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）

1 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6 000～6 500亿元。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：

图1 集成电路产业链各环节生产工艺

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0.01～0.38 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10-2～10-6t/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，但用量小，单瓶规格小，相比较而言，衬底制造的剧毒物质用量及钢瓶规格略大于芯片制造。显示器件制造行业的剧毒物质种类少，但用量大，单瓶规格大，风险管控压力也相对较大。

各电子信息企业对剧毒物质采取的环境风险防控措施主要包括：建立环境应急预案体系并定期演练；采用负压SDS钢瓶存储；气体储存在负压特气柜内，采用双芯管；设置气体泄漏应急处置装置和应急排风系统；设置应急排风的吸收处理系统；设置气体检测报警装置；设置自动联锁系统，一旦发生报警，可自动联锁启动应急系统；实行双人双锁，并且有摄像头24小时进行监控。以上是从管理控制、源头预防、过程控制、末端治理等环节进行管控。

本次总共调查了12家使用剧毒物质的电子信息企业与周边环境保护目标分布情况，其中有8家距保护目标最近距离＜500米，有4家距保护目标最近距离＜200米。

根据分析，电子信息产业剧毒物质全流程管理中，风险事故后果较大的为仓库区的钢瓶泄漏，风险事故概率较大的为生产厂房的供应管道与钢瓶接口泄漏，可能的剧毒物质泄漏源项和钢瓶的形式有很大的关系。本次调研的剧毒物质存储形式均为钢瓶，主要有VAC内置减压阀的高压钢瓶和SDS负压安全源钢瓶两种型式。经调研，SDS钢瓶采用负压气瓶技术，使用具有纳米级孔洞的基材吸附气体分子，使钢瓶压力降至低于大气压，从而从源头减少内部危险气体的泄漏风险。经测验，SDS钢瓶在开阀状态4小时的泄漏量仍为ppb级别，风险危害较小。目前危险电子特气如离子注入中使用的磷烷、砷烷等，使用SDS负压安全源气瓶在行业企业中已达成共识。目前电子信息产业企业存储剧毒物质的钢瓶材质不统一，除砷烷、磷烷大都采用SDS钢瓶外，氯气一般使用VAC钢瓶或常规的高压钢瓶，因此，氯气的环境风险应成为电子信息产业的管控重点。

3.4 剧毒物质风险防控主要存在的问题及解决建议

使用剧毒物质的电子信息企业环境风险预测情景和最终预测的影响范围存在一定差异。本次调研通过研读各建设项目环境影响评价公示稿中的预测情景设置及预测参数，发现各环评单位因为掌握资料的不同，存在不同的把握尺度，导致同样类型规格的钢瓶泄漏事故后果差别较大。

根据调查，电子信息产业在设计、管理上已有较多规范及标准，建议剧毒物质防控应按照《危险化学品安全管理条例》实施，并落实《特种气体系统工程技术规范》要求，根据《电子工程环境保护设计规范》和《电子工业废气处理工程设计标准》开展应急排风、应急处理等风险防控设计，但对甲类库应急排气筒高度存在困难的问题，建议出台更细化的修改解决方案。

根据调研，目前全球半导体离子注入气体市场80%以上由SDS方式存储运输。因此，建议管理部门针对高速发展的电子信息产业，制定关于砷烷、磷烷等剧毒气体使用SDS钢瓶的统一要求，从源头控制环境风险。

且现阶段砷烷、磷烷使用后排放的砷化氢、磷化氢暂无国家污染物监测方法标准，建议尽快开展监测方法的研究制定，以满足行业风险管控要求。

3.5 废酸废溶剂产生的特点及其暂存、处置的关注点

电子信息产业危险废物产生量大、类型集中，其中，废酸和废有机溶剂产生量的平均值和合计值均远超其他类型危险废物。通过对2016-2020年张江集成电路制造业废酸产量较大的几家企业进行分析，通过广义线性模型（GLM）预测 2021-2024年张江集成电路制造业废酸的产量，得出 2024年张江集成电路制造业废酸产量将达到15万吨[4]。

废酸主要包括废磷酸、废硫酸、废硝酸、废氢氟酸、废盐酸及其他酸，废有机溶剂主要包括异丙醇、丙酮、废光刻胶、光刻胶去除剂、废稀释剂、废显影液、废甲醇、NMP及其他有机溶剂。电子信息产业生产工艺需要各类型高浓度酸液和高纯度有机溶剂的参与，因此产生的废酸和废有机溶剂涵盖种类较多、浓度较高。

集成电路行业中，衬底制造企业危险废物产生量较少，芯片制造和封装测试企业危险废物产生量较大，前者危险废物年产生量在百吨量级，后者危险废物年产生量在千吨-万吨量级。芯片制造企业危险废物主要包括刻蚀、清洗、去胶、化学机械研磨工艺产生的废酸，刻蚀、清洗、光刻、去胶、化学机械研磨工艺产生的废有机溶剂，金属化工艺产生的废硫酸铜溶液，离子注入工艺产生的含砷废物以及其他辅助工序产生的废吸附剂、废活性炭、含铜污泥、废矿物油、沾染固废、废汞灯、废电池等。各类危险废物中废酸和废溶剂产生量最大。芯片封装企业危险废物主要包括清洗工艺产生的废酸、废碱和废溶剂，封装产生的废树脂和沾染固废以及其他辅助工序产生的废活性炭、废水处理污泥等，各类危险废物尤以废溶剂产生量为大。集成电路行业废酸年产生量远超废溶剂年产生量，且大部分废酸和废溶剂成分较为单一，混合酸和混合溶剂产生量占比较低。

