半导体产业作为现代科技的基石,在芯片制造、集成电路封装等核心环节涉及诸多精密工艺。然而,这些过程无可避免地产生大量粉尘,如硅尘、光刻胶微粒、金属氧化物粉尘等。以芯片蚀刻工序为例,化学蚀刻反应会释放细微的硅颗粒,粒径多在 0.1 - 1μm 之间,且具有高分散性;光刻环节中光刻胶受光照、显影等处理后剥落形成极细微粉尘,不仅污染车间环境,更会对半导体产品质量造成灾难性影响,导致芯片短路、性能降低甚至报废,同时威胁操作人员健康,引发呼吸道疾病等职业危害,因此高效治理半导体粉尘刻不容缓。
:半导体粉尘大多分布在在亚微米至微米级,0.1 - 1μm 粒径段占比颇高,此粒径范围粉尘颗粒惯性小、扩散性强,常规除尘手段极易使其逃逸,难以捕捉。
:涵盖硅、二氧化硅、金属(如铝、铜等,源于芯片互联金属层)、有机光刻胶等成分,不同成分粉尘物化性质迥异,如硅尘硬度高、化学性质相对来说比较稳定,光刻胶粉尘具黏性且易燃,要求除尘设施具备多元适应性。
:在半导体制造的高静电场环境(如离子注入、等离子蚀刻)下,粉尘颗粒极易荷电,带电粉尘间相互排斥或吸附于设备表面,增加除尘难度,还可能引发静电放电损坏敏感电子元件。
:作为末端净化关键防线μm 粒径粉尘过滤效率可达 99.97%,ULPA 更是高达 99.999% 以上。滤芯采用超细玻璃纤维滤纸或驻极体纤维材料,多层折叠结构增大过滤面积,配合精准密封设计,确保洁净空气输出,有效拦截细微粉尘,安装于车间送风口、关键工艺设备进气端,保障局部超净环境。
:针对粉尘静电特性,改良传统 ESP。电极板选用耐腐蚀、低表面粗糙度的不锈钢材料质地,优化极间距至 5 - 10mm,增强电场强度与均匀性;前置荷电区,利用电晕放电使粉尘充分荷电,后接收尘区高效捕集,收尘效率超 95%,适用于大风量、含尘浓度相比来说较低的制程废气,如芯片研磨抛光工序排气,且运行阻力低,节能减耗。
:在粉尘产生源头,如硅片切割、晶圆研磨区域,先以旋风除尘器利用离心力初步分离大颗粒(>5μm)粉尘,去除效率约 80% - 90%,减轻后续处理负荷;后置布袋除尘器,滤袋选用聚四氟乙烯(PTFE)覆膜针刺毡材质,过滤精度达 0.1μm 以下,对细微粉尘强力截留,组合除尘效率超 99%,并配套脉冲喷吹清灰系统,保障滤袋长期稳定运行,降低维护成本。
:HEPA/ULPA 过滤器依洁净等级需求,过滤风速严控在 0.01 - 0.05m/s 范围,确保粉尘有充足时间接触滤材被捕集;布袋除尘器过滤风速维持在 0.5 - 1m/s,平衡过滤效率与运行阻力,防止风速过高穿透滤袋或过低导致设备占地过大。
:ESP 电场电压依粉尘荷电特性调至 30 - 60kV,电流 0.1 - 0.5A,优化粉尘驱进速度至 0.1 - 0.3m/s,保障高效收尘;同时设电压电流实时监测反馈,自适应调整,维持稳定电场,提升除尘可靠性。
:布袋除尘器与 ESP 清灰系统接入车间生产管理系统,依据粉尘产生速率、设备正常运行阻力变化,智能设定清灰周期。如布袋除尘器当阻力升高 10% - 15% 触发脉冲喷吹,ESP 定期低频反电晕清灰,避免过度清灰损伤滤材、电极,延长使用寿命。
:在各产尘点、除尘设施进出口部署激光粉尘浓度传感器,实时监测粉尘浓度、粒径分布,数据传输至中控室,超阈值自动预警,联动对应设备调整运行参数(如风机转速、清灰频率),实现智能化管控。
:运用 Computational Fluid Dynamics(CFD)模拟技术,优化车间整体气流组织,确保粉尘随气流有序流向除尘设施;管道采用低粗糙度、防静电材质,合理设计管径、弯头曲率半径,减少粉尘沉积、碰撞管壁再扬起风险,保障气流通畅高效。
:构建以可编程逻辑控制器(PLC)为核心的自动化控制管理系统,实现 HEPA/ULPA 过滤器、ESP、布袋除尘器等多设备联动。依生产工序启停自动切换设备状态,故障自动诊断报警、冗余切换,全程无人值守运行,提升运行稳定性与管理效率。
:巡检人员每日检查设备外观有无破损、漏风,风机运转声音、振动、温度正常;查看过滤器压差、ESP 电压电流、布袋除尘器清灰效果等指标,记录仪表读数,比对历史数据排查异常,每班至少巡检一次,及时有效地发现隐患。
:每周清洁过滤器表面浮尘,检查 ESP 电极板积灰、布袋除尘器滤袋磨损,按需更换部件;每月对风机、泵类设备添加润滑油、校准仪表;每季度深度检验测试设备性能,如过滤器过滤效率、ESP 收尘效率、布袋除尘器泄漏率,依结果优化调整,确保设备长期高效运行。
:预设风机故障、停电、粉尘超标排放等突发场景应对机制。风机故障即启动备用风机;停电切换至应急电源,维持关键监测、控制;粉尘超标时,迅速降低产尘工序负荷、切换备用除尘路径,排查修复,事后复盘整改,强化薄弱环节,保障半导体生产环境持续洁净。
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