Membranas poliméricas libres de PFAS para la fabricación de semiconductores

La membrana de alta tecnología innovadora y libre de PFAS puede filtrar las partículas contaminantes más pequeñas, permitiendo la fabricación de semiconductores de próxima generación. © Fraunhofer IAP/Till Budde / La membrana de alta tecnología innovadora y libre de PFAS puede separar contaminantes particulados ultrafinos, posibilitando la producción de semiconductores de próxima generación. © Fraunhofer IAP, Foto: Till Budde

La membrana de polímero libre de PFAS es químicamente estable, altamente permeable y tiene un diámetro de poro de aproximadamente siete nanómetros. © Fraunhofer IAP / La membrana de polímero libre de PFAS es químicamente estable, altamente permeable y presenta un diámetro de poro de aproximadamente siete nanómetros. © Fraunhofer IAP

Los productos químicos dañinos para la salud y el medio ambiente PFAS, abreviatura de sustancias per y polifluoroalquiladas, están muy extendidos en muchas industrias debido a su estabilidad, resistencia al agua y a las grasas. En la fabricación de semiconductores, por ejemplo, en numerosos pasos del proceso se utilizan membranas que contienen PFAS. Con una membrana innovadora, libre de PFAS, investigadores del Instituto Fraunhofer para la Investigación de Polímeros Aplicados IAP han desarrollado una alternativa sostenible. La membrana de polímero químicamente estable y altamente permeable tiene un diámetro de poro de aproximadamente siete nanómetros y permite la filtración de partículas contaminantes diminutas. La membrana puede adaptarse a las necesidades del cliente, de modo que el nuevo método puede integrarse fácilmente en instalaciones existentes.

Los productos químicos PFAS son tóxicos, contaminan de forma permanente el agua y el suelo, y se acumulan en humanos y animales a través de los alimentos y productos cercanos al consumidor. La Agencia Europea de Sustancias y Mezclas Químicas (ECHA) ha publicado en febrero de 2023 la propuesta para prohibir la fabricación, el uso y la comercialización, incluida la importación, de PFAS en el Espacio Económico Europeo. La industria de semiconductores ve con preocupación la posible prohibición de PFAS, ya que estos productos químicos se utilizan en procesos de grabado y limpieza, así como en membranas y carcasas en filtros. Según muchos fabricantes, los productos químicos per y polifluorados, duraderos, son actualmente insustituibles; la producción de la mayoría de los productos de semiconductores ya no sería posible. Investigadores del Fraunhofer IAP en Potsdam han logrado desarrollar una membrana libre de PFAS para un proveedor de la industria de semiconductores, hecha de polímeros convencionales y específicamente estabilizados, que puede reemplazar las membranas de PFAS. La membrana, hecha de poliamida (PAN), se caracteriza por su alta estabilidad química y mecánica. Además, tiene un diámetro de poro extremadamente pequeño, de aproximadamente siete nanómetros. Esto es necesario para separar contaminantes particulados de la producción y filtrar y reciclar líquidos de proceso como ácidos y disolventes. La membrana puede adaptarse a las necesidades del cliente, permitiendo que el nuevo método se integre fácilmente en las instalaciones existentes para la fabricación de la próxima generación de chips.

Las contaminaciones deben evitarse

»Durante la fabricación de chips, se llevan a cabo innumerables pasos del proceso, como corte, limpieza y planificación, para aplicar las estructuras en los obleas. En todas estas operaciones se generan contaminantes particulados que deben separarse en cada proceso, ya que de lo contrario dañarían la fabricación de estructuras de nanómetro«, explica el Dr. Murat Tutus, ingeniero en el Fraunhofer IAP y jefe del departamento «Membranas y películas funcionales». El equipo de Tutus ha logrado crear una membrana altamente estable químicamente y mecánicamente, hecha de polímero convencional, que puede filtrar partículas con un tamaño de poro de solo siete nanómetros. Para comparar: en la tecnología médica, se utilizan filtros con un tamaño de aproximadamente 220 nanómetros para la filtración estéril. «Podemos modificar químicamente el polímero mediante un componente adicional patentado por nosotros y también estabilizarlo para condiciones de proceso agresivas«, dice el investigador.

Además, los investigadores enfrentaron la tarea de lograr una distribución del tamaño de poro que solo se desviara ligeramente de los siete nanómetros. Además, la membrana debía ser altamente permeable. «La medida de permeabilidad define la cantidad de poros en la superficie. Cuanto más pequeños sean los poros, menor será la permeabilidad. Por eso, en un segundo paso, tuvimos que aumentar el número de poros manteniendo el tamaño del poro constante, para incrementar la permeabilidad«, explica Tutus.

Fabricación de la membrana con disolventes conformes a REACH

Como la membrana puede adaptarse a las necesidades específicas en cuanto al tamaño del poro y la permeabilidad, puede ajustarse fácilmente a diferentes aplicaciones en otras industrias. La ventaja de adaptar una membrana: las instalaciones existentes pueden seguir utilizándose, y los empleados no necesitan formación adicional. Los Dr. Tutus y su equipo ven un gran potencial en sus desarrollos, especialmente en la industria farmacéutica y química, donde también se trabajan con disolventes agresivos. En la fabricación de la membrana, se utilizan disolventes sostenibles y conformes a REACH (Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de Sustancias Químicas), y todo el proceso de producción se realiza a bajas temperaturas de manera sostenible. La membrana se produce mediante el método NIPS, que significa separación de fases no inducida por disolventes, permitiendo también ajustar la morfología, es decir, la estabilidad a la presión de la membrana.