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Aplicação de Filtro
Químico no Sistema de Ar
Condicionado de Sala Limpa
Tian Shiai, Yu Ziqiang




Resumo                                                         desempenho e invalidação. Por exemplo, na indústria de
                                                               semicondutores, AMC causa na cobertura de formato ‘T’
  Em instalações de semicondutores, os programas de            da blindagem ótica (Fig. 1), o efeito de corrosão, o cresci-
controle de contaminação exigem o uso de filtros de            mento não-uniforme da camada de oxidação, a mudança
particulados no ar de alta eficiência (HEPA) e filtros de ar   no caráter da placa de cristal, a diminuição da integrida-
de penetração ultra baixa (ULPA) para controlar a quan-        de da camada de oxidação da grelha, e assim por diante.
tidade de partículas. Contudo, conforme as dimensões           [1, 2] Na indústria acima, filtro de ar de particulados de
dos chips diminuem, os contaminantes moleculares do ar         alta eficiência (HEPA) ou filtro de ar de penetração ultra
(AMC) que constituem uma ameaça para o desempenho              baixa (ULPA) são os que mais equipam as salas limpas.
e confiabilidade do produto, se tornaram a contaminação        Estes equipamentos são muito eficientes para filtrar partí-
principal nas salas limpas para semicondutores. Este tra-      culas cujos tamanhos estiverem acima de 0,05 µm, porém,
balho apresenta a classificação e princípios de medição        eles não têm efeito sobre partículas para as quais os tama-
de AMC, os principios de filtração química e sua aplica-       nhos médios vão de 10 Å à 100 Å. Com o propósito de
ção no condicionamento de ar em sala limpa. Palavras           de retirar AMC, os fabricantes estão produzindo diversas
chave: Filtro químico / Ar Condicionado de Sala Limpa /        categorias de filtros químicos.
Contaminantes Moleculares do Ar, Aplicação (Utilização).

1. Introdução
  Nas indústrias de ciência e tecnologia avançadas de           Tempo Zero     10 minutos após   20 minutos após   40 minutos após
dispositivos semicondutores, disco rigído e telas de
cristal líquido, com o aumento dos procedimentos de            Figura 1 - Defeitos de fotoresistência por exposição à
trabalho e a diminuição das dimensões dos dispositivos,        parte superior T a NH3 (4ppb)(3)
a presença dos AMC usualmente resulta na diminuição
da porcentagem de produtos acabados, e degeneração de           Este trabalho introduz a tecnologia de classificação e
                                                               detecção de AMC, e o princípio, estrutura e a aplicação
                                                               de filtro químico no ar condicionado de sala limpa.

Trabalho apresentado no 18th ICCCS - International
                                                               2. Contaminantes moleculares gerados
Symposium on Contamination Control.                            pelo ar (AMC)
Reprodução permitida pela ICCCS para
a Revista da SBCC
                                                               2.1. Classificação de AMC
                                                                Nas normas SEMI F21-95 e SEMI F21-1102, compiladas

                                                                                                               SBCC
                                                                                                 julho / agosto 2008       35
artigo técnico


pela Associação Internacional de Dispositivos e Materiais                      Tabela 2 - Fontes típicas de AMC em salas limpas
Semicondutores, a classificação de AMC é a seguinte. [3,4]
                                                                               Fontes           Classificação        Chemical
  Ácidos Moleculares (MA): Um material corrosivo
cuja reação química característica é aquela de receptor                                                              Plastificante, oxidante, retardante de chama,
                                                                                                Equipamento
de elétrons, tal como hidrofluorídrico (HF), dióxido de                                                              lubrificante, produto de limpeza
enxofre (SO2), cloreto de hidrogênio (HCl), brometo de                         Processo
                                                                                                                     Ácido Sulfúrico, fluoreto de hidrogênio, Amônia,
hidrogênio (HBr);                                                                               Subst. Química
                                                                                                                     gás de purifcação

  Bases Moleculares (MB): Um material corrosivo cuja                                            Gás de Exaustão      Substância Ácida, substância básica ,
reação química característica é de um doador de elétron                                         da Fábrica           solvente,Composto Orgânico Volátil
tal como amônia (NH3), metilamina (CH3 NH2), trimetila-
                                                                                                Poluição do          Gases do escapamento de automóvel, Gases do
mina (CH3) 3N Morfolina;                                                       Ar externo
                                                                                                Tráfego              escapamento de aviões

   Condensável Molecular (MC): Uma substância (diferen-                                         Poluição dos         Odores de Combustão, odores de esgoto,
te de água) que normalmente tem um ponto de ebulição                                            meios de vida        odores de lixo
acima da temperatura ambiente na pressão atmosférica                                            Construção           Concreto, graxa, armações
capaz de condensar sobre uma superfície limpa, tal como
                                                                               Material de                           Plastificante, retardante a chama, cola, material
silicone (ponto de ebulição≥ 150°C) e hidrocarboneto                                            Material da planta
                                                                               Construção                            de isolamento térmico
(ponto de ebulição≥ 150°C);
                                                                                                Limpeza              Produto de Limpeza
  Inibidores Moleculares (MD): Um elemento químico                                              Secreção             Respiração, suor, cosmético
                                                                               Operador
o qual modifica as propriedades elétricas de um material                                        Panos de limpeza     Produto de lavanderia, antisséptico
semicondutor, tal como boron (usualmente como ácido                            Filtros          HEPA                 VOC, Be, P
bórico), fósforo (usualmente como organofosfatos), arsêni-
co (usualmente como arsenatos). Todos os íons metálicos                        2.3 Tecnologia de detecção de AMC
têm a capacidade de adicionar impurezas a um semicondu-
tor, tais como K+, NA+, CA2+ e assim por diante.                                 Por meio da detecção de AMC, as pessoas não só
  A classificação de AMC está listada na Tabela 1                              podem saber dos efeitos de AMC no processo e produto,
                                                                               mas também, somente assim podem avaliar a eficiência e
Tabela 1 - Método de Classificação SEMI F21-1102                               duração de um filtro químico. Quando se escolhe o méto-
AMC [5]                                                                        do de detecção, sensibilidade, precisão, anti-interferência,
                                                                               custo e complexidade devem ser considerados. Numa
 Classe de Material         Classificação ( * concentração em ppt)             sala limpa a concentração de AMC é geralmente baixa e é
                                                                               principalmente na classe ppb (10-9), ou mesmo na classe
                      1*         10 *       100 *      1000 *        10000 *
                                                                               ppt (10-12). Então a sensibilidade do instrumento é a pri-
      Ácidos          MA1       MA10       MA100       MA1000        MA10000   meira consideração para a fábrica de semicondutores.

