みなさん、エレクトロニクス製造に深く関わってきた人なら、スマートフォンから 5G 基地局に至るまで、あらゆるものを完璧に動作させる小さな重要な材料についてよく聞いたことがあるでしょう。今日は、高収率窒素炭素分子篩 (CMS) サプライヤーとしての当社の専門分野である高収率窒素 CMS と、それがエレクトロニクス分野に静かに革命を起こしている方法についてお話したいと思います。まず専門用語を理解しましょう。CMS は、サイズに基づいてガス分子を分離する多孔質炭素材料ですよね?特に窒素 CMS は、純粋な窒素を効率的に作り出すことに重点を置いており、これは大量の電子プロセスにとって交渉の余地がありません。
ちょっと待ってください。本題に入る前に、CMS の基本について理解していることを確認しましょう。初めての方はこちらをご覧くださいカーボンモレキュラーシーブ CMSコアテクノロジーの詳細を知ることができます。そして、もしあなたが持続可能性を気にするのであれば（今日では私たち全員がそうすべきです）、リサイクルカーボンモレキュラーシーブline は革新的な製品であり、パフォーマンスを犠牲にすることなく無駄を削減します。これは、環境に配慮した電子機器メーカーにとって非常に大きなメリットです。
さて、電子機器は小さな汚染物質に対しても非常に敏感ですよね?ほんの一粒の塵や酸素の匂いが、半導体ウェハー、バッテリーセル、回路基板を台無しにする可能性があります。そこで窒素の出番です。窒素は不活性ガスなので、反応も酸化も手間もかかりません。しかし、パイプで通常の空気を製造ラインに送り込むだけではだめです。濃縮された一貫した窒素が必要です。そこで高収量窒素 CMS が威力を発揮します。以前の窒素生成方法 (エネルギーが高くて時間がかかる極低温蒸留を考えてください) とは異なり、CMS は圧力スイング吸着 (PSA) を使用して空気から窒素を高速に取り出します。また、当社の高収率バージョンでは、バッチごとにより多くの純度の窒素が得られ、廃棄物が減り、コストが削減されます。
主要なアプリケーションを分析してみましょう。これらは、当社のエレクトロニクス顧客から毎日聞いている声に基づいて、当社の高収量窒素 CMS が最も大きな影響を与えている分野です。
まずは半導体製造。これが大きなものです。半導体はクリーンルームで製造されるため、バクテリアさえも生存できない無菌状態であり、すべてのステップで制御された雰囲気が必要です。ウェーハの製造から始めましょう。薄膜 (トランジスタなど) を堆積したり、パターンをエッチングしたりするとき、酸素と湿気によってこれらの繊細な層が破壊されてしまいます。そこで、プロセスチャンバーを純粋な窒素で満たします。しかし、単なる窒素ではありません。場合によっては 99.999% の純度が必要であり、安定した供給が必要です。当社の高収益 CMS、特にカーボンモレキュラーシーブ CMS-240ラインはまさにこれのために設計されています。細孔サイズは、ほぼ完璧な効率で酸素 (および空気のもう 1 つの主要な成分であるアルゴン) から窒素を分離するように完全に調整されています。昨年、高度な 7nm チップを製造していたクライアントを覚えています。以前は 3 台の CMS ユニットが故障し続けていましたが、当社の高収率窒素 CMS に切り替えることで、交換率が 60%、エネルギー使用量が 25% 削減されました。それは彼らにとって単なる勝利ではありません。それは彼らの収益と製品を市場に出すまでのスケジュールにとって勝利です。
次に、バッテリーの生産、つまり携帯電話、EV、ノートパソコンに搭載されているリチウムイオンバッテリーは、超乾燥した不活性環境に依存しています。バッテリーのコア部品 (カソード、アノード、セパレーター) を組み立てるときに、湿気や酸素にさらされると副反応が発生し、バッテリーの寿命が短くなったり、バッテリーが安全でなくなったりする可能性があります。そのため、充填と密封のステップは、空気の 95% を窒素が占める「乾燥室」で行われます。ここでも、信頼性の高い窒素生成が必要です。当社のエネルギー効率の高い CMS ライン—省エネカーボンモレキュラーシーブ—これに最適です。純度を維持するために一定の圧力調整が必要な一部の CMS とは異なり、当社の高歩留まりバージョンは、24 時間年中無休で稼働することが多いバッテリー組立ラインからの変動する需要でもスムーズに稼働します。当社は前四半期に EV バッテリー メーカーと協力し、当社の CMS への切り替えを支援し、窒素製造コストを 30% 削減し、施設全体のエネルギー料金を削減しました。これはEV生産を拡大する上で非常に大きなことであり、EV生産は今後数年間でさらに増加するだろう。
3 番目: プリント基板 (PCB) の製造。 PCB はあらゆる電子デバイスのバックボーンであり、はんだ付け、コーティング、保管などの膨大なプロセスを経ますが、そのすべてに窒素が必要です。ウェーブはんだ付けまたはリフローはんだ付けを行う場合、窒素ガスを使用するとはんだ接合部の酸化が防止され、はんだ接合部の強度と信頼性が向上します。酸化がないということは、欠陥のある PCB が少ないことを意味し、廃棄物が減り、製品の品質が向上することを意味します。また、PCB、特に高密度の PCB を組み立て前に保管する場合、窒素でパッケージをパージし、ほこりや湿気の侵入を防ぎます。当社の高純度窒素 CMS—高純度カーボンモレキュラーシーブ-ここで必要とされる安定した超高純度の窒素を供給するように設計されています。医療機器用の PCB を製造している顧客は、当社の CMS に切り替えて以来、不良率が 12% 低下したと語っていました。これは、救命医療機器に使用される部品を製造している場合には大きな問題です。
