化学过滤器产品应用

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2021-12-13   环球过滤分离技术网   nanopure5

1前言

在集成半导体器件、磁盘驱动器以及液晶显示器等高科技行业,随着产品工序复杂性的增加和产品制程线宽的缩小,空气中的气态分子污染物( Airborne Molecular Contaminants,简称“AMC”)常会引起产品成品率下降、性能退化及失效,例如在半导体行业, AMC 会引起光阻剂的T型覆盖、腐蚀效应、非均匀的氧化层生长、晶片表面特性变化、栅氧化层完整性降低等")。上述行业洁净室中大都装有高效过滤器(HEPA)或超高效过滤器(ULPA),虽然他们对控制0.05um以上的粒子非常有效,但是对于平均尺寸在10A (1A

104"m)到10A大小的 AMC而言,却无能为力。为了清除气态分子污染物,化学过滤器诞生。

一：气态分子污染物（AMC）分类

分子酸(MA):腐蚀性物质,在化学反应中为电子接受者,如氢氟酸(HF)、二氧化硫(SO2)、氯化氢 (HCI)、澳化氢(HBr)等;

分子破(MB):腐蚀性物质,在化学反应中为电子提供者,如氨,(NH,)、甲胺(CHNH,)、三甲胺(CH) N、吗啉等;可凝结物质(MC):在一般大气压下,沸点高于室温,能够凝结在清洁表面的物质(水除外),如硅烷、酯类、二丁基甲酚(BHT)、大分子碳氢化合物;掺杂物(MD):能够改变半导体材料导电特性的化学物质,如硼(Be)、磷(P)、砷(As)等的化合物。所有的金属离子也都具有掺杂性,如K+、 Na+、ca2+“等。

气态分子污染物种类和分级如表1所列。

在洁净室的分子酸,主要是来自工艺所用的氢氟酸、盐酸(HC1)、硫酸(H2S04)和硝酸(HNO3),另外还有来自室外大气中的二氧化硫、氮氧化物和硫化氢(H2S);分子碱主要包括氨、胺(来自交换树脂的三甲胺、来自加湿系统的吗啉、存在与光刻胶去膜剂中的胺)以及氨基化合物(知N-甲基吡咯烷酮 (NMP)),可凝結物质沸点一般高手150℃, 会永久性吸附在产品和设备表面,主要包括硅酮、邻苯二甲酸盐、二丁基甲酚和增塑剂等;掺杂物主要是硼、磷、砷等。

二：AMC来源

洁净室内AMC来源大致包括室外空气、工艺化学品、机器设备、工作人员和厂房建材等(见表2)。室外空气中的AMC来自工厂废气排放、汽车尾气等,经空调系统的新风口进到洁净室内;工艺化学品主要来自化学品逸散、机器设备散发等;工作人会散发如氨气、有机胺等污染物;厂房所用建材、涂料、黏合剂也都会散发污染气体。此外通风系统的过滤器也会散发硼(B)、 VoC等污染物。

三：化学过滤器

目前,在净化空调系统安装化学过滤器,可以有效的降低气态分子污染物浓度,使到标准或工艺要求的范围。化学过滤器通常采用活性炭、氧化铝、离子交换树脂等净化媒介应用物理吸附、化学吸附(氧化、中和、离子交换、催化)等原理,对AMC进行有效净化。

1化学过滤原理

化学过滤器有选择地吸附气体,而不是机械地“过滤”杂质。在化学过滤器中,气体子“过滤”示意图见图4。吸附是固体物质表面对气体或液体分子的吸着现象。其中固体物质是吸附剂,被吸附的物质称为吸附质。吸附可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附主要靠的是范德华力,常在较低的温度下进行,吸附量随气体温度下降而增加,该过程为可逆过程,如活性炭对有机气体的吸附即为物理吸附。为提高吸附材料对特定气体(如氨气、氟化氢、醛)的吸附能力,往往对吸附剂进行化学处理。经化学处理的吸附材料与有害气体产生化学反应的吸附称为化学吸附。它是一种选择性吸附,即一种吸附剂只对特定的一种或几种物质有吸附作用。化学吸附过程是不可逆的。吸附剂靠范德华力吸附气体分子,进而化学添加剂与污染分子起化学反应,生成固体成分或无害的气体。使用过程中,吸附能力会不断减弱,当减弱到某一程度,吸附剂失效。

  在发生吸附时,解吸过程同时发生。解吸,即被吸附的气体分子脱离吸附剂(如活性炭)的过程。解吸是吸附的逆过程。在一定条件下,经过足够长的时间,吸附和解吸达到动态平衡,吸附剂饱和。饱和后的吸附剂通过解吸重新获得吸附能力,即再生。对于物理吸附,用加热、水蒸汽熏蒸、减压、置换等方法可使活性炭再生;而化学吸附一般是不能再生的。

2：化学过滤器媒介

化学过滤器通常采用活性炭、活性氧化铝、离子交换树脂等净化媒介作为过滤材料(表6)。其中,活性炭(图5)具有巨大的比表面积(700~1500m2/g)、广谱吸附性(见表7)"来源丰富和经济等优点,在化学过滤器中被广泛应用,习惯上称之为活性炭过滤器经高锰酸钾处理的活性氧化铝(PIA,图6)也是化学过滤器中常见的净化媒介。

3;化学过滤器结构:

在净化空调系统中,化学过滤器主要净化新风(或循环风净化)或污染程度小的排放气体,以满足生产、生活需要和环保要求。圆筒型(图7)和V型过滤器（图8是典型化学过滤器结构,吸附层厚度一般在10mm~75mm.

4化学过滤器的应用:

    AMC污染控制是一项系统、复杂的工程。污染控制人员首先应该考虑减少或杜绝AMC发生,从源头加以控制,如防止化学品逸出、扩散,选用少挥发AMC的建筑材料、除尘过器等;其次要改进工艺,采用隔离技术,减少暴露时间,使产品少受AMC污染。在上述基上,采用适当的净化技术,对仍然存在的 AMC做净化处理。

    目前,在净化空调系统安装化学过滤器,可以有效的降低AMC 浓度,使之达到工艺过要求的有效范围。化学过滤器通常采用活性炭(或化学处理炭)、氧化铝(PIA)、离子交换树脂等做净化媒介,应用物理吸附和化学吸附等原理,对气态分子污染物进行净化.化学过滤器的一般圆筒式、Y型,以及平板式结构等。在洁净室应用时,按照实际需要,设计人员一般将化学过滤器安装在新风入口、循环风出口以及洁净室末端,见图9

选用化学过滤器时,首先应对现场气体进行定量定性分析,根据需要去除气体种类,选择最合适的化学过滤器,同时根据气体浓度,初步推测过滤器寿命。化学过滤器使用期间,定期对其剩余寿命进行分析是十分必要的.

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