综上所述，电子信息产业产生的危险废物具有产生量大、类型集中的特点，主要为废酸和废溶剂，且大部分废酸废溶剂成分单一，具备回收利用价值。

电子信息产业典型企业危险废物暂存场所或设施主要分为两种类型：储罐和危险废物仓库。储罐主要用于暂存产生量较大的液体危险废物，如废酸、废溶剂，危险废物仓库主要用于暂存固体危险废物或产生量较小的液体危险废物。

经调研得知，危废处置单位接收废酸废溶剂时，大多情况下采用专用槽车形式接收废酸或废溶剂，并将装载废液的槽体暂时停放于厂区，待处置时从槽体自带的接口中抽出废液。同时，危废处置单位设置大量储罐，可用于暂存突发情况下接收的大量废酸废溶剂，形成“专用槽罐车——储罐”二级贮存设施。因此，危废处置单位废酸废溶剂贮存能力满足要求。

电子信息产业产生的废酸和废溶剂，除废硫酸外均委托持有危险废物经营许可证的公司进行处置。废有机溶剂资源化再利用率较低，一般采用焚烧处置，废酸资源化再利用率较高。废硫酸由于产生量极大，可能超过持有危险废物经营许可证单位的处置能力，上海市经实践探究实现了部分芯片制造企业废硫酸点对点定向资源化再利用，由上海澎博钛白粉有限公司采用硫酸法制钛白粉。

3.6 废酸废溶剂处置存在的问题及解决建议

新修订的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》自2020年9月1日起施行，各地进一步加强对危险废物污染的防治工作，出台了一系列针对危险废物污染防治的规范及政策，文件具有普适性，但部分缺少针对性。考虑到电子信息产业具有特殊性，其危废产生量远大于其他行业，废酸废溶剂的暂存方式也有别于其他行业液态危险废物贮存方式（吨桶等），多采用专门的大型储罐进行贮存，为满足一定的贮存能力要求，可能会增加不少重大风险源，增加企业风险潜势。建议在制定危废管理文件时适当考虑行业产废量大的特点，综合考虑环境风险。

同时为降低废酸废溶剂转移运输环节较大的环境风险隐患，建议出台地方性管理文件，鼓励年度同一种类危险废物产生量超过10 000吨的企业，建设符合国家和地方有关标准的自行利用、处置设施。

电子信息产业废磷酸产生量大，仅次于硫酸，废磷酸浓度可达到75%～80%，故废磷酸也具备回收利用的条件。因此，建议进一步开展对电子信息产业废磷酸进行资源回收和综合利用的方案论证。

电子信息产业废酸主要来源于湿法刻蚀和清洗工艺，大部分废酸属于高纯度酸液，但由于废酸可能含有过氧化氢、重金属等杂质，企业废酸在交由点对点定向资源化再利用单位前，需要自行净化处理，降低废酸杂质，使其不影响下游单位的使用。因此，建议针对电子信息产业出台相关行业规范，明确综合利用废酸废溶剂的出厂品质要求（如不含重金属等）。

同时建议制定该行业废酸废溶剂资源化再利用生产产品的产品标准，以鼓励下游企业梯级利用电子信息产业废酸废溶剂，同时主管部门要加强产品后续监管，既实现废酸废溶剂资源化再利用，又避免不符合行业标准的产品流入市场造成不良的社会影响，达到固体废物污染环境防治的减量化、资源化和无害化目标。

4 结论

国际上美国、德国和世界银行较早针对电子信息产业中部分重点关注的行业开展了研究及管控标准的制定。国内由于行业发展起步较晚，规范及排放标准制定时间也较晚。结合上海市电子信息制造业将以集成电路产业为核心先导的发展规划，本次在对行业广泛调研的基础上，筛选出环境风险主要集中在集成电路（衬底制造、芯片制造、封装测试）、新型显示器件制造四大环节，突出问题主要聚焦于废水第一类污染物、剧毒物质环境风险、危废管控管理三个方面。

一类污染物现行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，部分原水中一类污染物产生浓度低于排放标准等，提出根据每个行业精细划分行业典型一类污染物并制定相应标准，不同种类废水建议根据其浓度特点合理判断排水去向。

针对剧毒物质环境风险防控存在的主要问题包括环境风险预测事故后果差别较大，针对行业内普遍使用的砷烷、磷烷等剧毒气体SDS钢瓶标准，砷化氢、磷化氢暂无国家污染物监测方法标准等问题，建议尽快统一尺度，制定SDS钢瓶标准，开展监测方法的研究制定，以满足行业风险管控要求。

电子信息制造业产生的危险废物具有产生量大、类型集中的特点，主要为废酸和废溶剂，且大部分废酸废溶剂成分单一，具备回收利用价值。基于固体废物污染环境防治的减量化、资源化和无害化目标，建议综合考虑行业产废量大的特点合理规定暂存能力，鼓励符合有关标准的企业可对废物自行利用及处置。

电子信息制造业作为战略性新兴产业，未来一段时间内将会蓬勃发展，针对行业存在的环境风险问题，建议提前研究，制定相应的政策文件等，以服务于后续针对性、前瞻性的环境管理和综合决策。