比等使用環境下，便體現出其極大地優勢。

1 CDS供液系統組成及基本要求

1.1 CDS供液系統組成

系統主要由機架、引風單元、電控單元、供液單元、管路單元及化學液分配閥箱(VMB)等部分組成，分別如圖1和圖4所示。

圖1 CDS供液系統基本組成

1.2 CDS供液系統基本要求

1）操作安全：系統應具有抗腐蝕性、毒性、耐壓、防燃防爆等功能，保證操作者安全；

2）兼容性：與化學品接觸部份應完全與輸送化學品兼容，對化學品零污染；

3）流量及揚程：滿足供液過程中的流量和揚程要求，尤其對高濃度化學品（如 H2SO4、H3PO4）和具有垂直落差（供液系統與工藝機臺不在同一高度）的動力空間；

4）自動控制操作運轉：系統單元與機臺界面自動化；

5）精確配比：系統連續供液（配液、補液）過程中準確可靠，脈動性較好；

6）取樣分析：便于對系統中管路的粒子數、金屬離子等取樣分析；

7）泄漏警報：檢測泄漏及緊急關閉系統(EMO)；

8）其他：系統自診斷及管路維修保養功能。

2 CDS供液系統工作原理

CDS供液系統的工作原理如圖2所示。

圖2 CDS供液系統工作原理圖

一般情況下，同種溶液的原液桶為兩個，一用一備。當其中一個桶的液位傳感器檢測到該桶已經無液時，信號會自動使切換閥切換到另一個滿桶繼續工作。在有些情況下，受客戶場地或廠務因素等影響，供液系統與工藝機臺處于非同一高度，如圖3所示。

這種情況下必須考慮液體傳輸的連續性，當管路系統中夾雜氣泡時，流量計測得的流量值就會存在誤差，使得配液比例不精確，從而影響客戶工藝。因此需要借助安裝氣液分離器來保證管路系統中傳輸液體的連續穩定。分配箱通過將運輸的液體分流，多點應用，保證各工藝機臺的同時在線供液。

圖3 供液系統與機臺廠務布置空間圖

2.1 供液泵

供液泵作為動力源，常與閥門、管道、流量計等組成自動供液系統，用于配液、補液。常用的供液泵有氣動隔膜泵和風囊泵。氣動隔膜泵采用壓縮空氣作為動力源，對于各種腐蝕性的液體、帶顆粒的液體、高黏度、易揮發、易燃的液體均可輸送。隔膜泵的主要特點是：具有自吸功能，可空轉運行，但沒有機械密封，不會產生顆粒及污染，適用于中高黏度的液體，但液體的脈動性較大。由于隔膜泵在連續不間斷工作時膜片的使用壽命較短，因此需頻繁更換膜片。而風囊泵除具有氣動隔膜泵的主要優點外，因采用全氟材料，耐腐蝕和耐高溫性更強。由于風囊泵是用風囊取代了隔膜泵中的膜片，更適用于連續不間斷運行。輸送的液體脈動較隔膜泵小，使用壽命更長，但成本更高。值得一提的是，當泵的運輸管路在垂直方向含有落差時，泵的選型需格外注意。與在水平方向不同，因為在垂直方向上，泵需要克服液體的重力將液體輸送到所需高度，因此泵的揚程要滿足要求。

2.2 流量計

流量計可以用來測量液體、氣（汽）體和固體（沖量流量計），以滿足過程控制和計量的需要[1]。在濕化學工業設備中經常作為一種計量工具廣泛應用到溶液的配比、補液等環節中。例如SPM溶液，其組成成分一般按比例分為5∶1∶1（H2SO4∶H2O2∶H2O）和2∶1（H2SO4∶H2O2）兩種；APM溶液（NH4OH:H2O2∶H2O）等，對于這種混合的溶液而言，各成分的比例就是通過流量計控制的。

2.3 氣液分離器

氣液分離器就是讓混雜的氣相液相各自聚合成股，液滴碰撞聚結，氣體除去液滴后上升，從而達到氣液分離的目的。其原理是利用氣液比重不同，在慣性碰撞作用下，當流速降低后，在主流體轉向的過程中，氣相中細微的液滴下沉，從而與氣體分離，或利用旋風分離器，氣相中細微的液滴被進口高速氣流甩到器壁上，碰撞后失去動能而與轉向氣體分離。常采用的分離結構有重力沉降、離心力分離和超濾分離等。

2.4 分配箱

分配箱（VMB）是一種內嵌式多分支液體管道閥門分配控制箱體。VMB是易燃且具有腐蝕性、毒性等危險性液體供應專用組件。它能使液體從單一來源分配到多點應用。對于每個使用點,氣壓可單獨調控,從而滿足個性化需求。另外，供液系統所供應的化學品一般都有很高的純度要求,金屬離子濃度一般控制在一定的數量級[2]。分配箱設有采樣口，主要目的是可隨時監測溶液濃度、成分等物理或化學特性，以滿足工藝需求。

圖4 分配箱原理圖

3 結束語

本文介紹了化學品集中供液系統（CDS）的組成以及工作原理，并探討了集中供液系統中幾種關鍵結構件的功能，為遠距離輸送、精確配比等工況下的高效供液打下基礎。

參考文獻：

[1] 張潤，張峰，王玉，等.基于濕法清洗設備自動供液系統的研究.[J].山西電子技術，2016，(6)：80-81.

[2] 張云秀，黃其煜.300 mm半導體代工廠的化學供應系統探討[J].現代管理，2007，32(1)：17-20.

Application of Chemical Centralized Dispense System in Wet Chemical Industry Equipment

WU Guangqing，GUO Chunhua

(The 45thResearch Institute of CETC,Beijing 101601，China)

Composition and working principle of Chemical Centralized Dispense System(CDS)is introduced in this paper,and the functions of several key components in the system are discussed, which lay the root for high efficiency supply liquid under the condition of long-distance transmission and accurate matching.

Chemical centralized dispense system(CDS)；Long distance delivery；Exact match ratio；Gas-liquid separator

TN305

B

1004-4507(2017)03-0055-04

吳光慶（1969-），男，廣西玉林，工程師，主要從事半導體濕化學設備的研制和開發工作。

2017-03-22