Исследование применения технологии нано- и микрофильтрации в точном приготовлении электронных паст и полупроводниковых материалов

—— На примере фильтров для серебряных паст и новых фильтров для нано- и микропорошков

Введение

В связи с постоянным совершенствованием электронной информационной промышленности и развитием технологий производства полупроводников, электронные пасты (такие как серебряные, медные, алюминиевые пасты и т.д.) играют чрезвычайно важную роль в таких областях, как корпусирование интегральных схем, солнечные батареи, сенсорные экраны, LTCC (низкотемпературная совместно спекаемая керамика) и т.д. К таким высококачественным пастам предъявляются все более высокие требования к однородности размера частиц, чистоте, стабильности и дисперсности, особенно в условиях миниатюризации и повышения плотности устройств, полное удаление микронных и субмикронных примесей из пасты становится ключевым этапом обеспечения выхода годной продукции.

В этом контексте фильтрующее оборудование, особенно новые фильтры для нано- и микропорошков, предназначенные для разделения частиц нанометрового масштаба, постепенно становится важным звеном в ключевых технологических процессах. В данной статье основное внимание уделяется ключевому оборудованию для электронных паст —— фильтрам для серебряных паст и новым технологиям нано- и микрофильтрации, с учетом технологических проблем, подробно рассматриваются их принцип работы, конструктивные особенности, технологическая эволюция и их глубокое влияние на цепочку создания стоимости.

I. Проблемы фильтрации при изготовлении электронных паст

Электронная паста представляет собой сложную дисперсную систему, состоящую из металлических порошков (таких как Ag 、 Cu 、 Ni ), диспергаторов, органических растворителей и добавок. В практическом применении фильтрация паст сталкивается со следующими проблемами:

1. Широкий диапазон распределения размеров частиц, затрудняющий эффективное удаление субмикронных примесей без потери эффективных компонентов ；
2. Высоковязкая паста легко забивает традиционные мембранные фильтры, что приводит к резкому увеличению перепада давления и снижению эффективности фильтрации ；
3. Некоторые пасты обладают высокой активностью и склонностью к окислению, поэтому в процессе фильтрации предъявляются очень высокие требования к герметичности и совместимости материалов ；
4. Металлические порошки стоят дорого, чрезмерное удержание приводит к потерям, поэтому необходимо минимизировать потери и задержку материалов 。

Поэтому традиционные методы гравитационного осаждения, мешочные фильтры, керамические фильтрующие пластины и т.д. не могут удовлетворить все более строгие требования к очистке современных электронных паст. Новое фильтрующее оборудование должно обеспечивать эффективное удаление нано- и микропримесей при сохранении активности и дисперсности пасты.

II. Проблемы фильтрации серебряных паст и направления технологического прорыва

Серебряная паста, как один из наиболее важных и широко используемых функциональных материалов среди электронных паст, напрямую влияет на электропроводность, точность печати и срок службы устройства. Однако в процессе ее производства и диспергирования фильтрация, как ключевой этап, сталкивается с рядом проблем:

1.  Требования к высокой чистоте и сложность разделения наночастиц

В настоящее время в высокоэффективных серебряных пастах широко используются субмикронные или наноразмерные серебряные порошки с более узким распределением размеров частиц и более правильной формой, но это также предъявляет очень высокие требования к точности фильтрации. Традиционные фильтровальные ткани или мембраны не могут одновременно обеспечить высокую степень удержания и высокую производительность, что легко приводит к потере частиц, засорению или низкой эффективности фильтрации.

2.  Влияние вязкости и системы диспергаторов на процесс фильтрации

Серебряные пасты обычно содержат различные поверхностно-активные вещества, диспергаторы и регуляторы вязкости. Эти органические добавки в условиях высокого сдвига легко образуют стабильные флокулированные структуры, что увеличивает сопротивление фильтрации. В то же время вязкая паста сильно загрязняет фильтрующую среду, сокращая срок ее службы и увеличивая частоту технического обслуживания.

3.  Качество рекуперации фильтрата и контроль потерь пасты

Высококачественная серебряная паста очень дорогая, любые остатки фильтрующего слоя или потеря частиц приведут к прямым потерям сырья. Существующие методы фильтрации часто не могут обеспечить двойную гарантию прозрачности фильтрата и целостности фильтрующего слоя, что приводит к необходимости вторичной очистки рекуперата, увеличивая сложность технологического процесса и эксплуатационные расходы.

