电子信息制造业环境风险主要关注点及存在问题研究_王华丽.pdf

环境保护-71-电子信息制造业环境风险主要关注点及存在问题研究王华丽，王孟璇（上海达恩贝拉环境科技发展有限公司，上海 200127）摘要：本文为上海市生态环境局电子信息产业环境风险研究课题的部分研究成果。电子信息制造业的蓬勃发展，带来一定的潜在环境风险，文章在广泛调研的基础上，聚焦典型行业的突出问题，从废水第一类污染物、剧毒物质环境风险及危废管控管理三个方面进行了深入探讨，梳理了电子信息制造业环境风险主要关注点、存在问题及解决建议，以服务于后续的具有针对性、前瞻性的环境管理和综合决策。关键词：电子信息制造业；环境风险；一类污染物；剧毒物质；废酸中图分类号：TS5 文献标志码：A DOI：10.20025/ki.CN10-1679.2022-24-24Research on Main Concerns and Existing Problems of Environmental Risk in Electronic Information Manufacturing IndustryWang Huali,Wang Mengxuan(Shanghai DEBL Environmental Science&Technology Development Co.,Ltd.,Shanghai 200217,China)Abstract:This paper is part of the research results of the electronic information industry environmental risk research project of Shanghai Municipal Bureau of Ecology and Environment.The vigorous development of the electronic information manufacturing industry has brought certain potential environmental risks.Based on extensive research,this paper focuses on the prominent problems of typical industries,and conducts in-depth discussion from three aspects of the fi rst class pollutants in wastewater,the environmental risks of highly toxic substances and the management and control of hazardous wastes.This paper sorts out the main concerns,existing problems and solutions of the environmental risks of the electronic information manufacturing industry,serving the follow-up targeted and forward-looking environmental management and comprehensive decision-making.Keywords:electronic information manufacturing industry;environmental risk;the fi rst class pollutants;highly toxic substances;waste acid1上海市电子信息制造业发展规划及行业重点电子信息产业是经济和社会高质量发展、数字化转型的关键性基础行业，是上海着力打造的六大高端产业集群之一。电子信息产业中污染物排放，环境风险相对较大的是其中的电子信息制造业。“十三五”期间，上海市电子信息产业产值规模达到6 0006 500亿元。上海市重点聚焦集成电路、新型显示、新一代信息技术等方面的创新发展1。2021 年我国规模以上电子信息制造业营业收入突破14万亿元，同比增长14.7%2。2022年上半年，电子信息制造业实现平稳较快增长，增加值增速达 10.2%，成为制造业稳增长的最大支撑力量和重要动能。根据上海市电子信息制造业发展“十四五”规划，上海将以集成电路产业为核心先导，优先发展下一代通信设备、新型显示和汽车电子等领域，为电子信息制造业的持续创新发展提供基础支撑。根据上海市战略性新兴产业和先导产业发展“十四五”规划，“十四五”期间，集成电路产业规模年均增速达到20%左右，力争在制造领域有两家企业营收稳定进入世界前列，在设计、装备材料领域培育一批上市企业。重点发展集成电路设计、制造和封测、装备和材料。综上所述，电子信息制造业高速发展，十三五现状以集成电路、新型显示领域为重点，十四五期间，以集成电路产业为核心先导。2电子信息制造业环境风险关注行业聚焦2.1集成电路产业链分析参考典型的集成电路行业环评报告公示稿，集成电路产业链各环节的生产工艺及产排污特点详见下图1、图2：晶体生长（硅基、化合物）切片倒角研磨抛光外延化学清洗半导体材料生产规格定制逻辑设计电路布局电路模拟掩模版制造掩膜设计清洗薄膜沉积（热氧化、化学/物理气相沉积、外延）图形转移（光刻、刻蚀）功能实现（离子注入）金属化前工序芯片切割（减薄、划片）表面贴装（共晶、焊接、导电胶、玻璃胶）芯片互连（引线缝合、倒装芯片键合、载带自动键合）塑封成型（金属封装、塑料封装、陶瓷封装）电镀后封装化学机械抛光衬底制造IC设计晶圆制造芯片封装图 1集成电路产业链各环节生产工艺 第一作者简介：王华丽（1981-），女，硕士，工程师，研究方向:环境管理、环保管家.