       Bases          MB1       MB10       MB100       MB1000        MB10000
                                                                               2.3.1. Tecnologia de medição direta
   Condensável        MC1       MC10       MC100       MC1000        MC10000
                                                                                 Com a detecção automática e em tempo real para
     Inibidores       MD1       MD10       MD100       MD1000        MD10000   AMC, mudanças nos AMC podem ser obtidas imediata-
                                                                               mente. Esta tecnologia tem sido aprovada recentemente.
  Observações: A unidade pptM significa partes por tri-                        Atuamente, SO2, H2S, NOX e NH3 são os principais gases
lhão molar. 1pptM=10-12 mole de concentração. Se 1012                          medidos em tempo real em salas limpas. Princípios de
moléculas de gás contêm somente 10 moléculas de gás                            medição rotineiros incluem luminescência quimica, flu-
perigosas, a classe de concentração é MA 10.                                   orescência de UV e Detector de Foto Ionização (PID),
                                                                               Espectrometria de Mobilidade de Íons (IMS) e Sensor
                                                                               Eletroquímico. Numa sala limpa classe 10 de uma fábrica
2.2 Fontes de AMC                                                              de semicondutores, nós usamos detectores automáticos
                                                                               para medir a concentração de SO2, NO, NO2 e NH3. Os
 As fontes de AMC estão detalhadamente listadas                                resultados estão mostrados na Figura 2. A concentração
na Tabela 2.                                                                   média de SO2, NO, NO2 e NH3 é respectivamente de



         SBCC
36       julho / agosto 2008
Concentração ppb




                                                                                                                             2.3.3 Tecnologia de medição
                                                                                                                             indireta

                                                                                                                             2.3.3.1 Tecnologia de análise
                                                                                                                             de superfície
                                                                                                                             A folha de coleta é colocada dentro
                                                                  Tempo                                                    da sala limpa de semicondutores e AMC
                                                                                                                           forma o filme de deposição de depo-
21,23 / 25,79 / 47,6 e 83,26 ppb. Isto é muito mais alto do                                             sição atômica e molecular sobre a superfície da folha de
que o valor requerido.                                                                                  coleta. Em virtude das tecnologias de análise de superfície
Figura 2 - Concentrações de AMC numa Sala Limpa                                                         incluindo AES, XPS e SIMS, o filme de poluição da folha de
                                                                                                        coleta é medido, e depois a concentração de AMC pode
                                                                                                        ser conseguida indiretamente. A comparação de tecnolo-
2.3.2 Tecnologia de análise por                                                                         gia de análise de superfície está listada na Tabela 4.
amostragem                                                                                                Em algumas empresas de semicondutores, se usa a folha
  Tecnologia de análise por amostragem é uma medição                                                    de prata e AES para analisar a condição de poluição do ar
em que a amostra é coletada no local, e depois analisada                                                na sala limpa. Os dados da medição mostram-se na Figura
em laboratório. As principais tecnologias de análise por                                                3. O resultado mostra que o conteúdo de S, O, C, CI e Ca
amostragem estão listadas na Tabela 3. Em termos das                                                    na área poluída é mais alto do que na area não poluída.
condições e requisitos atuais, a análise correta de amos-                                               Isto pode ter resultado da poluição AMC no ar.
tragem medida é selecionada de acordo com a aplicação.
Por exemplo, o gás orgânico volátil é amostrado com
tubo de aço inox, e é analisado por cromatografia de fase
gasosa e espectrometria de massa (GC/MS); o componen-
                                                                                                                    S / Ag




te inorgânico é amostrado com a solução de absorção, e é
analisado com cromatografia de íon (IC) e espectrômetro
de plasma indutivamente acoplado (ICP/MS).

Tabela de - Métodos de análise por amostragem principal
  Método
         3
 amostragem
              Processo    Objeto testado
                                           Equipamento de
                                            teste
                                                                                                                                  Espessura (nm)

                                          Ânion: F-, CI-, NO3-, NO2-, SO42-
                        Amostragem
                                            Cation: NH4+, Ca2+, Mg2+,
 Solução de           com garrafa de                                                     IC
                                                       Na+, K+
  absorção            impacto e água                                                  ICP/MS
                                         Ácido Orgânico: CH3COO-; HCOO-
                                                                                                          Cu / Ag




                         absoluta
                                                      Boron (B)


                        Amostragem
                                                                                    GCTD-GC/MS
                        com carvão
 Absorção de                                                                  (Cromatôgrafo de Gás de
                      ativado e Tenax       Hidrocarboneto, oxosilane
   sólidos                                                                     Desabsorção Térmica /
                      e separação por
                                                                              Espectrômetro de Massa)
                            calor                                                                                                 Espessura (nm)


                      Coleta de ar com
Recipiente de                                                                           GC
                       bolsa, frasco e          Componentes do ar
   coleta                                                                             GC/MS
                      tubo de aço inox
                                                                                                              Cl / Ag




                                                                                    Cromatôgrafo de
                             Tiras de                                            gás de desabsorção
                      cobre, prata ou                                           térmica de plaqueta,
  Coleta de                                    Componentes orgânicos,
                        silicone para                                             espectrometria de
  exposição                                      ácidos e básicos
                        absorção de                                                    massa)
                       gases no local                                                      AES
                                                                                          SIMS
                                                                                                                                  Espessura (nm)




                                                                                                                                                       SBCC
                                                                                                                                         julho / agosto 2008   37
artigo técnico


                                                                                                                       sura do filme de corrosão depois da correção. De acordo
                                                                                                                       com a norma de classificação emitida pela Associação
                                                                                                                       Americana de Instrumentos e aparelhos, o ambiente pode
             O / Ag




                                                                                                                       ser classificado de acordo com estes dados. (Tabela 5). [6]
                                                                                                                       O nivel de AMC pode ser obtido indiretamente. Este tipo
                                                                                                                       de aparelho tem alta sensibilidade e resolução no tempo
                                                                                                                       e pode detectar a mudança no ambiente em tempo real
                                                         Espessura (nm)                                                e diretamente.

                                                                                                                       Tabela 5 I.S.A. – S7104 Gráfico de Classificação

                                                                                                                                              Classes de Ambiente ISA, Umidade Relativa <50%.
             C / Ag




                                                                                                                        Espessura de Filme em
                                                                                                                                                   ISA Classe G1   ISA Classe G2   ISA Classe G3   ISA Classe Gx
                                                                                                                          Plaqueta de Cobre
                                                                                                                                                     0 ~ 299       300 ~ 999       1000~ 1999        ≤ 2000
                                                                                                                             (Angstroms)
                                                                                                                                           Concentrações de gás (Parte por Bilhão por Volume)
                                                                                                                                                        G1              G2              G3              Gx
                                                                                                                                H2S                    ≤3              ≤10             ≤50             >50

