在半导体超纯水(UPW)系统中,电导率测量是监控水质纯度的核心手段。其低量程(通常指0.055μS/cm以下)应用实践,要求将测量精度推向极限,直接关系到芯片生产的良品率。
核心挑战与解决方案
超纯水的导电能力极弱,主要挑战在于:信号极其微弱,极易受温度波动和空气中二氧化碳(CO₂)溶解的干扰。因此,其实践核心是通过精密设计与系统防护来捕获真实信号。
选用专用低常数电极:必须使用电极常数为0.01/cm或0.05/cm的专用超纯水电极。其微小电极间距能在低离子浓度下产生更稳定、更强的电信号,这是进行有效测量的物理基础。
精密温度补偿与密封:超纯水的温度系数高达约5%/℃,±0.1℃的波动就会导致显著误差。因此,必须配备高精度温度探头(如PT1000)和先进的补偿算法。同时,测量池必须密封,以隔绝空气中的CO₂溶入,否则读数会持续、虚假地升高。
应用先进测量技术:主流方案有两种。其一是四电极式技术,通过独立的电流与电压电极,消除传统两电极的极化效应与接触电阻影响,实现高精度在线监测。其二是电磁式(无极式)技术,其探头不与液体直接接触,从根本上杜绝了电极污染、结垢和化学腐蚀,实现了近“免维护”的超长期稳定测量,使用寿命可达10年以上。
系统性集成与校准:在系统中,电极被战略性布置于RO(反渗透)、EDI(电去离子)和抛光混床等关键纯化单元之后,形成完整的监控链。为确保长期可靠性,系统需支持自动或定期校准。采用具备数字信号和内置校准存储功能的智能电极,能极大简化维护流程。
总之,半导体超纯水的低量程电导率测量,是一项融合了专用低常数电极、精密温控与密封、以及四电极或电磁式等先进技术的系统工程,其目标是实现接近理论极限的稳定、可信监测。