在半導體制造中,氣體的純度與顆??刂浦苯雨P系到晶圓的良率。氣體過濾器的選擇,決定了整個產線能否穩定運行。市場上常見的兩類方案是 金屬燒結濾芯 與 聚合物過濾器。它們在結構、性能、壽命上各有優劣,但隨著先進制程對潔凈度要求不斷提高,工程師不得不重新審視:究竟哪種過濾器才是半導體行業的最佳選擇?
一、兩類過濾器的基本原理
1. 金屬燒結濾芯
材料:316L 不銹鋼、鎳、鈦等金屬粉末;
工藝:高溫真空燒結形成多孔結構;
特點:全金屬焊接,無有機物析出,孔徑分布均勻;
應用:超高純氣體過濾、真空系統、高壓工況。
2. 聚合物過濾器
材料:PTFE、PVDF、PEEK 等高分子材料;
工藝:擠出或拉伸制成微孔膜;
特點:孔徑可控、成本低、重量輕;
應用:普通氣體過濾、液體凈化、生物制藥。
二、過濾精度對比
半導體工藝對顆粒的容忍度極低。
聚合物過濾器:常見精度為 0.01–0.05 μm,部分可達 0.003 μm,但在高壓和高溫下穩定性差;
金屬燒結濾芯:恒歌產品精度可達 0.003 μm,9 LRV 顆粒攔截能力,同時保持結構穩定。
> 數據來源:SEMI F20/F38 要求氣體過濾器具備亞微米顆粒攔截能力,先進制程普遍采用 ≤0.003 μm 過濾精度。
結論:在過濾精度方面,金屬燒結濾芯在極端工況下更穩定。
三、耐溫耐壓性能對比
聚合物過濾器:耐溫 ≤120 ℃,耐壓一般 ≤5 MPa;
金屬燒結濾芯:耐溫 ≤600 ℃,耐壓 ≤20 MPa,可用于高壓氣體與腔室烘烤環境。
這意味著,聚合物適合一般應用,而金屬燒結濾芯可以覆蓋半導體 高壓、真空、高溫 等復雜工況。
四、壽命與維護成本
聚合物過濾器:一次性使用,壽命短,更換頻繁;
金屬燒結濾芯:可反吹、可超聲波清洗,壽命是聚合物的 5–10 倍。
根據 DOE 數據,在 300 mm 晶圓廠,氣體過濾器平均每年需要維護 3–5 次。采用一次性聚合物濾芯,維護成本高;而金屬燒結濾芯減少了更換頻率和停機次數,TCO(總擁有成本)下降 20%–30%。
五、污染風險對比
聚合物過濾器:存在析出風險,尤其在與腐蝕性氣體(如 HCl、HF)接觸時,可能分解生成雜質;
金屬燒結濾芯:全金屬結構,零有機析出,適合氟化物、氫氣等活性氣體。
在先進制程和新能源氫能領域,污染風險往往比成本更關鍵。
六、行業應用案例
1. 半導體工藝氣體過濾
恒歌 BF 系列大宗氣體過濾器在氣源端使用全金屬燒結濾芯,可長期承受高壓輸送,避免氣柜顆粒進入產線。
2. IGS 面板過濾
SF 系列面板過濾器通過 C/W 型密封兼容性,在有限空間內實現 0.003 μm 攔截,聚合物無法滿足長期高溫環境要求。
3. MFC 儀器保護
MF 系列保護過濾器延長 MFC 使用壽命 2–3 倍。聚合物在高溫烘烤環境下無法替代。
4. 真空與擴散應用
DF 系列擴散器過濾器通過金屬多孔結構改善氣體分布,避免湍流。聚合物則因熱穩定性不足,無法應用于此。
如果是一般工業過濾或液體凈化,聚合物過濾器足夠;
如果是半導體、光伏、新能源等高潔凈度場景,金屬燒結濾芯是唯一可行的長期解決方案。
八、為什么半導體更傾向金屬燒結濾芯?
從行業趨勢看,隨著制程線寬不斷縮小,聚合物過濾器的局限性會越來越明顯。SEMI 標準、ISO Class 1 要求、氫能安全規范都指向一個方向:過濾器必須具備高精度、耐高溫、耐高壓、零析出特性。
恒歌通過 BF、SF、MF、DF 系列產品,建立了全鏈路的金屬燒結過濾體系,覆蓋從源頭到腔室的每一個環節。這種體系不僅符合標準,更是面向未來 2 nm 甚至 1.4 nm 工藝的必然選擇。
金屬燒結濾芯與聚合物過濾器并不是完全對立的關系,而是應用場景不同。對于半導體行業而言,聚合物過濾器的局限性已越來越難以滿足需求。金屬燒結濾芯憑借 0.003 微米精度、耐溫耐壓、可清洗長壽命和零析出優勢,正在成為行業主流選擇。
未來,隨著制程進一步演進,金屬燒結過濾器不僅會在半導體中全面取代聚合物,還將在氫能、航空航天等領域展現更大價值。
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