微电子与清洁生产
摘要:文中以芯片生产为例分析微电子行业的生产过程,发现该行业资源、能源消耗量大,使用的原料和排放废弃物中有毒有害物质含量较高,对社会环境潜在的压力很大；提出了在该行业推行节约化、清洁化生产的解决措施:企业生产管理措施,法规手段,经济手段和信息措施；呼吁在我国大力发展微电子产业时,要吸取发达国家的经验教训,实施清洁生产,避免对环境造成严重的破坏。 关键词:微电子；环境保护；能耗量；清洁生产；
1、微电子行业所用原料及生成污染物种类分析
1. 1 、微电子行业所用原料
调查发现, 微电子企业使用的主要原料中含有大量的氟化物、溴化氢及氰化物等剧毒物
质, 还有重金属,各种酸洗试剂、有机试剂、以及特种试剂,有毒和易燃易爆的特种气体。硅谷调查结果显示,该行业工人癌症发病率、婴儿先天缺陷比例远高于平均水平。另外,若管理不善, 造成这些有毒有害物质的泄漏, 则会带来严重的环境问题和安全问题,如震惊世界的博帕尔事件。
表1 微电子生产原料一览表
原料种类 含有毒有害成分 液态 1.清洗试剂:酸洗试剂(H2SO4、HCl、HF、HNO3、H3PO4)、碱洗试剂( H2O2、氨水)。 2.特种试剂: 异丙醇、丙酮、乙醇、缓冲液、去光阻液、负光阻液、氧化层研磨液、显影液、光刻胶、三氯氧磷硝酸、氟化物。 气态 1.特种气体: BCl3、Cl2、HBr、HCl、SiH2 Cl2、一氧化二氮、磷烷、硼烷、砷烷、硅烷氯气、H2、CO、CF4、SiCCl2、CH3 F、CH2 Cl2、SiC、O2、CHF3、 SiF4、甲烷/Ar、氨气。 2.普通气体:洁净压缩空气、高纯氧气、高纯氮气、 高纯氢气、高纯氩气。 固态 晶体硅,各种金属如铜、银、铬、铅、汞等。 1. 2 、微电子行业产生的污染物
表2列出了对国内几家微电子行业产生污染物种类。可以看出,该行业排出的废水的腐
蚀性和毒性都很强,不经严格处理,会严重污染自然水体和排放渠道。废气中含有大量氟化物、酸碱废气、VOC、及一些剧毒气体物质,调查发现,长期呼吸这种废气使癌症发病率、流产和婴儿先天缺陷比例增大,很多公司也因此被起诉。固体废物的污泥中含多种重金属,高浓度废液中含大量有机污染物。填埋这些废物会使有毒物渗漏到地下水中,而焚烧则会产生包括二噁英等的气体有毒物。新的调查结果显示电子回收工人的血液中危险化学物质含量很高 。因此,人类在享受高科技带来的文明的同时,也越来越深刻地认识到它危害人类健康、污染人类赖以生存环境的一面。
表2 微电子行业排放污染物一览表
排放废弃物 废水 所含污染物种类 氟化物、酸碱废液( H2SO4、HCl、HF、HNO3、H3PO4)、有机废液( 异丙醇、丙酮、乙醇)、重金属离子污染物(铜、银、铬、铅、汞)等。 废气 氟化物、酸碱废气( H2SO4, HF, HNO3,可能有PFOS)、VOC、氟化氢、氰化物、磷烷、硼烷、砷烷、硅烷、一氧化二氮、NH3、H2、CO等剧毒气体 物质。 固废 1. 固体废物:重金属( 如铅、汞、铜、锡、镉、铬等)。 2. 高浓度废液:大量有机污染物(丙酮、丁酯、乙酸等)。 2、微电子行业能源消耗量及排污量分析
企业处于全球市场时必须把清洁生产作为企业生产力和生存的方式,这主要表现在资源,
能源的利用率,原材料利用强度和废物排放量上,本文对国内几家微电子企业分析结果( 产品为6英寸芯片)见下表。
表3能源、资源消耗量和排污量的分析结果（生产能力4万片/月，年操作时间250d） 用水量 （m/片） 2.1～3.8 3 用电 （度/片） 100～675 天然气 （m/片） 22.2～3403 3 排水量 （m/片） 1.82～2.58 3 固废 （t/片） 0.0027～0.011 废气 （m/片） 994.4～3510 3 目前,该行业资源、能源利用率方面,国内外还没有明确的标准。根据我们的分析结果,
