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高附加值精細過濾(陶瓷膜)市場分析:分半導體、生物與醫藥、食品飲料及新能源市場

發布時間:2024-01-26  來源:立鼎產業研究網  點擊量: 348 

——半導體

先進制程下,半導體生產中潔凈度要求持續提升。芯片是高度集成的精密工業產品,其對于雜質的控制要求隨著制程的演進持續提升。納米級的先進制程中混入襯底的幾顆離子就能影響摻雜,從而改變芯片的電學特性,降低芯片的生產良率。具體來看,從28nm7nm制程,產品的金屬雜質要求須下降100倍,污染粒子的體積也要縮小4倍。例如28nm晶圓可以有10個污染粒子,而7nm晶圓上只能有1個。先進制程下,半導體制程材料精細過濾、純化需求大幅提升。

過濾分離廣泛應用于半導體制程環節?;瘜W品的潔凈度對于半導體芯片品質以及工藝利用效率、性能和運行成本有著重要作用,光刻、刻蝕、CMP拋光、氣體過濾等諸多環節需要采用過濾、分離、純化技術以降低污染物。具體來看:

精細過濾產品廣泛應用于半導體制程


資料來源:PALL

清洗:清洗是半導體制程中重要環節,幾乎所有制程的前后都需要搭配清洗環節,包括成膜前/成膜后清洗、等離子刻蝕后清洗、離子注入后清洗、化學機械拋光后的清洗、金屬沉積后清洗等。清洗可以將晶圓表面顆粒、有機物、自然氧化層、金屬雜質等污染物去除,以獲得所需的潔凈表面。PTFE薄膜作為過濾材料可滿足先進半導體制程中的嚴格化學過濾要求,可控制關鍵顆粒尺寸以及保持關鍵流體純度,過濾精度高達2nm。

光刻:半導體光刻工藝是將光刻膠涂在半導體晶片表面,通過光刻機將芯片上的圖案轉移到光刻膠上,最后通過化學腐蝕或離子注入等工藝將圖案轉移到芯片表面的一種技術。采用尼龍66HDPE作為過濾材料,可有效去除晶圓表面有害顆粒物、凝膠微橋缺陷、微孔缺陷、金屬污染物,具有可潤濕性強、微泡產生少、沖洗時間短等優點。

涂膠顯影:涂膠顯影應用于晶圓制造前道工藝及封裝測試后道工藝,其中在前道工藝中涂膠顯影環節主要應用于光刻環節,作為光刻機的輸入與輸出,與光刻機配合在曝光前進行光刻膠涂覆,在曝光后進行圖形的顯影;在后道工藝中用于封裝技術的涂膠、顯影等工序。涂膠顯影需搭配性能優異的過濾設備,需滿足以下要求:顆粒濾除精度高、光化學廢棄物滯留體積低、濾膜潤濕性高、防止光化學品脫氣、防止顆粒和金屬污染。頗爾HDPE薄膜作為過濾材料擁有高精度、高潔凈度等優勢,過濾精度可達sub1nm;尼龍66過濾材料具有非對稱性強、流量大、可吸附凝膠等優勢,過濾精度達2nm。

刻蝕:刻蝕工藝用于在硅片上無光刻膠保護處留下永久的圖形,使用材料包括硅及硅化物、氧化硅、氮化硅、金屬及合金、光刻膠等??涛g環節可采用PTFE、聚芳砜、尼龍、PVDE、HDPE等材料作為過濾膜實現污染物過濾,具備高精度、高流量、高清潔度、低金屬離子、低有機物析出等優勢。

電子特氣過濾:電子氣體是半導體制造的“血液”,廣泛應用于光刻、刻蝕、氣相沉積等環節。氣體純度對半導體器件性能品質和良率有著重要影響,其中最高純度要求可以達到9N。一旦電子氣體中出現了雜質和顆粒物,則會影響到半導體器件的性能和質量,甚至造成整個產品線的污染和報廢,因此需搭配過濾材料用于去除氣體中雜質、提高純度。