4.  Трудно интегрировать промывку и сушку, снижая эффективность

В некоторых высококачественных применениях (например, серебряная паста для кристаллических кремниевых солнечных батарей, токопроводящие клеи и т.д.) высокая чувствительность к остаткам на поверхности серебряного порошка требует дополнительных этапов промывки или сушки. Однако традиционные технологические процессы фильтрации распределены по нескольким этапам, что приводит к удлинению технологической цепочки, низкой производительности и препятствует автоматической интеграции.

III. Новые фильтры для нано- и микропорошков: крупный прорыв в оборудовании для разделения твердых и жидких веществ

В процессе точного приготовления электронных и полупроводниковых паст от оборудования для разделения требуется не только сверхвысокая точность, но и многофункциональная интеграция, низкое энергопотребление и высокая эффективность в соответствии с современными промышленными стандартами. Новые фильтры для нано- и микропорошков являются типичным представителем решения этой проблемы, демонстрируя революционные характеристики в разделении частиц микро- и наноразмеров:

1. Прямое разделение частиц микро- и наноразмеров, степень удержания достигает 99,9% : позволяет эффективно удерживать электронные серебряные порошки, наноразмерные медные порошки, оксид цинка и другие мелкие частицы, предотвращая брак продукции из-за превышения допустимого размера частиц;
2. Физический метод фильтрации, без добавления каких-либо реагентов или вспомогательных веществ : предотвращает химическое воздействие, не изменяя физических свойств системы пасты, максимально сохраняя собственные свойства порошка;
3. Электропроводность равна нулю, собственные свойства материала полностью сохраняются : в течение всего цикла фильтрации не выделяются ионы металлов, электропроводящие загрязнители или остатки выщелачивания, обеспечивая электронную чистоту и непрерывность электропроводности 。
4. Интеграция разделения твердых и жидких веществ, промывки и сушки, высокая общая эффективность : обработанная жидкость прозрачная, содержание воды в фильтрующем слое низкое, а также хорошая отслаиваемость, что эффективно снижает задержку и потери пасты;
5. Низкое энергопотребление, высокая степень автоматизации, очень низкие эксплуатационные расходы : особенно подходит для крупносерийного и высокочастотного производства, может стабильно интегрироваться в автоматизированную линию производства паст.

Благодаря вышеперечисленным преимуществам, данное оборудование широко рассматривается как идеальное решение для обработки промышленных порошкообразных материалов, микро- и нанопорошковых материалов, а также сточных вод, содержащих микро- и наночастицы, и подходит для следующих категорий материалов:

• Промышленные порошкообразные материалы тальк, тяжелый кальций, кварц, силлиманит, каолин, слюда, графит и другие неметаллические минеральные порошки; карбид кремния, корунд, нитрид кремния, белая сажа, диоксид титана, алмаз и другие синтетические порошки;
• Микро- и нанопорошковые материалы нанопорошок серебра, никеля, цинка, алюминия, железа, циркония, титана и их оксиды, такие как оксид никеля, оксид цинка, оксид алюминия, оксид железа, диоксид титана, диоксид кремния, карбид кремния, карбонат кальция и др.;
• Очистка сточных вод в электронике особенно эффективна для высокоточной очистки систем с комбинированным загрязнением, содержащим красители, органические примеси и микро- и наночастицы.

Его техническая концепция представляет собой передовое направление в развитии высококачественного оборудования для фильтрации суспензий и является одним из ключевых технологических узлов в производстве новых материалов.

IV. Заключение

Для суспензий в электронике и полупроводниковой промышленности « высокая чистота + высокая однородность + высокая активность ” эпоха предъявляет к фильтрационному оборудованию беспрецедентные вызовы и возможности. Новая фильтрующая машина для микро- и нанопорошков, как наиболее представительное высокоточное фильтрующее оборудование на сегодняшний день, демонстрирует превосходные характеристики в управлении частицами размером от микрометров до субмикрометров. В будущем, по мере усложнения функциональных материалов и расширения технологических границ, технологии фильтрации будут продолжать развиваться в направлении интеллектуализации, модульности и системной интеграции, способствуя выходу нового поколения электронных материалов на более высокий уровень качества.

Как технологический лидер в области разделения твердых и жидких веществ, Ксиамень Сядияс Фильтрационные Материалы и Технологии Акционерная Компания долгое время занимается исследованиями в области промышленных фильтрующих материалов и фильтрующего оборудования, не только участвует в разработке национальных отраслевых стандартов, но и является поставщиком системной интеграции для систем фильтрации суспензий в электронике и полупроводниковой промышленности. Новая фильтрующая машина для микро- и нанопорошков Сядияс уже внедрена в таких ключевых технологических процессах, как очистка серебряных, медных и проводящих оксидных паст, а также нанопорошков, что позволило многим клиентам в Китае и за рубежом значительно повысить выход продукции и производительность.