            Figura 3 – Comparação de dados de medição (A1 –                                                                   SO2, SO3                 ≤10            ≤100            ≤300            >300

            regiões descoloradas A2- regiões normais)                                                                           CL2                    ≤1              ≤2              ≤10             >10
                                                                                                                                Nox                    ≤50            ≤125           ≤1250           >1250
                              Tabela 4 Lista de tecnologias de análise de superfícies                                            HF                    ≤1              ≤2              ≤10             >10
                                         Profundidade                                                                           NH3                   ≤500           ≤10000          ≤25000          >25000
                                          da amostra                      Elementos
                                                                                                        Partícula de             O3                    ≤2              ≤25            ≤100            >100
 Método       Informação    Resolução      (camada        Quantidade       além da      Sensibilidade
                                                                                                         detecção
                                           de átomo                         análise
                                           simples)
                                                                                                                         Se o cristal de quartzo piezoelétrico for substituído pelo
              Análise de                                                                                 Eletrônico
              elementos                                                                                 / Raios-X,/    aparelho de Onda Acústica de Superfície (SAW), obtém-
   AES                        5nm              3              fácil         H, He          0,1%
              em estado                                                                                   Elétron      se o sensor de de condução SAW .
               químico                                                                                   perfurante      SAW é um dos tipos de tecnologias de detecção de qua-
              Análise de
                                                                                                                       lidade sensível e rápida. Devido à freqüência de trabalho
              elementos                                                                                  Raios-X/,     muito alta, a sensibilidade do sensor SAW é 100 vezes a do
  XPS                         5µm              3              fácil         H, He          0,3%
              em estado                                                                                 fotoelétron    QCM tradicional. [7] O dispositivo de detecção feito de
               químico
                                                                                                                       SAW fornece então os dados de mudança de qualidade.
              Análise de                                                                                               Então a situação de poluição ambiental pode ser obtida
  SIMS        elementos
                              1µm              2                                           0,01%
                                                                                                        Íons / íons    indiretamente.
 (Static)     em estado                                                                                  faiscantes
               químico
                                                                                                                       3. Filtro químico
  SIMS         Análise de                                                                               Íons / íons      Agora, se o filtro químico for instalado no sistema
                             50µm             10              difícil                   < 0,0001%
(dynamic)      Elementos                                                                                 faiscantes
                                                                                                                       de ar condicionado, a concentração de AMC pode ser
                                                                                                                       efetivamente diminuída e alcançar o padrão ou a faixa
                                                                                                                       requerida. O filtro químico usa geralmente o carvão
                                                                                                                       ativo, alumina e resina de troca de íons como agente
                                                                                                                       de limpeza para eliminar AMC. Os princípios incluem
            2.3.3.2 Sensor de cristal piezelétrico                                                                     absorção física e química.
              De acordo com o princípio de sintonia piezelétrica, o
            Micro-equilíbrio do Cristal de Quartzo (QCM) pode
            medir a mudança de qualidade em nano-grama na super-
                                                                                                                       3.1 Princípio de filtragem química [8-9]
            fície do eletrodo. Em virtude do dispositivo de detecção                                                      O filtro químico absorve gases seletivamente, e não
            feito de Cu ou Hg como os materiais do eletrodo QCM,                                                       filtra impurezas por processos mecanicos O esquema da
            a mudança de qualidade pode ser medida como a espes-                                                       filtragem de gás no filtro químico é mostrada na Figura 4.

                        SBCC
          38            julho / agosto 2008
A absorção é aquela em que as moléculas de gás ou líqui-                mina e resina de troca de íons como materiais de filtra-
            do aderem à superfície da substância sólida. A substância               gem. Esses agentes estão listados na Tabela 6. Devido às
            sólida é o absorvente e o gás ou líquido é chamado de                   vantagens da grande área de superfície específica, amplo
            substância absorvida.                                                   espectro de absorção, [10,11] fontes abundantes e baixo
                                                                                    custo, o carvão ativado é amplamente usado nos filtros
                                     carvão
                                     ativado                                        químicos. É constantemente chamado de filtro de car-
gases procurados
                                               meio                                 vão ativado. O carvão ativado é mostrado na Figura 5.
                                                                                    A absorção de amplo espectro está listada na tabela 7. A
                                                                          gases     alumina tratada com KMnO4 é também o maior agente
                                                                       procurados
                                                                                    de limpeza nos filtros químicos, e mostrada na Figura 6.

                                                meio
                                                                                    Tabela 6 - Tipos comuns de meios em filtro químico
                    Classe química


                                                                                                                       Processo de
                                                       Troca de íons                   Composição do meio                                               Gases Alvo
                   Absorção química                                                                                     Remoção
                                                                                            Carvão ativado             Adsorção Física        VOC, dióxido de enxofre (SO2)
               Figura 4 - Diagrama esquemático de remoção de AMC                     Carvão ativado + Hidróxido de                            Ácido clorídrico (HCl) sulfeto de
                                                                                                                      Adsorção Química
                                                                                            Potássio (KOH)                                        hidrogênio (H2S), SO2
              A absorção pode ser dividida em absorção física e quí-                    Carvão ativado + Ácido
                                                                                                                      Absorção Química            Amônia (NH3), NMP, aminas
            mica. A absorção física depende das forças de Van der                         Fosfórico (H2PO4)
            Waals. Ocorre freqüentemente em baixa temperatura. A                      Carvão Ativado + Sulfato de
                                                                                                                      Absorção Química                    NH3,- H2S
            capacidade de absorção é aumentada com a diminuição                             Cobre (CuSO4)
            da temperatura do gás. É um processo reversível. Por                                                                              H2S, SO2, formaldeído (HCHO),
                                                                                         Alumina ativada +
                                                                                                                                               Óxidos de Nitrogênio (NOx),
            exemplo, a absorção pelo carvão ativado dos orgânicos                     Permanganato de Potássio        Absorção Química
                                                                                                                                                etileno (C2H4), acetaldeído
            é uma absorção física. Com o objetivo de aumentar a                             (KMnOH4)
                                                                                                                                                          (C2H5O)
            capacidade de absorção dos materiais para gases especiais                Alumina ativada + Hiposulfito
            incluindo NH3, HF e formaldeído, o absorvente é usual-                                                    Absorção Química                       C12
                                                                                         de Sódio (Na2S2O3)
            mente tratado quimicamente. A absorção baseada na                          Resina de troca de cation        Troca de íon                     NH3, aminas
            reação entre os materiais e gases prejudiciais é chamada
                                                                                       Resina de troca de ânion         Troca de íon             HC1, HF, HNO3,ácido orgânico
            de absorção química. É um tipo de absorção seletiva. Um
                                                                                     Fibra de carvão ativado (ACF)     Adsorção Física                       VOC
            absorvente pode absorver somente um determinado gas
            ou vários gases. A absorção química não é um processo
            reversível. O absorvente primeiro absorve as moléculas                  Tabela 7 Capacidade de adsorção do carvão ativado de
                                                                                                                              Capacidade
                                                                                                                     Fórmula              Peso
            de gás pela força de Van der Waals, e depois reage com as                       Substância                                                      adsorção (por
                                                                                                                     Molecular           Molecular
                                                                                                                                                              peso, %)
            moléculas de poluição, para formar o sólido ou gases não
            prejudiciais. Durante a filtragem, a capacidade de absor-                        Acetaldeído               C2H4O               44,1                       7

