化学品集中供液系统在湿化学工业设备中的应用

吴光庆，郭春华

(中国电子科技集团公司第四十五研究所,北京101601)

化学品集中供液系统在湿化学工业设备中的应用

吴光庆，郭春华

(中国电子科技集团公司第四十五研究所,北京101601)

介绍了化学品集中供液系统（CDS）的组成以及工作原理，并探讨了系统中几种关键结构件的功能，为远距离输送、精确配比等工况下的高效供液打下基础。

化学品集中供液系统（CDS）；远距离输送；精确配比；气液分离器

随着湿化学设备在LED、太阳能、MEMS、功率器件、分立器件、先进封装和半导体材料等领域自动化程度的不断提高，传统的人工手动配液、补液逐渐由自动供液取代。在这一过程中，化学品集中供液系统（CDS）便得到了越来越重要的应用。尤其在大扬程输送，精确配比等使用环境下，便体现出其极大地优势。

1 CDS供液系统组成及基本要求

1.1 CDS供液系统组成

系统主要由机架、引风单元、电控单元、供液单元、管路单元及化学液分配阀箱(VMB)等部分组成，分别如图1和图4所示。

图1 CDS供液系统基本组成

1.2 CDS供液系统基本要求

1）操作安全：系统应具有抗腐蚀性、毒性、耐压、防燃防爆等功能，保证操作者安全；

2）兼容性：与化学品接触部份应完全与输送化学品兼容，对化学品零污染；

3）流量及扬程：满足供液过程中的流量和扬程要求，尤其对高浓度化学品（如 H2SO4、H3PO4）和具有垂直落差（供液系统与工艺机台不在同一高度）的动力空间；

4）自动控制操作运转：系统单元与机台界面自动化；

5）精确配比：系统连续供液（配液、补液）过程中准确可靠，脉动性较好；

6）取样分析：便于对系统中管路的粒子数、金属离子等取样分析；

7）泄漏警报：检测泄漏及紧急关闭系统(EMO)；

8）其他：系统自诊断及管路维修保养功能。

2 CDS供液系统工作原理

CDS供液系统的工作原理如图2所示。

图2 CDS供液系统工作原理图

一般情况下，同种溶液的原液桶为两个，一用一备。当其中一个桶的液位传感器检测到该桶已经无液时，信号会自动使切换阀切换到另一个满桶继续工作。在有些情况下，受客户场地或厂务因素等影响，供液系统与工艺机台处于非同一高度，如图3所示。

这种情况下必须考虑液体传输的连续性，当管路系统中夹杂气泡时，流量计测得的流量值就会存在误差，使得配液比例不精确，从而影响客户工艺。因此需要借助安装气液分离器来保证管路系统中传输液体的连续稳定。分配箱通过将运输的液体分流，多点应用，保证各工艺机台的同时在线供液。

图3 供液系统与机台厂务布置空间图

2.1 供液泵

供液泵作为动力源，常与阀门、管道、流量计等组成自动供液系统，用于配液、补液。常用的供液泵有气动隔膜泵和风囊泵。气动隔膜泵采用压缩空气作为动力源，对于各种腐蚀性的液体、带颗粒的液体、高黏度、易挥发、易燃的液体均可输送。隔膜泵的主要特点是：具有自吸功能，可空转运行，但没有机械密封，不会产生颗粒及污染，适用于中高黏度的液体，但液体的脉动性较大。由于隔膜泵在连续不间断工作时膜片的使用寿命较短，因此需频繁更换膜片。而风囊泵除具有气动隔膜泵的主要优点外，因采用全氟材料，耐腐蚀和耐高温性更强。由于风囊泵是用风囊取代了隔膜泵中的膜片，更适用于连续不间断运行。输送的液体脉动较隔膜泵小，使用寿命更长，但成本更高。值得一提的是，当泵的运输管路在垂直方向含有落差时，泵的选型需格外注意。与在水平方向不同，因为在垂直方向上，泵需要克服液体的重力将液体输送到所需高度，因此泵的扬程要满足要求。

2.2 流量计

流量计可以用来测量液体、气（汽）体和固体（冲量流量计），以满足过程控制和计量的需要[1]。在湿化学工业设备中经常作为一种计量工具广泛应用到溶液的配比、补液等环节中。例如SPM溶液，其组成成分一般按比例分为5∶1∶1（H2SO4∶H2O2∶H2O）和2∶1（H2SO4∶H2O2）两种；APM溶液（NH4OH:H2O2∶H2O）等，对于这种混合的溶液而言，各成分的比例就是通过流量计控制的。

2.3 气液分离器

气液分离器就是让混杂的气相液相各自聚合成股，液滴碰撞聚结，气体除去液滴后上升，从而达到气液分离的目的。其原理是利用气液比重不同，在惯性碰撞作用下，当流速降低后，在主流体转向的过程中，气相中细微的液滴下沉，从而与气体分离，或利用旋风分离器，气相中细微的液滴被进口高速气流甩到器壁上，碰撞后失去动能而与转向气体分离。常采用的分离结构有重力沉降、离心力分离和超滤分离等。

2.4 分配箱

分配箱（VMB）是一种内嵌式多分支液体管道阀门分配控制箱体。VMB是易燃且具有腐蚀性、毒性等危险性液体供应专用组件。它能使液体从单一来源分配到多点应用。对于每个使用点,气压可单独调控,从而满足个性化需求。另外，供液系统所供应的化学品一般都有很高的纯度要求,金属离子浓度一般控制在一定的数量级[2]。分配箱设有采样口，主要目的是可随时监测溶液浓度、成分等物理或化学特性，以满足工艺需求。

图4 分配箱原理图

3 结束语

本文介绍了化学品集中供液系统（CDS）的组成以及工作原理，并探讨了集中供液系统中几种关键结构件的功能，为远距离输送、精确配比等工况下的高效供液打下基础。

参考文献：

[1] 张润，张峰，王玉，等.基于湿法清洗设备自动供液系统的研究.[J].山西电子技术，2016，(6)：80-81.

[2] 张云秀，黄其煜.300 mm半导体代工厂的化学供应系统探讨[J].现代管理，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

吴光庆（1969-），男，广西玉林，工程师，主要从事半导体湿化学设备的研制和开发工作。

2017-03-22