초임계 세정이란 무엇인가? 일신오토클레이브

 

초임계 세정 (초임계, 초임계추출, 초임계설비, SupercriticalFluidExtractionSystem, SCF, SCE, 나노입자제조, 생산용초임계, 초임계추출원리, 초임계이산화탄소)

초임계 유체가 가지고 있는 우수한 특징을 세정에 적용한 것이 초임계 유체 세정입니다. 초임계 유체의 기체와 같은 낮은 표면장력은 미세 세공 구조에도 쉽게 침투하고 또한 확산계수가 액체에 비해 10배 이상 크기 때문에 물질 전달 속도가 커서 용이하게 오염물질을 부품으로부터 빼앗아 갈 수 있습니다. 초임계 유체는 액체와 거의 비슷하여 큰 용해력을 갖습니다. 기존의 화학 세정은 환경규제 등 사용이 제한되고 있어 대체할 수 있는 친환경적 세정기술이 필요합니다. 이산화탄소는 환경과 인체에 무해하며 탁월한 세정 능력을 갖고 있어 대체 세정기술로 유망합니다. 초임계 상태가 아닌 액체상태의 이산화탄소로의 세정도 가능합니다.

1) Supercritical CO₂ : 표면장력이 없기 때문에 세공구조에도 쉽게 침투하고 확산력이 좋으며 물질전달속도가 크다.
2) Liquid CO₂ : 좋은 용해력을 가지게 됨으로써 비극성물질 및 탄화수소로 이루어진 유기물을 제거할 수 있다.
3) Dry-Ice : 드라이아이스를 표면에 충돌시켜 오염을 제거하는 세정방법으로 펠렛(pellet)형과 스노우(snow)형이 있다.

Kauri ButanolValue(KB value) : 천연수지인 Kaurigum 20%의 부탄올 20ml에 적화하면서 백탁이 될때까지의 들어간 용제의 양(ml)으로 KB 값이 클수록 유성오염을 용해하는 능력이 크다.  (단, KB값이 너무 크면 지방질까지 용해하여 모재에 손상을 줄 수 있으며, 접착제 또는 플라스틱을 녹일 수 있다)

Density : 밀도가 크면 물리적 효과가 커져 세정효과를 향상시킨다.

SufaceTension : 표면장력이 작으면 틈사이에 침투가 좋아져 세정효과를 향상시킨다.

Viscosity : 점도가 낮을수록 Liquid의 유량속도가 빨라져 세정속도를 빠르게 한다.

세정제로서 초임계 이산화탄소의 장점

기존의 세정제와는 달리 환경을 파괴하지 않는다.

무독성이기 때문에 인체에 전혀 해가 없다.

비활성이고 이산화탄소는 계속 순환되어 사용하므로 폐기할 문제가 없다.  →운전비용의 감소

다른 세정제에 비해 이산화탄소의 가격이 매우 저렴하다.

오염물질은 쉽게 농축되고 쉽게 이산화탄소가 분리되어 가치 있는 물질을 회수 하거나 폐기물을 처리하기가 유리하다.

이산화탄소는 부품에서 쉽게 제거 되어 잔사나 부식의 문제가 전혀 없다.

적용 예

관련분야	재료 및 부품	오염 물질
우주선	고압케이블, 베어링, 리베트	실리콘 오일, 윤활유
레이다	Connectors, transformer, 케이블	Flux residues, dielectric oils
레이저	Optical benches, o-ring	기계유, Plasticizers
가스 시스템	Seals	Plasticizer, monomers
Cleaning Aid	Cotton ball/wipers Cotton-tipped application	Organic extractables, Triglycerides Adhesive residues
반도체	반도체 웨이퍼	광절연체
예술품	목재예술품	살충 방부제인 잔존 유독물질

 

 

 

 

 

Process Diagram
세정조(CV)에 세정물을 넣은 후 CO₂Pump(P)로 가압 Pre-heater와 Main heater로 가열하여 초임계 조건을 만든 후 연속적으로 초임계 유체를 세정 조에 통과시켜 오염물질을 끌고 나온 후 BPR에서 강압시켜 초임계 CO₂를 Gas CO₂로 만들어 Separator(S)에 오염 물질과 분리한 후 CO₂gas를 응축기(C)로 응축하여 Liquid CO₂로 만든 후 저장조(R)에 저장 후 다시 Pump(P)를 통해 재순환 됩니다.

초임계 유체를 이용한 반도체 웨이퍼 세정

액체 이산화탄소에 의한 세정

Spacer 표면에서의 수용성 오일 제거

* 대상: 스페이서(알루미늄) * 오염: 수용성 절삭유 - 시료를 약 5초간 침지시킴 * 세정조건    - Run Pressure Max : 1000psi(69bar)    - Run Temperature Max : 22℃    - RPM : 300(양방향)    - Run Time : 30min * 실내온도: 21℃ * Pre-soak : Soy-Methyl Ester에 TritonX-100을 5% 혼합하여 약40℃에서 시료를 15분간 담가놓음.

- FT-IR 분석결과 Pre-soak를 거친시료는 Oil영역의 Peak가 나타나지 않았으나     Pre-soak 공정을 진행하지 않은 시료는 오일부분의 peak가 잔존함. - FT-IR 분석에서 Pre-soak 공정을 진행한 시료보다 진행하지않은 시료의 접촉각이 확연히 작아짐    : 수용성인 오일이 떨어진 물방울을 당겨 접촉각이 작아짐.~ =  이산화탄소는 극성물질에는 용해력을 갖지못함으로 수용성과 같은 극성물질의 제거에는 전처리 및 첨가제의 사용이 필요

Wafer 표면에서의 수용성 오일 제거

* 대상: Wafer * 오염: 수용성 절삭유 - 시료를 약 5초간 침지시킴 * 세정조건    - Run Pressure Max : 1000psi(69bar)    - Run Temperature Max : 22℃    - RPM : 300(양방향)    - Run Time : 30min * 실내온도: 25℃ * Pre-soak : Soy-Methyl Ester에 TritonX-100을 5% 혼합하여    약40℃에서 시료를 15분간 담가놓음.

- Pre-saok를진행하지않은시료의표면에얼룩이형성되었다. - Pre-saok를진행시료의표면은깨끗이되었으나일부입자오염물이부착되어있다.