PALL公司PTFE膜、聚芳砜膜、陶瓷膜可作為過濾材料用于惰性氣體、稀有氣體、氫化物氣體、含氟特氣中水分、氧氣、二氧化碳、一氧化碳、烴和金屬羰基化合物等雜質的清除,過濾精度達≥3nm(0.003μm)。

CMP拋光:CMP拋光是半導體制造中重要工藝步驟,主要用于平整化硅片表面。在CMP過程中,研磨液被噴灑在旋轉的硅片表面上,同時通過磨料顆粒的研磨和化學反應的作用,將表面不平坦的區域削平,使整個表面變得均勻光滑。然而CMP研磨液中的顆粒和雜質如果未經過濾處理,會對研磨過程和產品質量產生嚴重影響。因此CMP環節必須搭配高效的研磨液過濾器,以去除顆粒、懸浮物和雜質,確保研磨液的純凈度和穩定性。目前主流CMP過濾材料為PP熔噴纖維。

膜過濾材料在半導體制程領域應用場景


資料來源:PALL

——生物與醫藥

無機陶瓷膜廣泛應用于生物與醫藥領域分離過濾環節。膜分離技術已成為生物與醫藥行業優先選擇的高效分離技術,可廣泛應用于氨基酸(如谷氨酸、賴氨酸等)、抗生素(如青霉素、紅霉素)、維生素、有機酸(如檸檬酸、乳酸)等的純化、濃縮、過濾工序。無機陶瓷膜在生物醫藥領域應用具有過濾精度高、不破壞有效成分、操作簡單、無需助劑等工藝優勢。具體來看,陶瓷膜在生物醫藥領域應用包括:

抗生素分離純化:膜分離技術適用于采用微生物合成法的現代抗生素工業生產,可替代傳統精制技術如吸附、沉淀、溶媒萃取、離子交換等。分離過程無任何化學反應、無相變、不破壞生物活性,環境友好等,已成功應用于頭孢菌素、紅霉素、萬古霉素等抗生素生產企業和酶制劑、醫藥中間體以及其他食品添加劑生產企業。

氨基酸/有機酸分離純化:陶瓷膜+有機膜集成膜分離工藝系統與傳統工藝相比,具有分離精度高、濾液質量有保證、可維持高通量過濾、產品收率高、廢水量少、清洗頻率少、無需添加助劑等獨特優勢,可實現目標產品的脫鹽和預濃縮,已成功應用于谷氨酸(鈉)、賴氨酸、蘇氨酸、色氨酸、檸檬酸、二元酸、衣康酸、維生素C等生物發酵企業。

中藥提?。褐兴帍碗s的化學成分導致中藥生產過程中提取和分離工藝繁雜、分離效率低、成本高、環境污染嚴重以及勞動強度大等,膜分離技術應用于中藥生產,具有許多傳統方法無法比擬的優點:分離過程簡便,且不需加熱,適用于熱敏性物質的分離;分離效率高;不消耗有機溶劑,可以縮短生產周期,降低成本,降低環境污染;分離選擇性高;可實現連續化和自動化操作,滿足中藥現代化生產的要求。

疫苗生產:單向流超濾在大分子病毒的濃縮應用中優勢顯著,對于有囊膜或有刺突的敏感病毒,工藝中囊膜受損或刺突脫落會導致免疫原性大大降低。傳統的超濾膜長時間運行會對病毒的活性造成不利影響。PALL單向流的超濾裝置可以大幅降低剪切力對目標抗原的損傷,同時多級設計還可以滿足高濃縮倍數的需求。PALL300KDSPTFF系統可以輕松實現對于狂犬病毒高倍濃縮的生產,而且可有效降低HCPDNA含量。

陶瓷膜過濾在生物醫藥領域應用優勢


資料來源:久吾高科

——食品飲料

陶瓷膜在食品飲料領域作為膜分離材料極具滲透前景。在果汁、茶飲料、調味料、保健酒、果酒等領域,膜分離技術能很好地提高產品澄明度以及透光度,且產品久置不返渾,徹底改變了傳統板框過濾、硅藻土、活性炭吸附等方式帶來的植物膠體、纖維等雜質去除不徹底從而引起的二次沉淀,顯著提高了產品的市場競爭力。膜分離技術雖然一次投入相對較高,但其單位能耗更低,并可自動化運行,顯著降低了產品的勞動力成本和長期成本,目前以陶瓷膜為核心的膜分離技術正逐步在食品飲料行業中的乳制品、果蔬汁飲料、釀酒、調味料等生產環節替代傳統過濾分離技術。具體來看:

