Многие современные технологические процессы невозмож­ны без надежного исключения попадания в продукцию мел­ких пылевых частиц. Характерной в этом отношении являет­ся промышленность по производству электронных приборов, в первую очередь микросхем [1].

На полупроводниковом кристалле размером в несколько квадратных миллиметров размещается электронное устройст­во из нескольких тысяч транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов. Развитие полупроводниковой электроники и микроэлектроники сопровождается возрастанием сложности и степени интеграции интегральных схем. С этим связано уменьшение размеров элементов до субмикронных величин. Естественно, что попадание на кристалл пылевой частицы размером в доли микрона нарушает частотно-мощностные характеристики интегральных схем. Требования к чистоте воздуха до последнего времени определялись в соответст­вии с ОСТ 11091.353—78 по содержанию частиц размером *0,5 мкм в 1 л воздуха[1], однако в связи с уменьшением размеров элементов возникла необходимость защиты от всех частиц размером более 0,1 мкм.

Во многих странах мира эти требования определяются в соответствии с Федеральным стандартом США FS 209С (1987 г.). Классификация чистых помещений по этому стан­дарту приведена в табл. 1, где дается допустимое количе­ство частиц в 1 л воздуха.

ОСТ 11091.353—78 не ограничивает содержание в воз­духе чистых помещений частиц менее 0,5 мкм из-за отсут­ствия необходимых технических средств отечественного про­изводства, вследствие чего невозможно осуществить требо­вания к чистоте воздуха помещений 1 и 10 классов, что тормозит развитие микроэлектроники и научно-технического прогресса страны в целом.

Количество частиц, находящихся в воздухе чистого поме­щения, определяется: истиранием полов, пылевыделениями

от оборудования, технологических процессов, людей и т. п., но наиболее .существенным источником пыли является при­точный воздух. В связи с этим возникает необходимость тщательной очистки этого воздуха. Очистка осуществляется с помощью особо эффективных фильтров, основу кото­рых составляет волокнистый фильтрующий материал.

В СССР для этих целей многие годы применяется матери­ал ФГ1П-15-1,7, изготовляемый из волокон перхлорвинила. Согласно ТУ 16-16-2813-84, этот материал не должен про­пускать более 0,01% частиц размером 0,3—0,35 мкм и более. Эффективность улавливания частиц меньшего размера не нормируется. Те же технические условия определяют, что при стекании с волокон электростатического заряда в ре­зультате длительного хранения или при повышенной влажно­сти очищаемого воздуха, избежать чего на практике обыч­но невозможно, проскок увеличивается до 10 %• Недостат­ком материала является также его горючесть, причем при горении выделяются высокотоксичные вещества.

В зарубежной практике для очистки воздуха, подаваемого в чистые помещения, взамен фильтров НЕРА, созданных в 40-е годы, эффективность которых для частиц размером 0,3 мкм составляет 99,97%, в последнее десятилетие приме­няют фильтры ULPA с эффективностью 99,999 %( и более для частиц, размеры которых позволяют удовлетворить тре­бования, предъявляемые к помещениям 1 и 10 классов (табл. 1). Фильтрующие материалы для этих фильтров из­готавливают из тонких стеклянных волокон по мокрой тех­нологии аналогично производству бумаги [2].

В 1986 г. была начата работа по созданию отечественных фильтрующих материалов, соответствующих лучшим зарубеж­ным образцам. Работу выполняют НПО «Ламинар», Марий­ский филиал ВНИИ бумаги, НПО «Стеклопластик», Сантех­НИИпроект.

Как показывают теоретические исследования [3] и за­рубежная практика, для того чтобы эффективно улавливать субмикронные аэрозоли размером 0,3 мкм и менее, необ­ходимо использовать волокна диаметром менее 0,5 мкм [4].

В процессе работы освоено производство микротонких стеклянных волокон со средним диаметром 0,25 мкм и изго­товлены лабораторные образцы, а в дальнейшем опытно­промышленные партии материала.

В результате лабораторных исследований определены оп­тимальная структура и состав материала. На первой ста­дии коэффициент проскока определялся по ГОСТ 12.4.156— 75 «Противогазы и респираторы промышленные фильтрую­щие» для аэрозоля масляного тумана с размером частиц 0,28—0,34 мкм при скорости фильтрации 0,83 см/с. Характе­ристики материала приведены в табл. 2.

После лабораторных исследований была отработана тех­нология промышленного производства материала, а также получено несколько опытно-промышленных партий. Резуль­таты испытаний этого материала также приведены в табл. 2. Как видно из сравнения, лабораторный и опытно-промыш­ленный образцы имеют сопоставимые характеристики, при­чем последний допускает более высокую разрывную на­грузку, что является существенным фактором при сборке фильтров с помощью механических укладчиков.

Для проведения сопоставительного анализа был закуп­лен фильтр ULPA фирмы «Раджигария» (Индия), который оснащен материалом японского производства. Согласно пас­портным данным, эффективность фильтра для частиц разме­ром 0,12—0,17 мкм составляла 99,99952%. Для возможно­сти сравнения материал этого фильтра был подвергнут ис­пытаниям по методике ГОСТ 12.4.156—75, результаты кото­рых также приведены в табл. 2. Как показывает сравнение, созданный материал не уступает зарубежному аналогу.

Одновременно с разработкой материала проведена работа по созданию методики оценки эффективности для частиц размером 0,1 мкм. Отработаны две независимые методики, по одной из которых были проведены испытания разработан­ного материала с помощью монодисперсного аэрозоля латек­са размером 0,1 мкм. Частицы регистрировались с помощью фотоэлектрического счетчика АЗ-5 с предварительным ук­рупнением в приборе КУСТ (конденсационный укрупнитель стандартного тумана). Эффективность испытанного матери­ала составила 99,9999 %|.

Для дополнительной проверки полученных результатов образцы разработанного материала были переданы для ис­пытания фирме «Майснер и Вурст» (ФРГ).

Оценка эффективности материала производилась по аэро­золю хлористого натрия с регистрацией частиц путем пла­менной фотометрии. Эффективность материала составила 99,9998% для частиц размером 0,14 мкм.

Выводы

В результате проведенной работы разработан новый фильтру­ющий материал на основе стекловолокна, позволяющий эф­фективно улавливать аэрозоли размером крупнее 0,1 мкм; по­лучены опытно-промышленные партии материала, который по своим характеристикам соответствует лучшим зарубежным об­разцам; результаты испытаний материала при определении эффективности по разработанной и зарубежной методикам со­гласуются. Созданный материал может быть использован на предприятиях электронной, микробиологической и других от­раслей промышленности с высокими требованиями к чистоте приточного воздуха.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Голото И. Д., Докучаев Б. П., Колмогоров Г. Д. Чис­тота в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем. — М.: Энергия, 1975.

2. Камисима. Фильтры сверхточной очистки для помещений осо­бой чистоты // Куки тёва то рейто. — 1984. № 1.

3. Кирш А. А. Моделирование и расчет аэрозольных фильтров: Авто — реф. дис… д-р хим. наук — М., 1977.

4. X и т о с и Э. Разработка фильтрующих материалов высокого каче­ства и их эффективность фильтрации // Куки тёва то рейто. — 1982. № 8.

Г. Е. МЕЛИДИ, канд. техн. наук; В. А. ШАРУТИНА, инж. (Новосибирский ин-т инженеров железнодорожного транспорта)