            ção é gradualmente enfraquecida, até se reduzir a zero.                         Ácido Butírico            C4H8O2               88,1                    35
              Quando a absorção continua, a dessorção ocorre ao                              Tetracloreto              CCI4                153,8                   45
            mesmo tempo. A desorção é quando as moléculas de gás                            Acetato Etílico           C4H8O2               88,1                    19
            absorvidas se desprendem do absorvente. A dessorção                              Ethamethiol               C2H6S                64                     23
            é processo inverso da absorção. Em algumas condições,
                                                                                               Cânfora                C10H18O              154,2                   20
            depois de um tempo suficientemente longo, a absorção
            e dessorção alcançam o equilíbrio dinâmico, e o absor-                             Hexano                  C6H14                86                     16
            vente fica saturado. Por meio da dessorção, a absorção                             Tolueno                 C7H8                 92                     29
            consegue novamente a capacidade de absorção, a qual é                         Dixido de enxofre             SO2                 64                     10
            chamada de regeneração. Para absorção física, o carvão                             Amônia                  NH3                  17                     1,3
            ativado pode ser regenerado com calor, vapor, descom-
                                                                                                Cloro                   CI2                 71                     2,2
            pressão e substituição. Porém, a absorção química geral-
                                                                                        Sulfeto de hidrogênio           H2S                 34                     1,4
            mente não pode ser regenerada.
                                                                                              Benzeno                  C6H6                78,1                    24
                                                                                                Fenol                  C6H6O               94,1                    30
            3.2 Agente de limpeza
                                                                                               Ozônio                   O3                  48                     O2
               O filtro químico usa geralmente o carvão ativado, alu-

                                                                                                                                                 SBCC
                                                                                                                                   julho / agosto 2008                    39
artigo técnico


                                                     Capacidade de
       Substância
                             Fórmula      Peso
                                                     adsorção (por
                                                                     (Figura 7) e a forma em ‘V’ (Figura 8) são as estruturas clás-
                             Molecular   Molecular                   sicas do filtro químico. A espessura da camada de absorção
                                                       peso, %)
       Ácido Valérico         C5H10O2      102,1          35         está, na maioria das vezes, na faixa de 10 – 75 mm.
    Mercaptano de etila        C2H6S       62,1           23
      3-methyllindole          C9H9N       131,2          25
   Bissulfeto de Carbono        CS2         76            15
                                                                       gás                     gás
          Bylyric             C5H10O2      102            35         impuro                  impuro                                                      ar puro

 Odor de fumaça de cigarro                                Alta
    Odores de cozinha                                     Alta
     Odores de Toalete                                    Alta                                        Prefiltro para        filtro         filtro para
                                                                                 ar puro              particulados         químico        particulados
    Odores de Animais                                     Alta

                                                                     Figura 7 - Filtro de Cartucho Figura 8 - Filtro modelo “V”

                                                                     3.4 Aplicação de filtro químico
                                                                       O controle de poluição de AMC é um projeto sistemá-
                                                                     tico e complexo. Primeiro, a ocorrência de AMC deve ser
                                                                     diminuída ou evitada. Nós devemos controlar a fonte da
                                                                     poluição, evitar a difusão dos produtos químicos, esco-
                                                                     lher os materiais de construção com baixos AMC e usar
                                                                     separador de cinzas. Segundo, o processo de fabricação
                                                                     deve ser melhorado, tecnologias de isolamento devem
                                                                     ser usadas e o tempo de exposição dos produtos no pro-
                                                                     cesso de fabricação deve ser diminuído. Fazendo assim,
                                                                     os produtos mais dificilmente serão poluídos por AMC.
                                                                     Adicionalmente, a técnica recomendada deve ser usada
                                                                     para limpar o AMC residual.
                                                                       Agora, na limpeza do ar do sistema de ar condicionado,
 Figura 5 - Carvão ativado                                           o filtro químico pode diminuir a concentração de AMC
                                                                     eficientemente e fazê-lo alcançar a faixa desejada.
                                                                       O filtro químico usa geralmente o carvão ativado, alu-
                                                                     mina e resina de troca de íon como agentes de limpeza,
                                                                     e limpa o AMC com a absorção física e química. As
                                                                     estruturas de filtros químicos incluem geralmente forma
                                                                     cilíndrica, formato em V e formato de placa. Eles estão
                                                                     mostrados na Figura 9.




                                                                                                               Caixa PUR
                                                                                           TANT                               TANH 36



 Figura 6 - Alumina impregnada com KMnO4 (PIA)

3.3 Estrutura de filtro químico
                                                                       ACGL                    ACGL
                                                                       carvão                  carvão                                     ECSL
  No sistema de limpeza de ar condicionado, o filtro                  plissado                plissado                                  troca de
                                                                      fechado                 profundo                                     íons
químico limpa principalmente o ar novo (ar externo) ou
o ar liberado levemente poluído e faz que eles alcancem
os requisitos da proteção ambiental. A forma cilíndrica              Figura 9 - Tipos de filtros químicos

           SBCC
40         julho / agosto 2008
Na sala limpa, de acordo com os requisitos práticos , o     para distinguir a absorção por forças de Van de Waals que
       filtro químico é instalado principalmente na tomada de         chamam de ADSORÇÃO e usam a palavra ABSORÇÃO
       ar exterior na recirculação do ar e no elemento final de       para a química. Nesta o carvão é ativado por um material
       entrada na sala limpa. Os tipos de instalações são mos-        ávido do poluente a reter que reagirá quimicamente com
       tradas na Figura 10.                                           o poluente.                                            u
                       filtro químico              HEPA [ULPA]


                                                                                         Revisão da tradução
                                                                                Celso Simões (Trox) e Raul Sadir (Veco)
                                         Ar de                                        Contato: sbcc@sbcc.com.br
                                        exaustão
                                          (EA)