环境保护-72-图 2集成电路产业链各环节产污特点集成电路制造产业链主要分IC设计、晶圆制造、封装测试、材料、设备五大环节，其中IC设计不涉及产排污和环境风险，设备以组装为主，验证测试环节产生极小量污染物。因此，污染物及环境风险主要聚焦在大量多种酸、碱、有机化学品的使用中，涉及一类污染物排放；涉及砷烷、磷烷、氯气等有毒有害气体使用的工艺制造环节有：晶圆制造、封装测试、材料生产。2.2显示器件制造及其他电子信息产业显示器件制造主要包括阵列、彩膜、成盒、模组四大生产单元，涉及的主要工艺包括清洗、化学气相沉积、涂胶、光刻、显影、湿法刻蚀、干法刻蚀、剥离等，工艺环节与集成电路制造相近，涂胶、光刻、显影、刻蚀、剥离使用的有机溶剂大于集成电路，有毒有害气体的使用种类少于集成电路，湿法刻蚀涉及的一类污染物主要为银等。除集成电路制造、显示器件制造外，电子信息制造业还包括计算机制造、电子器件、电子元件、电子设备制造等生产内容，其中计算机、电子元器件、电子设备主要为组装作业，不涉及化学品的使用，潜在环境风险问题较少。环境风险主要关注的为电子电路制造、半导体分立器件制造、光电子器件制造等，其中半导体分立器件和光电子器件制造工艺环节与集成电路制造相近，只是加工层数及集成度小于集成电路，同属于半导体器件制造，产污特点类似。电子电路制造，特别是印刷电路板制造与集成电路芯片封装的引脚电镀类似，都是化学镀的原理，产污特点类似，使用酸、碱及金属液，产生涉一类污染物锡、镍、银等。综上，电子信息产业环境风险的主要关注点在集成电路（衬底制造、芯片制造、封装测试）、新型显示器件制造四大环节。3电子信息产业环境风险主要关注点及存在的问题根据以上对电子信息产业的分析可知，主要环境风险关注点为一类污染物的管控、剧毒物质防控及废酸废溶剂等的处置问题，以下针对以上三类主要关注点进行一一分析。3.1一类污染物主要管控环节针对本次研究聚焦的集成电路（衬底制造、芯片制造、封装）和新型显示器件制造四部分生产内容，一类污染物主要产生排放环节在：衬底制造：晶体生长环节采用砷作为掺杂剂，制造掺砷硅晶圆。实际生产中，通常砷的掺杂比例很低，砷的质量大约为硅片质量的千分之四到千分之六。在后续切磨抛等物理机械加工过程中，用含砷的硅以颗粒形式进入水中，产生的含一类污染物砷的废水实测浓度为0.010.38 mg/L。芯片制造：气相外延和离子注入工艺，砷烷沉积、掺杂、注入晶圆表面，尾气一般通过干式吸附本地处理系统去除，部分企业尾气经本地干式吸附后进一步进入末端中央喷淋系统，进入喷淋系统前安装气体探测监控设备，未有实测数据证实砷烷会进入喷淋液，部分企业设置了自动监控监测系统进行管控。传统芯片金属化处理使用的是铜，不涉及一类污染物；先进制程金属化可能进一步使用钴制程或是镍制程，涉及一类污染物。含一类污染物原辅材料使用量均非常小，砷烷、元素单质和各类靶材年用量不超过一吨，一类污染物大都可以做到车间口未检出。封装测试：封装分为晶圆级封装及传统封装，后者含一类污染物电镀液，其使用量比前者大一个数量级，含一类污染物原辅材料总体不超过10 t/a。其中用量较大的物料为各类电镀液和焊锡球。化学镀主要通过电镀液在芯片或引脚表面还原成金属淀积在各种材料表面形成金属层，在后续清洗的过程中，会有少量含一类污染物废水产生。根据典型封装测试企业统计，一类污染物废水中总镍的产生浓度可达23 mg/L，总锡浓度可达220 mg/L。显示器件制造：OLED显示器件制造中的蒸镀工艺常用银，在阵列基板表面形成银薄膜，后续通过湿刻蚀把不需要的部分去除，会有含银废水产生。此外，金属掩膜板制备刻蚀工序后的清洗过程会有含镍废水产生。根据典型显示器件制造企业统计，含银原料使用不超过2 t/a，含银废水产生浓度约为6 mg/L。综上研究统计，结合产业链及工艺过程，根据原料使用量及排放量，建议电子信息产业一类污染物管控重点依序为：集成电路封装测试的电镀制程、显示器件制造的蒸镀及湿法刻蚀制程、集成电路衬底制造的掺砷硅片线切割清洗过程以及集成电路芯片制造的金属化制程。3.2一类污染物管控主要存在的问题及解决建议国际上美国、德国和世界银行较早针对电子信息产业重点关注的行业中的几种典型的一类污染物分别制定了相应的排放限值。国内由于行业发展起步较晚，电子工业水污染排放标准制定时间也较晚，重点关注的行业多达六类，较其他国家覆盖面更广，但污染防治针对性不是很强，行业使用现行的污染物排放标准不利于行业的环境管理3。目前国内一类污染物标准及管控要求中存在的主要问题为管控的一类污染物种类较少，对锡、硒、汞、钴四种一类污染物未提出排放限值要求，且未根据每个行业精细划分行业典型一类污染物。集成电路及显示器件制造的一类污染物经过收集处理后的排放量整体非常低，排放量大约在10-210-6 t/a量级，除了上节建议重点管控的四个环节外，其余环节从产生原水浓度上环境保护-73-考虑是低于排放标准的。以集成电路芯片制造使用砷烷的离子注入工序为例，尾气中的砷烷经两级干式吸附可被有效去除，仅是由于尾气中还含有氯、氯化氢、氟化物等，因此要进一步喷淋处理，喷淋后未处理喷淋废水中砷的浓度也远低于排放标准。如果因为担心由于此环节被纳入一类污染物重点监管企业，而弱化后道喷淋处理，则不利于整体污染物的有效减排。以集成电路衬底制造掺砷晶圆的切磨抛为例，除了线切割后清洗外，部分机台只是微量边缘打磨，其清洗机台原水砷的产生浓度也低于排放标准，建议该股废水应当根据其浓度特点合理判断排水去向，避免稀释排放等问题。3.3剧毒物质风险防控主要关注点分析根据危险化学品名录（2015版）剧毒化学品的定义，电子信息产业企业主要涉及的剧毒化学品种类为砷烷、磷烷、氯气、乙硼烷和氟。考虑氟在电子信息产业使用过程中为氟氪氖混合气体、氟氮混合气体，占比约20%以下，毒性较小，因此主要关注的剧毒物质为砷烷、磷烷、氯气和乙硼烷四种剧毒物质。封装测试工序不涉及以上剧毒化学品使用，关于剧毒物质风险防控主要关注衬底制造、芯片制造、显示器件制造三个行业类别。集成电路（衬底制造、芯片制造）行业涉及使用的剧毒物质种类多，但用量