国内微电子行业每生产一片芯片( 6英寸),天然气平均耗量28.25m3/片,平均耗谁约2.81m3,耗电平均水平为347.87度/片(硅谷的平均水平为285度/片)也就是说,生产一片芯片的耗电量,足够一个家庭2个月的用电；一个生产能力为4万片/月的企业一年的用水量,够一个6万人的城市一年的用水。可见微电子行业是对资源和能源高消费的行业,而且目前我国在该行业的资源和能源利用率方面还跟发达国家有一定的差距。
微电子目前被认为是清洁生产的行业,但根据上表分析发现,每生产一片芯片,平均产生废水1.98m3/片, 废气2087m3/片,固体废物0.00573t/片(硅谷的平均水平为0.0032t/片) ,并对国内几家企业调查后发现: 所排废水中危险废水的比例平均占72.51%,废气中危险废气占82.07%,固体废物中危险废物占56.87%发达国家的电子废物的处理率也只有28.9%,大部分未经处理就直接排入环境,可见微电子行业对环境保护造成了很大的压力,因此要重视微污染防护,若不严格治理,将会导致严重的环境污染。
3、推动微电子行业节约化、清洁化生产的建议
能源和环境问题是目前我国面临的最严峻的两个问题。长远来讲,人类要通过更有效地
利用资源和减少资源消耗量来提高生产消费系统的可持续性。为了减轻微电子行业给资源和环境保护带来的压力,应在该行业推进实施清洁生产。
清洁生产越来越依赖于使水和能源流动减量化、清洁化。通过改进产品设计,使组分和原料循环利用,就会使资源在生产、消费之间流动的速度减慢,数量减少,而选择无毒无害物质会使生产更清洁、更安。产品设计,原料选择都是生产者的活动,因此,在该行业推进清洁生产时,生产商必须承担保证清洁生产,减少资源消耗,排除使用有毒有害原料和生产有毒有害产
品的责任,对设计无法避免的环境破坏问题,生产者要承担法律的、物质的或经济责任。现对该行业的清洁生产实施提如下建议: 3. 1 、企业实施清洁生产的措施
实施废物总量控制；规范设计,利用无毒原料和采用无毒工艺；开发闭合物质循环系统；
开发更耐用的产品, 原料种类标准化；开发可回收、循环再利用的产品；增加回收、循环利用和修复工作;加强对原料的管理,防止发生泄漏、溢出、事故污染和不希望的挥发。 3. 2 、实施清洁生产的保障措施
企业若在设计生产阶段认真考虑上述问题,就可以改善资源利用和污染物排放的性质和
数量。但要调动起企业的积极性,必须采用必要的法律手段,经济手段和信息导向措施,推进和保证清洁生产在该行业顺利实施。参考国外经验,以下措施值得借鉴:
（1）法规限制: 强制回收规定；回收物含量最低标准规定；原料二次利用率规定；制定能源利用率标准;禁止和限制某些处置途径；禁止和限制使用某些原料。
（2）经济手段: 征收原料税；减去对某些原料的津贴；市场只准入环境效应好的产品。 （3）信息手段: 推出环境清洁标志；严格把关环境标志的批准；公开产品整个使用周期的环境效应信息;产品有害警告。
通过以上措施,加强对该行业生产过程的研究和检测,系统建立企业环境指标以及加强利益相关者对话,通过政策法规将环境效应附加到生产中,根据排污收费标准将废物管理成本从政府和公众转移到生产者身上,再加上市场经济手段和消费者信息导向,就会促 使生产者改进工艺,尽可能地将有毒物排除于生产过程之外,使废物最小化,减少有毒物质的传播, 最佳可持续的重复利用资源和能源,达到清洁生产的目的。 3.3、微电子环保最新信息
第二十二届中国国际电子生产设备暨微电子工业展与2012年4月25日在上海世博展览
馆拉开序幕。在全球电子信息制造业日渐增长的前提下，低碳、节能、环保、绿色制造将成为此次展会的“关键词”
进入21世纪以来，中国电子信息产品制造业加快了发展的步伐，每年以20%以上的速度高速增长，成为我国经济的支柱产业，全球产业大国地位不断凸显。随着中国电子制造业的高速发展，中国的SMT技术及产业也同步迅猛发展，整体规模居世界前列。中国的电子信息产品制造业之所以出现大好形势，主要是中国政府有关部门高度重视电子信息产品制造业的发展，制订了良好的发展政策、引进政策。世界电子信息产品制造业发达的国家和地区如美、日、韩、欧洲和我国的台湾地区，把电子制造业往中国内地转移也是迅速发展的重要因素。今后几年内，中国仍是世界最大的SMT市场。
