在半導體超純水(UPW)系統中,電導率測量是監控水質純度的核心手段。其低量程(通常指0.055μS/cm以下)應用實踐,要求將測量精度推向極限,直接關系到芯片生產的良品率。
核心挑戰與解決方案
超純水的導電能力極弱,主要挑戰在于:信號極其微弱,極易受溫度波動和空氣中二氧化碳(CO?)溶解的干擾。因此,其實踐核心是通過精密設計與系統防護來捕獲真實信號。
選用專用低常數電極:必須使用電極常數為0.01/cm或0.05/cm的專用超純水電極。其微小電極間距能在低離子濃度下產生更穩定、更強的電信號,這是進行有效測量的物理基礎。
精密溫度補償與密封:超純水的溫度系數高達約5%/℃,±0.1℃的波動就會導致顯著誤差。因此,必須配備高精度溫度探頭(如PT1000)和先進的補償算法。同時,測量池必須密封,以隔絕空氣中的CO?溶入,否則讀數會持續、虛假地升高。
應用先進測量技術:主流方案有兩種。其一是四電極式技術,通過獨立的電流與電壓電極,消除傳統兩電極的極化效應與接觸電阻影響,實現高精度在線監測。其二是電磁式(無極式)技術,其探頭不與液體直接接觸,從根本上杜絕了電極污染、結垢和化學腐蝕,實現了近“免維護”的超長期穩定測量,使用壽命可達10年以上。
系統性集成與校準:在系統中,電極被戰略性布置于RO(反滲透)、EDI(電去離子)和拋光混床等關鍵純化單元之后,形成完整的監控鏈。為確保長期可靠性,系統需支持自動或定期校準。采用具備數字信號和內置校準存儲功能的智能電極,能極大簡化維護流程。
總之,半導體超純水的低量程電導率測量,是一項融合了專用低常數電極、精密溫控與密封、以及四電極或電磁式等先進技術的系統工程,其目標是實現接近理論極限的穩定、可信監測。