Ar Exterior (OA)                                                 RA
                                                                      Refrências
                                                                      [1] Kibkead.D.Joffe M.,Higley.J.,Kishkovich.O., Previsão de
                                                                         Limites de Contaminantes Moleculares Transportados
                   Ar de retorno - (RA)                                  pelo Ar para o Processo Lógico de Alto Desempenho
       Figura 10 - Áreas de aplicação de filtro químico                  de 0,25 mícron. Transferência de Tecnologia SEMATECH
                                                                         #95052812A-TR (1995)
          Quando o filtro químico é escolhido, primeiro deve ser      [2] Redução de defeitos. Mapa do Caminho Internacional
       feita uma análise quantitativa e qualitativa dos gases foca-      para Tecnologia de Semicondutores. Associação da
       dos. Então, de acordo com os gases que é preciso eliminar,        Indústria de Semicondutores (1999).
       o filtro químico mais apropriado deve ser selecionado. Ao      [3] Kinkead, D.A.. A. Grayfer and O.P. Kishkovich. Prevenção
       mesmo tempo, a duração do filtro pode ser estimada de             de Contaminação Ótica e de Resistência em Litografia
       acordo com a concentração do gás durante a aplicação. É           de 300 mm – Melhorias em Filtragem Química do Ar.
       necessário analisar periodicamente a duração residual do          Proc. SPIE Vol. 4344, p. 739-752, Metrologia, Inspeção
       filtro químico.                                                   e Controle de Processo para Microlitografia XV, Neal T.
                                                                         Sullivan; Ed. (2001).
                                                                      [4] SEMI F21-95, “Classificação de Níveis de Contaminantes
       4. Conclusões                                                     Moleculares Transportados pelo Ar em Ambientes
       4.1 AMC inclui moléculas ácidas, moléculas básicas, mate-         Limpos”. Internacional de Equipamentos Semicondutores
          riais condensados e materiais inibidores.                      e Materiais. Mountanin View, CA, 1995, 1996.
       4.2 Métodos de medição incluindo IC, GC/MS e ICP/MS,           [5] SEMI F21-1102, “Classificação de Níveis de Contaminantes
          podem analisar detalhadamente a categoria e concen-            Moleculares Transportados pelo Ar em Ambientes
          tração de AMC; os sistemas de detecção em tempo real           Limpos”. Internacional de Equipamentos Semicondutores
          podem detectar a mudança de concentração de gases              e Materiais. Mountanin View, CA, 2002.
          específicos imediatamente. Quando as tecnologias de         [6] ISA Standard S71.04-1985. Controle Ambiental
          análise de superfície, tais como AES, XPS e SIMS são           para Medição de Processos e Sistemas de Controle:
          usadas para detectar a o grau de poluição, elas podem          - Contaminantes Transportados pelo Ar, Sociedade
          descobrir melhor o grau de influência de AMC. Quando           Americana de Instrumentos, Research Triangle
          um método de detecção for escolhido, a sensibilida-            Park,I986.10-11
          de, precisão, anti-interferência, custo e complexidade      [7] Ballantine, D.S., et al, Sensores de Onda Acústica.
          devem ser considerados.                                        Academic Press. Inc.. San Diego, CA USA, (1997)
       4.3 O filtro químico usa geralmente o carvão ativado, PIA      [8] Jiang Weijun. Novas Tecnologias de Separação. Chemical
          e resina de troca de íon como agentes de limpeza, para         Industry Press, 1995, p86-57.
          limpar o AMC no sistema de ar condicionado com prin-        [9] Cai Jie, ABC de Filtragem do Ar. China Construction
          cípios que incluem a absorção física e química.                Industry Press. 2002. p.17-20.
       4.4 A detecção e controle de AMC é um trabalho possível e
                                                                      [10] Associação de Materiais de Carvão do Japão.
          complexo. Com o objetivo de melhorar, entender e con-
                                                                         Fundamento e Aplicação de Carvão Ativo, Forestry
          trolar o AMC, as fábricas de semicondutores, empresas
                                                                         Press, 1984, p.266.
          de análise e detecção e fabricantes de filtros químicos
                                                                      [11] Sun Yijian, Manual de Projeto Conciso para Ventilação,
          devem aprimorar a cooperação.
                                                                         China Construction Industry Press, 1997, p.473.
         Nota do revisor:Alguns autores usam 2 termos distintos

                                                                                                                    SBCC
                                                                                                      julho / agosto 2008    41