待ってください。なぜ高利回りがそれほど重要なのかをここで話しましょう。市場に出回っている多くの CMS では窒素純度が 90 ～ 95% しか得られず、分離プロセスで酸素を多く含むガスが大量に無駄になります。当社の高収率窒素 CMS は、窒素をより効率的に分離できるように調整された細孔構造を備えているため、すべての空気供給からより多くの純粋な窒素が得られ、廃棄物が減り、運用コストが削減されます。電子機器メーカーにとって、ガス生成で節約された 1 ドルは、研究開発や生産規模の拡大に還元できる資金となります。そして、一貫性を忘れないでください。半導体を製造しているとき、窒素純度が少しでも変動すると、数百万ドルの費用がかかるウェーハのバッチ全体が台無しになる可能性があります。当社の CMS は安定するように設計されているため、需要がどれほど多くても、窒素出力は毎日同じ状態に保たれます。
ここで、よくある質問に答えてみましょう。なぜ他の窒素生成方法を使用しないのですか?極低温蒸留は非常に大規模なスケールには最適ですが、セットアップに費用がかかり、大量のエネルギーを使用します。言うまでもなく、起動に時間がかかるため、中小規模の電子機器メーカーにとっては不利です。膜分離は安価ですが、得られる窒素の純度は低く、半導体や電池のプロセスには不十分です。 CMS を備えた PSA は、高速、柔軟、エネルギー効率が高く、高純度の窒素を提供するというスイートスポットであり、当社の高収率バージョンではさらに優れています。当社のエレクトロニクス顧客の 80% が、ROI をすぐに実感できるため、1 年以内に当社の高収量窒素 CMS に切り替えていることがわかりました。
また、持続可能性もこれの大きな部分を占めており、私たちはそれを非常に重視しています。エレクトロニクス業界は無駄が多いと非難されていますが、CMS はそれを変えるのに役立ちます。私たちのリサイクルカーボンモレキュラーシーブラインは、他の業界から使用済みの CMS を入手し、再処理して、エレクトロニクス用の高収量窒素生産に使用できるように調整しています。これは、埋め立て地に送られる廃棄物が減り、製造に使用される持続可能な材料が増えることを意味します。また、当社の高収量 CMS は、従来の方法よりも使用するエネルギーが少ないため、二酸化炭素排出量も低くなります。これは、最近どの企業も目指していることです。
エレクトロニクス用の CMS サプライヤーを選択する際にクライアントが最も重視していることについて実際に見てみましょう。まず信頼性です。窒素生成が停止すると、生産ライン全体が停止し、1 時間あたり数千ドルのコストがかかります。当社の CMS は厳密にテストされているため、予期しないダウンタイムを心配する必要はありません。 2 番目に純度: お客様のニーズに応じて窒素純度を 95% から 99.999% までカスタマイズできます。私たちは画一的なアプローチはしません。第三に、サポート: 当社は単に製品を販売するだけではありません。お客様が必要とする窒素の量、純度、および当社の CMS を既存のラインに統合する方法を正確に把握するためにお客様と協力します。当社にはセットアップとメンテナンスを支援するエンジニアのチームもいます。これは、社内に大規模な技術チームを持たない小規模メーカーにとっては大きなプラスとなります。
最後に、次回スマートフォン、EV、または医療機器を使用するときは、それが機能するために使用されたすべての小さな特殊な素材について少し考えてください。高収率窒素 CMS は、重要なプロセスを汚染のない状態、効率性、信頼性の高い状態に保つ、縁の下の力持ちの 1 つです。エレクトロニクス製造に従事していて、一貫性のない窒素、高コスト、またはダウンタイムへの対処にうんざりしている場合は、私たちがお手伝いします。当社は小規模な PCB ショップから大規模な半導体工場まであらゆる企業と協力しており、お客様のニーズに合わせて高収率窒素 CMS をカスタマイズできます。お客様の具体的な要件についてお気軽にお問い合わせください。より良い製品をより速く、より安価に製造するために私たちがどのように支援できるかを考えてみましょう。
参考文献:
- MM Dubey、「カーボンモレキュラーシーブス：合成、特性、および応用」、カーボン、vol. 38、いいえ。 12、1663-1678ページ、2000年。
- J. Liu et al.、「半導体製造における炭素分子ふるいを使用した窒素生成のための圧力スイング吸着」、Journal of Industrial and Engineering Chemistry、vol. 89、234-242ページ、2020年。
- 国際エネルギー機関、「バッテリー製造プロセスのエネルギー効率」、IEA 運輸研究イノベーション ポータル、2022 年。
- S. Park 他、「プリント基板製造における不活性ガス雰囲気の役割」、Circuit World、vol. 45、いいえ。 3、145-152ページ、2019年。
- EPA、「持続可能な材料管理: 産業用途のためのカーボンモレキュラーシーブのリサイクル」、米国環境保護庁、2021 年。