حل نظام الترشيح لإنتاج NMP من أشباه الموصلات من فئة أشباه الموصلات: الوفاء بمعايير الشوائب المعدنية SEMI G3/G4 الخاصة بمعايير SEMI G3/G4

N-Methyl-2-pyrrolidone، الذي يشار إليه عادةً باسم NMP، هو مذيب قطبي عالي الأداء له تطبيقات مهمة في صناعات بطاريات أيونات الليثيوم وشاشات العرض المسطحة وأشباه الموصلات. في كل قطاع من هذه القطاعات، يعمل NMP كمذيب معالجة أو وسيط ناقل في المراحل التي يؤثر فيها التلوث بشكل مباشر على أداء المنتج النهائي والعائد. وفي حين أن NMP من الدرجة الصناعية متاح على نطاق واسع وملائم لتطبيقات المذيبات العامة، فإن NMP من درجة أشباه الموصلات يعمل في ظل مجموعة مختلفة تمامًا من متطلبات النقاء. يجب التحكم في تركيز أيونات المعادن والأنيونات والرطوبة وبقايا الجسيمات وفقًا للمستويات المحددة في معايير SEMI، وتحديدًا التصنيفين G3 وG4، والتي تمثل بعضًا من أكثر مواصفات النقاء الكيميائي صرامة في تصنيع التكنولوجيا المتقدمة.

ويتمثل التحدي الذي يمثله هذا التطبيق في منهجية الإنتاج. تعتمد تنقية NMP التقليدية على العمليات التقليدية القائمة على التقطير، والتي يمكن أن تحقق مستويات نقاء معقولة للتطبيقات الصناعية وتطبيقات الطاقة الجديدة، ولكنها تُدخل التباين وعدم الاستقرار عند تطبيقها على إنتاج أشباه الموصلات. لا يمكن للتقطير وحده إزالة التلوث بأيونات المعادن بشكل موثوق ومتسق إلى مستويات الأجزاء لكل مليار المطلوبة في معايير SEMI G3/G4 كما أن كثافة الطاقة في العملية تضيف المزيد من الضغط على التكلفة على نطاق واسع. وقد طلب منا أحد العملاء العاملين في هذا المجال تطوير نظام تنقية قائم على الترشيح قادر على إنتاج مادة NMP من فئة أشباه الموصلات بجودة إنتاج مستقرة ويمكن التحقق منها وقدرة إنتاجية قابلة للتطبيق تجاريًا.

بدأ فريقنا التقني بالتحقق على نطاق صغير باستخدام معدات المختبر والاختبار الموجودة. تم تصميم نظام التنقية حول تقنية ترشيح العمليات الرطبة، باستخدام خراطيش الترشيح الغشائية PTFE مع بنية من البوليمر الفلوري بالكامل، بما في ذلك أقفاص PFA الداخلية والخارجية. يعد اختيار هذه المواد أمرًا بالغ الأهمية في التطبيقات التي تتضمن NMP والكواشف الكيميائية العدوانية المرتبطة بتنقية أشباه الموصلات: إن PTFE وPFA مقاومان لجميع المذيبات الكيميائية تقريبًا ويمكنهما العمل في بيئات درجات الحرارة العالية دون إدخال المواد القابلة للاستخراج أو التلوث الأيوني في تيار العملية. يتم إنتاج كل عنصر مرشح في بيئة غرفة نظيفة، ويتم تنظيفه بماء عالى النقاء بدرجة 18 متر مكعب، ويخضع لاختبار سلامة 100% قبل الاستخدام، مما يضمن ألا تصبح مرحلة الترشيح نفسها مصدرًا للأيونات المعدنية أو التلوث بالجسيمات المصممة لإزالتها.

خلال عملية التحقق على نطاق صغير، قام فريقنا بمراقبة إزالة الشوائب المعدنية والأنيونات والرطوبة وبقايا الجسيمات وتحسينها بشكل منهجي، وتكرار تصميم النظام حتى يفي الناتج باستمرار بمواصفات SEMI G3/G4. ثم تم توسيع نطاق العملية إلى التحقق على نطاق متوسط لتقييم القدرة الإنتاجية والاستقرار التشغيلي في ظل ظروف أقرب إلى النشر التجاري. في النطاق المتوسط، أظهر النظام قدرة إنتاجية تبلغ 7 أطنان يومياً، أي ما يعادل إنتاجاً سنوياً يقدر ب 2500 طن، مع الحفاظ على الامتثال الكامل لمعايير النقاء SEMI G3/G4. والأهم من ذلك، تم تحقيق هذا الناتج دون زيادة استهلاك الطاقة لكل وحدة من المنتج مقارنةً بطرق التقطير التقليدية، مما يمثل ميزة كفاءة ذات مغزى على النطاق التجاري.

وقد أكد العميل رضاه عن تصميم النظام الذي تم التحقق من صحته، وهناك خطط لتوسيع الطاقة الإنتاجية بشكل أكبر استجابةً للطلب المتزايد في السوق على مادة NMP من فئة أشباه الموصلات.