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Filtro Químico no Ar

  • 1. Aplicação de Filtro Químico no Sistema de Ar Condicionado de Sala Limpa Tian Shiai, Yu Ziqiang Resumo desempenho e invalidação. Por exemplo, na indústria de semicondutores, AMC causa na cobertura de formato ‘T’ Em instalações de semicondutores, os programas de da blindagem ótica (Fig. 1), o efeito de corrosão, o cresci- controle de contaminação exigem o uso de filtros de mento não-uniforme da camada de oxidação, a mudança particulados no ar de alta eficiência (HEPA) e filtros de ar no caráter da placa de cristal, a diminuição da integrida- de penetração ultra baixa (ULPA) para controlar a quan- de da camada de oxidação da grelha, e assim por diante. tidade de partículas. Contudo, conforme as dimensões [1, 2] Na indústria acima, filtro de ar de particulados de dos chips diminuem, os contaminantes moleculares do ar alta eficiência (HEPA) ou filtro de ar de penetração ultra (AMC) que constituem uma ameaça para o desempenho baixa (ULPA) são os que mais equipam as salas limpas. e confiabilidade do produto, se tornaram a contaminação Estes equipamentos são muito eficientes para filtrar partí- principal nas salas limpas para semicondutores. Este tra- culas cujos tamanhos estiverem acima de 0,05 µm, porém, balho apresenta a classificação e princípios de medição eles não têm efeito sobre partículas para as quais os tama- de AMC, os principios de filtração química e sua aplica- nhos médios vão de 10 Å à 100 Å. Com o propósito de ção no condicionamento de ar em sala limpa. Palavras de retirar AMC, os fabricantes estão produzindo diversas chave: Filtro químico / Ar Condicionado de Sala Limpa / categorias de filtros químicos. Contaminantes Moleculares do Ar, Aplicação (Utilização). 1. Introdução Nas indústrias de ciência e tecnologia avançadas de Tempo Zero 10 minutos após 20 minutos após 40 minutos após dispositivos semicondutores, disco rigído e telas de cristal líquido, com o aumento dos procedimentos de Figura 1 - Defeitos de fotoresistência por exposição à trabalho e a diminuição das dimensões dos dispositivos, parte superior T a NH3 (4ppb)(3) a presença dos AMC usualmente resulta na diminuição da porcentagem de produtos acabados, e degeneração de Este trabalho introduz a tecnologia de classificação e detecção de AMC, e o princípio, estrutura e a aplicação de filtro químico no ar condicionado de sala limpa. Trabalho apresentado no 18th ICCCS - International 2. Contaminantes moleculares gerados Symposium on Contamination Control. pelo ar (AMC) Reprodução permitida pela ICCCS para a Revista da SBCC 2.1. Classificação de AMC Nas normas SEMI F21-95 e SEMI F21-1102, compiladas SBCC julho / agosto 2008 35
  • 2. artigo técnico pela Associação Internacional de Dispositivos e Materiais Tabela 2 - Fontes típicas de AMC em salas limpas Semicondutores, a classificação de AMC é a seguinte. [3,4] Fontes Classificação Chemical Ácidos Moleculares (MA): Um material corrosivo cuja reação química característica é aquela de receptor Plastificante, oxidante, retardante de chama, Equipamento de elétrons, tal como hidrofluorídrico (HF), dióxido de lubrificante, produto de limpeza enxofre (SO2), cloreto de hidrogênio (HCl), brometo de Processo Ácido Sulfúrico, fluoreto de hidrogênio, Amônia, hidrogênio (HBr); Subst. Química gás de purifcação Bases Moleculares (MB): Um material corrosivo cuja Gás de Exaustão Substância Ácida, substância básica , reação química característica é de um doador de elétron da Fábrica solvente,Composto Orgânico Volátil tal como amônia (NH3), metilamina (CH3 NH2), trimetila- Poluição do Gases do escapamento de automóvel, Gases do mina (CH3) 3N Morfolina; Ar externo Tráfego escapamento de aviões Condensável Molecular (MC): Uma substância (diferen- Poluição dos Odores de Combustão, odores de esgoto, te de água) que normalmente tem um ponto de ebulição meios de vida odores de lixo acima da temperatura ambiente na pressão atmosférica Construção Concreto, graxa, armações capaz de condensar sobre uma superfície limpa, tal como Material de Plastificante, retardante a chama, cola, material silicone (ponto de ebulição≥ 150°C) e hidrocarboneto Material da planta Construção de isolamento térmico (ponto de ebulição≥ 150°C); Limpeza Produto de Limpeza Inibidores Moleculares (MD): Um elemento químico Secreção Respiração, suor, cosmético Operador o qual modifica as propriedades elétricas de um material Panos de limpeza Produto de lavanderia, antisséptico semicondutor, tal como boron (usualmente como ácido Filtros HEPA VOC, Be, P bórico), fósforo (usualmente como organofosfatos), arsêni- co (usualmente como arsenatos). Todos os íons metálicos 2.3 Tecnologia de detecção de AMC têm a capacidade de adicionar impurezas a um semicondu- tor, tais como K+, NA+, CA2+ e assim por diante. Por meio da detecção de AMC, as pessoas não só A classificação de AMC está listada na Tabela 1 podem saber dos efeitos de AMC no processo e produto, mas também, somente assim podem avaliar a eficiência e Tabela 1 - Método de Classificação SEMI F21-1102 duração de um filtro químico. Quando se escolhe o méto- AMC [5] do de detecção, sensibilidade, precisão, anti-interferência, custo e complexidade devem ser considerados. Numa Classe de Material Classificação ( * concentração em ppt) sala limpa a concentração de AMC é geralmente baixa e é principalmente na classe ppb (10-9), ou mesmo na classe 1* 10 * 100 * 1000 * 10000 * ppt (10-12). Então a sensibilidade do instrumento é a pri- Ácidos MA1 MA10 MA100 MA1000 MA10000 meira consideração para a fábrica de semicondutores. Bases MB1 MB10 MB100 MB1000 MB10000 2.3.1. Tecnologia de medição direta Condensável MC1 MC10 MC100 MC1000 MC10000 Com a detecção automática e em tempo real para Inibidores MD1 MD10 MD100 MD1000 MD10000 AMC, mudanças nos AMC podem ser obtidas imediata- mente. Esta tecnologia tem sido aprovada recentemente. Observações: A unidade pptM significa partes por tri- Atuamente, SO2, H2S, NOX e NH3 são os principais gases lhão molar. 1pptM=10-12 mole de concentração. Se 1012 medidos em tempo real em salas limpas. Princípios de moléculas de gás contêm somente 10 moléculas de gás medição rotineiros incluem luminescência quimica, flu- perigosas, a classe de concentração é MA 10. orescência de UV e Detector de Foto Ionização (PID), Espectrometria de Mobilidade de Íons (IMS) e Sensor Eletroquímico. Numa sala limpa classe 10 de uma fábrica 2.2 Fontes de AMC de semicondutores, nós usamos detectores automáticos para medir a concentração de SO2, NO, NO2 e NH3. Os As fontes de AMC estão detalhadamente listadas resultados estão mostrados na Figura 2. A concentração na Tabela 2. média de SO2, NO, NO2 e NH3 é respectivamente de SBCC 36 julho / agosto 2008