3.3.1、2011年是我国电子信息产业调整转型的重要一年。
2011年，规模以上电子信息制造业增加值、投资增速分别高于工业平均水平2.0和近20个百分点。行业收入、利润占全国工业比重分别达到8.9%和6.1%，电子制造业在整体工业中的领先和支柱作用日益凸显。电子信息产品进出口增速呈前高后低态势，全年进出口总额达到11292.3亿美元，同比增长11.5%，占全国外贸总额的31.0%。其中贴片机进口9642台，
18.9亿美元。2011年，我国电子信息产业实现销售收入9.3万亿元，增幅超过20%；其中，规模以上制造业实现收入74909亿元，同比增长17.1%；软件业实现收入18468亿元(快报数据)，比上年增长35.9%。规模以上电子信息制造业实现销售产值75445亿元，同比增长21.1%。2011年，我国彩电、手机、计算机等主要电子产品产量占全球出货量的比重分别达到48.8%、70.6%和90.6%，均名列世界第一。软件业收入占全球软件企业收入的比重超过15%。我国电子信息产业的国际地位不断提高。
本届展会展出面积将达到3万平方米，将有来自中国、美国、英国、法国、以色列、中国香港、台湾省、泰国、德国、日本、韩国、瑞士、新加坡、芬兰、加拿大、丹麦、意大利、荷兰、玻利维亚、斯洛文尼亚、瑞典、马来西亚等22个国家和地区的350多家展商参展，25000名专业观众及买家将参与本次盛会，展会将有1000多种电子制造生产设备、测试测量产品、相关辅助产品及耗材呈现给业界观众。NEPCON China 2012覆盖了电子信息产品制造业完整的产业链，包括SMT设备、测试测量、原材料、元器件制造等产品和电子制造服务，涉及汽车电子、医疗电子、工业控制、航天航空、精密制造等多个行业，汇集了来自电子生产设备领域的精英企业，包括美亚、安必昂、索尼、日立、三星、松下、富士、WKK、王氏港建、劲拓、科隆威、凯格精密、和西等众多国内外知名企业都将登场亮相，展示他们的新产品、新技术、新工艺。
4、清洁生产与可持续发展
大量事实表明，人与自然的关系不和谐，往往会影响人与人的关系、人与社会的关系。
如果生态环境受到严重破坏、人们的生产生活环境恶化，如果资源能源供应高度紧张、经济发展与资源能源矛盾尖锐，人与人的和谐、人与社会的和谐是难以实现的。
目前，我国的生态环境形势相当严峻，一些地方环境污染问题相当严重。随着人口增多和人们生活水平的提高，经济社会发展与资源环境的矛盾还会更加突出。如果不能有效保护生态环境，不仅无法实现经济社会可持续发展，人民群众也无法喝上干净的水，呼吸上清洁的空气，吃上放心的食物，由此必然引发严重的社会问题。要科学认识和正确运用自然规律，学会按照自然规律办事，更加科学地利用自然为人们的生活和社会发展服务，坚决禁止各种掠夺自然、破坏自然的做法。要引导全社会树立节约资源的意识，以优化资源利用、提高资源产出率、降低环境污染为重点，加快推进清洁生产，大力发展循环经济，加快建设节约型社会，促进自然资源系统和社会经济系统的良性循环。要加强环境污染治理和生态建设，抓紧解决严重威胁人民群众健康安全的环境污染问题，保证人民群众在生态良性循环的环境中生产生活，促进经济发展与人口、资源、环境相协调。要增强全民族的环境保护意识，在全社会形成爱护环境、保护环境的良好风尚。
5、结 语
微电子产业对经济和社会发展有巨大的带动、促进作用,但它的资源、能源消耗量,污染
物排放量都很大,且原料和排放废弃物中有毒有害物质含量高。因此,我国要吸取发达国家的经验教训,高度重视这个问题,要坚持走可持续发展道路,坚持节约化、清洁化的生产模式。尽量做到在充分发挥该行业有益作用的同时,使之对社会和环境的危害最小化。
参考文献
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