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  2022.04.21

半導體的水資源污染,電鍍、蝕刻後的製程廢水該怎麼處理?


 

半導體產業是台灣非常重要的電子產業之一,在2021年撐起台灣將近20%的GDP,是台灣主要的經濟動能,從疫情、中美貿易戰、車用晶片荒等,都大大影響著全球半導體供應鏈,可以看到台灣半導體產業在全球是重要的角色之一(附註1 半導體業逐步成為我國經濟命脈),但在快速發展的同時,也帶來許多環境的污染與資源問題。

 

半導體缺料問題

在製作晶片的零組件製程當中大部分需要經過電鍍與蝕刻化學藥液,而製程當中會利用到銅、鎳等金屬,在去年受到全球供應鏈,由於半導體、電動車、再生能源等發展,都需要利用到銅來做導電性原料,且很難被其他金屬取代,因此金屬銅的需求不斷提高,甚至被譽為「新石油」,即使銅箔生產大廠大量生產也趕不上市場需求,因此該如何將資源回收再利用成了一個關鍵議題。(附註2 半導體、電動車、再生能源都在搶!銅為何從古老金屬變稀缺物資?|天下雜誌

 

半導體水資源汙染問題

在晶片的製程當中會產生銅、鎳等金屬廢水,這些廢水排放必須符合放流水標,但仍然會有企業非法排放廢水,這不只會對企業造成打擊、影響投資人信心,還會對環境可能會造成無法復原的傷害。

近年來,台灣法規標準越來越嚴格,在半導體產業當中,廢水回收也成了一門生意,有系統商會協助回收電鍍、蝕刻廢水,並再製作成金屬原料,若能做到零廢水排放、一滴水用兩次的概念,對企業來說除了可以達到永續發展的目標,也能節省處理廢水的成本。(附註3 台積電主動找上門》為何這家化工廠成竹科最愛今年營收衝破27億元, 關鍵竟是15年前策略大轉彎- 今周刊

而廢水中的化學藥液濃度是關鍵的衡量指標,有穩定的廢水濃度能回收再製成高純度金屬原料,並同時監測排放廢水濃度是否符合放流水標準。

 

該如何檢測製程化學藥液濃度

傳統滴定方式

簡單來說,滴定法主要是利用乙烯二胺四乙酸(EDTA)來滴定水溶液,當水中溶液滴定到變色時,利用公式與滴定量,計算出化學藥液濃度。(附註4 EDTA滴定法(NIEA W208.51A)

缺點

  1. 需準備許多實驗器材
  2. 藥液有期限與保存問題
  3. 時間成本高,需調配前處理藥劑與滴定等待
  4. 可能會有人為操作誤差

 

分光光度計

利用可見光、紫外光燈源,與特定波長搭配,依照測定溶液對光波的吸光度,可以檢測出化學藥液的濃度。

利用分光光度計檢測的方法相較於傳統方式可以節省更多時間,但仍然需要到現場定點採水取樣,並送回實驗室檢測,若地點相距較遠仍需花費一定的時間成本。

 

KRK監控型儀器

日本KRK品牌的銅/鎳濃度監控儀,利用光學檢測,24小時監測化學藥液濃度,不需要額外添加藥劑,無需更換電極耗材,可以即時輸出訊號,不需要採水檢測,快速準確得到化學藥液濃度。

水質處理、監控系統可以達到廢水回收監測的效果,達到一滴水用兩次的永續經營,並節省下廢水處理、水資源等費用成本

相對於傳統方法具有以下優勢:

  1. 無需現場採水檢測,即時訊號輸出功能
  2. 光學檢測,無須添加藥劑
  3. 可設置安全警報點
  4. 降低人力成本
  5. 儀器精準度高,降低檢測誤差


銅濃度監控儀鎳濃度監控儀

未來產業發展

根據工業技術研究院資料可以看到,半導體產業未來在台灣仍有許多發展潛能,因應5G、車用晶片、AI技術等都需要半導體的應用,台灣在IC設計與製造,2021年產值比2020年增加了4成,未來五年仍會持續正成長,因此更需要監控型設備來協助半導體製程提升效率,增加未來半導體產能。 (附註5 半導體未來5年續現正成長-工業技術與資訊月刊-出版品-新聞中心

 

參考資料

  1. 半導體業逐步成為我國經濟命脈
  2. 半導體、電動車、再生能源都在搶!銅為何從古老金屬變稀缺物資?|天下雜誌
  3. 台積電主動找上門》為何這家化工廠成竹科最愛今年營收衝破27億元, 關鍵竟是15年前策略大轉彎- 今周刊
  4. EDTA滴定法(NIEA W208.51A)
  5. 半導體未來5年續現正成長-工業技術與資訊月刊-出版品-新聞中心

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