  • 3. Concentração ppb 2.3.3 Tecnologia de medição indireta 2.3.3.1 Tecnologia de análise de superfície A folha de coleta é colocada dentro Tempo da sala limpa de semicondutores e AMC forma o filme de deposição de depo- 21,23 / 25,79 / 47,6 e 83,26 ppb. Isto é muito mais alto do sição atômica e molecular sobre a superfície da folha de que o valor requerido. coleta. Em virtude das tecnologias de análise de superfície Figura 2 - Concentrações de AMC numa Sala Limpa incluindo AES, XPS e SIMS, o filme de poluição da folha de coleta é medido, e depois a concentração de AMC pode ser conseguida indiretamente. A comparação de tecnolo- 2.3.2 Tecnologia de análise por gia de análise de superfície está listada na Tabela 4. amostragem Em algumas empresas de semicondutores, se usa a folha Tecnologia de análise por amostragem é uma medição de prata e AES para analisar a condição de poluição do ar em que a amostra é coletada no local, e depois analisada na sala limpa. Os dados da medição mostram-se na Figura em laboratório. As principais tecnologias de análise por 3. O resultado mostra que o conteúdo de S, O, C, CI e Ca amostragem estão listadas na Tabela 3. Em termos das na área poluída é mais alto do que na area não poluída. condições e requisitos atuais, a análise correta de amos- Isto pode ter resultado da poluição AMC no ar. tragem medida é selecionada de acordo com a aplicação. Por exemplo, o gás orgânico volátil é amostrado com tubo de aço inox, e é analisado por cromatografia de fase gasosa e espectrometria de massa (GC/MS); o componen- S / Ag te inorgânico é amostrado com a solução de absorção, e é analisado com cromatografia de íon (IC) e espectrômetro de plasma indutivamente acoplado (ICP/MS). Tabela de - Métodos de análise por amostragem principal Método 3 amostragem Processo Objeto testado Equipamento de teste Espessura (nm) Ânion: F-, CI-, NO3-, NO2-, SO42- Amostragem Cation: NH4+, Ca2+, Mg2+, Solução de com garrafa de IC Na+, K+ absorção impacto e água ICP/MS Ácido Orgânico: CH3COO-; HCOO- Cu / Ag absoluta Boron (B) Amostragem GCTD-GC/MS com carvão Absorção de (Cromatôgrafo de Gás de ativado e Tenax Hidrocarboneto, oxosilane sólidos Desabsorção Térmica / e separação por Espectrômetro de Massa) calor Espessura (nm) Coleta de ar com Recipiente de GC bolsa, frasco e Componentes do ar coleta GC/MS tubo de aço inox Cl / Ag Cromatôgrafo de Tiras de gás de desabsorção cobre, prata ou térmica de plaqueta, Coleta de Componentes orgânicos, silicone para espectrometria de exposição ácidos e básicos absorção de massa) gases no local AES SIMS Espessura (nm) SBCC julho / agosto 2008 37
  • 4. artigo técnico sura do filme de corrosão depois da correção. De acordo com a norma de classificação emitida pela Associação Americana de Instrumentos e aparelhos, o ambiente pode O / Ag ser classificado de acordo com estes dados. (Tabela 5). [6] O nivel de AMC pode ser obtido indiretamente. Este tipo de aparelho tem alta sensibilidade e resolução no tempo e pode detectar a mudança no ambiente em tempo real Espessura (nm) e diretamente. Tabela 5 I.S.A. – S7104 Gráfico de Classificação Classes de Ambiente ISA, Umidade Relativa <50%. C / Ag Espessura de Filme em ISA Classe G1 ISA Classe G2 ISA Classe G3 ISA Classe Gx Plaqueta de Cobre 0 ~ 299 300 ~ 999 1000~ 1999 ≤ 2000 (Angstroms) Concentrações de gás (Parte por Bilhão por Volume) G1 G2 G3 Gx H2S ≤3 ≤10 ≤50 >50 Figura 3 – Comparação de dados de medição (A1 – SO2, SO3 ≤10 ≤100 ≤300 >300 regiões descoloradas A2- regiões normais) CL2 ≤1 ≤2 ≤10 >10 Nox ≤50 ≤125 ≤1250 >1250 Tabela 4 Lista de tecnologias de análise de superfícies HF ≤1 ≤2 ≤10 >10 Profundidade NH3 ≤500 ≤10000 ≤25000 >25000 da amostra Elementos Partícula de O3 ≤2 ≤25 ≤100 >100 Método Informação Resolução (camada Quantidade além da Sensibilidade detecção de átomo análise simples) Se o cristal de quartzo piezoelétrico for substituído pelo Análise de Eletrônico elementos / Raios-X,/ aparelho de Onda Acústica de Superfície (SAW), obtém- AES 5nm 3 fácil H, He 0,1% em estado Elétron se o sensor de de condução SAW . químico perfurante SAW é um dos tipos de tecnologias de detecção de qua- Análise de lidade sensível e rápida. Devido à freqüência de trabalho elementos Raios-X/, muito alta, a sensibilidade do sensor SAW é 100 vezes a do XPS 5µm 3 fácil H, He 0,3% em estado fotoelétron QCM tradicional. [7] O dispositivo de detecção feito de químico SAW fornece então os dados de mudança de qualidade. Análise de Então a situação de poluição ambiental pode ser obtida SIMS elementos 1µm 2 0,01% Íons / íons indiretamente. (Static) em estado faiscantes químico 3. Filtro químico SIMS Análise de Íons / íons Agora, se o filtro químico for instalado no sistema 50µm 10 difícil < 0,0001% (dynamic) Elementos faiscantes de ar condicionado, a concentração de AMC pode ser efetivamente diminuída e alcançar o padrão ou a faixa requerida. O filtro químico usa geralmente o carvão ativo, alumina e resina de troca de íons como agente de limpeza para eliminar AMC. Os princípios incluem 2.3.3.2 Sensor de cristal piezelétrico absorção física e química. De acordo com o princípio de sintonia piezelétrica, o Micro-equilíbrio do Cristal de Quartzo (QCM) pode medir a mudança de qualidade em nano-grama na super- 3.1 Princípio de filtragem química [8-9] fície do eletrodo. Em virtude do dispositivo de detecção O filtro químico absorve gases seletivamente, e não feito de Cu ou Hg como os materiais do eletrodo QCM, filtra impurezas por processos mecanicos O esquema da a mudança de qualidade pode ser medida como a espes- filtragem de gás no filtro químico é mostrada na Figura 4. SBCC 38 julho / agosto 2008
  • 5. A absorção é aquela em que as moléculas de gás ou líqui- mina e resina de troca de íons como materiais de filtra- do aderem à superfície da substância sólida. A substância gem. Esses agentes estão listados na Tabela 6. Devido às sólida é o absorvente e o gás ou líquido é chamado de vantagens da grande área de superfície específica, amplo substância absorvida. espectro de absorção, [10,11] fontes abundantes e baixo custo, o carvão ativado é amplamente usado nos filtros carvão ativado químicos. É constantemente chamado de filtro de car- gases procurados meio vão ativado. O carvão ativado é mostrado na Figura 5. A absorção de amplo espectro está listada na tabela 7. A gases alumina tratada com KMnO4 é também o maior agente procurados de limpeza nos filtros químicos, e mostrada na Figura 6. meio Tabela 6 - Tipos comuns de meios em filtro químico Classe química Processo de Troca de íons Composição do meio Gases Alvo Absorção química Remoção Carvão ativado Adsorção Física VOC, dióxido de enxofre (SO2) Figura 4 - Diagrama esquemático de remoção de AMC Carvão ativado + Hidróxido de Ácido clorídrico (HCl) sulfeto de Adsorção Química Potássio (KOH) hidrogênio (H2S), SO2 A absorção pode ser dividida em absorção física e quí- Carvão ativado + Ácido Absorção Química Amônia (NH3), NMP, aminas mica. A absorção física depende das forças de Van der Fosfórico (H2PO4) Waals. Ocorre freqüentemente em baixa temperatura. A Carvão Ativado + Sulfato de Absorção Química NH3,- H2S capacidade de absorção é aumentada com a diminuição Cobre (CuSO4) da temperatura do gás. É um processo reversível. Por H2S, SO2, formaldeído (HCHO), Alumina ativada + Óxidos de Nitrogênio (NOx), exemplo, a absorção pelo carvão ativado dos orgânicos Permanganato de Potássio Absorção Química etileno (C2H4), acetaldeído é uma absorção física. Com o objetivo de aumentar a (KMnOH4) (C2H5O) capacidade de absorção dos materiais para gases especiais Alumina ativada + Hiposulfito incluindo NH3, HF e formaldeído, o absorvente é usual- Absorção Química C12 de Sódio (Na2S2O3) mente tratado quimicamente. A absorção baseada na Resina de troca de cation Troca de íon NH3, aminas reação entre os materiais e gases prejudiciais é chamada Resina de troca de ânion Troca de íon HC1, HF, HNO3,ácido orgânico de absorção química. É um tipo de absorção seletiva. Um Fibra de carvão ativado (ACF) Adsorção Física VOC absorvente pode absorver somente um determinado gas ou vários gases. A absorção química não é um processo reversível. O absorvente primeiro absorve as moléculas Tabela 7 Capacidade de adsorção do carvão ativado de Capacidade Fórmula Peso de gás pela força de Van der Waals, e depois reage com as Substância adsorção (por Molecular Molecular peso, %) moléculas de poluição, para formar o sólido ou gases não prejudiciais. Durante