啤酒過濾:使用陶瓷膜過濾工藝可有效去除生啤中的酵母菌、酒花樹脂、丹寧、蛋白質等混濁漂浮物以及微生物等影響啤酒品質的不良元素,節省對硅藻土過濾設備、精濾設備和巴氏殺菌機等設備的投資,具有良好的經濟效益。

牛奶過濾:牛奶含有鈣、磷、鐵、鋅、銅、錳、鉬等豐富的礦物質,從除菌方式來看,傳統超高溫除菌工藝在高溫殺菌的同時,也破壞了牛奶中眾多的活性營養成分;而低溫陶瓷膜過濾技術在低溫狀態下讓天然的鮮乳通過微米孔徑的陶瓷膜過濾,在保證安全的同時,避免了蛋白質的熱變性,PALL產品可保留鮮奶中99%的活性免疫球蛋白、95%的乳鐵蛋白和多種天然維生素、乳鈣、礦物質和微量元素等營養成分。

醋、料酒、醬油提標:高品質醬油生產過程中,傳統過濾方式普遍具有澄清度不高、過濾后還需高溫滅菌、易返渾等缺點。陶瓷膜與傳統過濾方式對比,具有過濾精度高、過濾過程零添加、不影響產品風味、濾芯符合食品安全、節能等優點。使用陶瓷膜技術過濾醋、料酒、醬油,能有效改善沉淀問題,同時有效去除產品中的微生物等雜質,提高產品品質,簡化工藝。

膜分離技術在食品飲料領域作用(以 PALL SUPRAdisc? II 為例)


資料來源:PALL

——新能源

鋰電:應用于電池正負極漿料、隔膜漿料過濾。純度和雜質含量對鋰電池漿料性能影響較大,PALLProfileII濾芯采用PP熔噴纖維材料,可實現對于電池正負極漿料、隔膜漿料過濾。該膜法工藝具有析出率低、過濾精度高、壽命長、化學相容性高、無介質遷移、降低生產成本等優勢,過濾精度覆蓋0.3um-120um,可實現99.98%過濾效率。

光伏:陶瓷膜可用于硅粉過濾環節。分離膜作為低運行成本的過濾分離純化解決方案廣泛應用于硅料、硅片、組件等光伏產業鏈環節,用于提升精度、純度、可靠性。例如多晶硅制造中PALL采用BlowBack全自動在線低壓反吹系統,搭配金屬、陶瓷膜、PTFE膜濾芯用于TCSSTC反應器硅粉過濾,CVD反應器硅粉回收,同時可實現工藝氣體、吹掃氣、空氣過濾等作用,從而提升多晶硅以及下游光伏組件產品質量。

風電:過濾系統廣泛應用于過濾器、液壓系統等領域,提升風機運行效率以及使用壽命。風電風機結構復雜,軸承、齒輪、液壓裝置較多,同時風機運行地理環境較為惡劣且維護費用高,因此需搭配多種過濾系統用于提升風機運行效率以及運行壽命。根據PALL,風機中過濾系統采用非金屬材料(有機膜、無機膜),主要包括變槳液壓控制系統過濾器(控制閥)、偏航驅動液壓系統(泵體、電機、氣缸、控制閥)、輪轂軸承潤滑系統、液壓制動系統(泵體、電機、控制閥)、齒輪箱潤滑系統過濾器(齒輪、軸承、泵體)、空氣污染物過濾器等應用。過濾系統在風機中的主要作用包括:1)可有效減少風機各零部件磨損、靜摩擦、堵塞情況;2)防止潮濕空氣、鹽分腐蝕機組;3)有效去除機艙內部零部件內的游離水和溶解水;4)增強極端苛刻環境下性能一致性和耐久性;5)提升變槳、失速控制靈敏度。


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