a filtragem, a capacidade de absor- Acetaldeído C2H4O 44,1 7 ção é gradualmente enfraquecida, até se reduzir a zero. Ácido Butírico C4H8O2 88,1 35 Quando a absorção continua, a dessorção ocorre ao Tetracloreto CCI4 153,8 45 mesmo tempo. A desorção é quando as moléculas de gás Acetato Etílico C4H8O2 88,1 19 absorvidas se desprendem do absorvente. A dessorção Ethamethiol C2H6S 64 23 é processo inverso da absorção. Em algumas condições, Cânfora C10H18O 154,2 20 depois de um tempo suficientemente longo, a absorção e dessorção alcançam o equilíbrio dinâmico, e o absor- Hexano C6H14 86 16 vente fica saturado. Por meio da dessorção, a absorção Tolueno C7H8 92 29 consegue novamente a capacidade de absorção, a qual é Dixido de enxofre SO2 64 10 chamada de regeneração. Para absorção física, o carvão Amônia NH3 17 1,3 ativado pode ser regenerado com calor, vapor, descom- Cloro CI2 71 2,2 pressão e substituição. Porém, a absorção química geral- Sulfeto de hidrogênio H2S 34 1,4 mente não pode ser regenerada. Benzeno C6H6 78,1 24 Fenol C6H6O 94,1 30 3.2 Agente de limpeza Ozônio O3 48 O2 O filtro químico usa geralmente o carvão ativado, alu- SBCC julho / agosto 2008 39
  • 6. artigo técnico Capacidade de Substância Fórmula Peso adsorção (por (Figura 7) e a forma em ‘V’ (Figura 8) são as estruturas clás- Molecular Molecular sicas do filtro químico. A espessura da camada de absorção peso, %) Ácido Valérico C5H10O2 102,1 35 está, na maioria das vezes, na faixa de 10 – 75 mm. Mercaptano de etila C2H6S 62,1 23 3-methyllindole C9H9N 131,2 25 Bissulfeto de Carbono CS2 76 15 gás gás Bylyric C5H10O2 102 35 impuro impuro ar puro Odor de fumaça de cigarro Alta Odores de cozinha Alta Odores de Toalete Alta Prefiltro para filtro filtro para ar puro particulados químico particulados Odores de Animais Alta Figura 7 - Filtro de Cartucho Figura 8 - Filtro modelo “V” 3.4 Aplicação de filtro químico O controle de poluição de AMC é um projeto sistemá- tico e complexo. Primeiro, a ocorrência de AMC deve ser diminuída ou evitada. Nós devemos controlar a fonte da poluição, evitar a difusão dos produtos químicos, esco- lher os materiais de construção com baixos AMC e usar separador de cinzas. Segundo, o processo de fabricação deve ser melhorado, tecnologias de isolamento devem ser usadas e o tempo de exposição dos produtos no pro- cesso de fabricação deve ser diminuído. Fazendo assim, os produtos mais dificilmente serão poluídos por AMC. Adicionalmente, a técnica recomendada deve ser usada para limpar o AMC residual. Agora, na limpeza do ar do sistema de ar condicionado, Figura 5 - Carvão ativado o filtro químico pode diminuir a concentração de AMC eficientemente e fazê-lo alcançar a faixa desejada. O filtro químico usa geralmente o carvão ativado, alu- mina e resina de troca de íon como agentes de limpeza, e limpa o AMC com a absorção física e química. As estruturas de filtros químicos incluem geralmente forma cilíndrica, formato em V e formato de placa. Eles estão mostrados na Figura 9. Caixa PUR TANT TANH 36 Figura 6 - Alumina impregnada com KMnO4 (PIA) 3.3 Estrutura de filtro químico ACGL ACGL carvão carvão ECSL No sistema de limpeza de ar condicionado, o filtro plissado plissado troca de fechado profundo íons químico limpa principalmente o ar novo (ar externo) ou o ar liberado levemente poluído e faz que eles alcancem os requisitos da proteção ambiental. A forma cilíndrica Figura 9 - Tipos de filtros químicos SBCC 40 julho / agosto 2008
  • 7. Na sala limpa, de acordo com os requisitos práticos , o para distinguir a absorção por forças de Van de Waals que filtro químico é instalado principalmente na tomada de chamam de ADSORÇÃO e usam a palavra ABSORÇÃO ar exterior na recirculação do ar e no elemento final de para a química. Nesta o carvão é ativado por um material entrada na sala limpa. Os tipos de instalações são mos- ávido do poluente a reter que reagirá quimicamente com tradas na Figura 10. o poluente. u filtro químico HEPA [ULPA] Revisão da tradução Celso Simões (Trox) e Raul Sadir (Veco) Ar de Contato: sbcc@sbcc.com.br exaustão (EA) Ar Exterior (OA) RA Refrências [1] Kibkead.D.Joffe M.,Higley.J.,Kishkovich.O., Previsão de Limites de Contaminantes Moleculares Transportados Ar de retorno - (RA) pelo Ar para o Processo Lógico de Alto Desempenho Figura 10 - Áreas de aplicação de filtro químico de 0,25 mícron. Transferência de Tecnologia SEMATECH #95052812A-TR (1995) Quando o filtro químico é escolhido, primeiro deve ser [2] Redução de defeitos. Mapa do Caminho Internacional feita uma análise quantitativa e qualitativa dos gases foca- para Tecnologia de Semicondutores. Associação da dos. Então, de acordo com os gases que é preciso eliminar, Indústria de Semicondutores (1999). o filtro químico mais apropriado deve ser selecionado. Ao [3] Kinkead, D.A.. A. Grayfer and O.P. Kishkovich. Prevenção mesmo tempo, a duração do filtro pode ser estimada de de Contaminação Ótica e de Resistência em Litografia acordo com a concentração do gás durante a aplicação. É de 300 mm – Melhorias em Filtragem Química do Ar. necessário analisar periodicamente a duração residual do Proc. SPIE Vol. 4344, p. 739-752, Metrologia, Inspeção filtro químico. e Controle de Processo para Microlitografia XV, Neal T. Sullivan; Ed. (2001). [4] SEMI F21-95, “Classificação de Níveis de Contaminantes 4. Conclusões Moleculares Transportados pelo Ar em Ambientes 4.1 AMC inclui moléculas ácidas, moléculas básicas, mate- Limpos”. Internacional de Equipamentos Semicondutores riais condensados e materiais inibidores. e Materiais. Mountanin View, CA, 1995, 1996. 4.2 Métodos de medição incluindo IC, GC/MS e ICP/MS, [5] SEMI F21-1102, “Classificação de Níveis de Contaminantes podem analisar detalhadamente a categoria e concen- Moleculares Transportados pelo Ar em Ambientes tração de AMC; os sistemas de detecção em tempo real Limpos”. Internacional de Equipamentos Semicondutores podem detectar a mudança de concentração de gases e Materiais. Mountanin View, CA, 2002. específicos imediatamente. Quando as tecnologias de [6] ISA Standard S71.04-1985. Controle Ambiental análise de superfície, tais como AES, XPS e SIMS são para Medição de Processos e Sistemas de Controle: usadas para detectar a o grau de poluição, elas podem - Contaminantes Transportados pelo Ar, Sociedade descobrir melhor o grau de influência de AMC. Quando Americana de Instrumentos, Research Triangle um método de detecção for escolhido, a sensibilida- Park,I986.10-11 de, precisão, anti-interferência, custo e complexidade [7] Ballantine, D.S., et al, Sensores de Onda Acústica. devem ser considerados. Academic Press. Inc.. San Diego, CA USA, (1997) 4.3 O filtro químico usa geralmente o carvão ativado, PIA [8] Jiang Weijun. Novas Tecnologias de Separação. Chemical e resina de troca de íon como agentes de limpeza, para Industry Press, 1995, p86-57. limpar o AMC no sistema de ar condicionado com prin- [9] Cai Jie, ABC de Filtragem do Ar. China Construction cípios que incluem a absorção física e química. Industry Press. 2002. p.17-20. 4.4 A detecção e controle de AMC é um trabalho possível e [10] Associação de Materiais de Carvão do Japão. complexo. Com o objetivo de melhorar, entender e con- Fundamento e Aplicação de Carvão Ativo, Forestry trolar o AMC, as fábricas de semicondutores, empresas Press, 1984, p.266. de análise e detecção e fabricantes de filtros químicos [11] Sun Yijian, Manual de Projeto Conciso para Ventilação, devem aprimorar a cooperação. China Construction Industry Press, 1997, p.473. Nota do revisor:Alguns autores usam 2 termos distintos SBCC julho / agosto 2008 41