KR20160083562A - 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체 및 이를 포함하는 필터유닛 - Google Patents

입도별 여과효율이 개선된 필터집합체 및 이를 포함하는 필터유닛 Download PDF

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KR20160083562A
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Abstract

본 발명은 여과효율이 개선된 필터집합체 및 이를 포함하는 필터유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 목적하는 특정크기의 입자에 대한 여과효율을 현저히 향상시키는 동시에 고유량을 수득할 수 있는 여과효율이 개선된 필터집합체 및 이를 포함하는 필터유닛에 관한 것이다.

Description

입도별 여과효율이 개선된 필터집합체 및 이를 포함하는 필터유닛{Filter assembly having excellent filtration efficiency depending on the particle size and filter unit comprising the same}
본 발명은 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체 및 이를 포함하는 필터유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 목적하는 특정크기 이상의 입자에 대한 여과효율을 현저히 향상시키는 동시에 고유량을 수득할 수 있고, 기공폐쇄로 인한 사용주기, 여과효율 및 유량 저하를 방지할 수 있는 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체 및 이를 포함하는 필터유닛에 관한 것이다.
최근 급격한 산업규모의 확대나 과학기술의 발전에 따라 환경오염 예컨대 대기, 수질 및 토양의 오염문제가 크게 대두되고 있으며, 특히 인간의 삶에 직접적인 영향을 주는 수질의 오염은 그 정도가 심각한 수준에 와 있다고 할 수 있다. 산업의 다양화 복잡화로 발생하는 수많은 종류의 공장용수, 폐수뿐 아니라 식음료 특히 가정용 식수에 대한 정제 요구가 증대되어왔고 이에 따라 오염수 정제에 핵심이라 할 수 있는 필터 자체의 기술과 더불어 이들 필터기술들을 system적으로 조합하여 산업용 및 가정용 용수를 효과적으로 처리하는 방법도 다양하게 연구되어 왔다. 더 나아가 유체내 포함된 기포를 조절, 처리하는 기술도 개발되고 있고 대한민국 공개특허 특2003-0067668호는 이와 같은 기능을 하는 액체 여과기기를 개시하고 있다.
수질향상에 가장 보편적으로 쓰여지고 있는 원통상 필터는 섬유상 고분자재료를 이용한 것들이 대부분인데, 예를 들어 방적사를 다공질의 코아에 감은 것이나, 멜트블론, 스펀본드나 그 외에 여러 가지 방법으로 만들어진 부직포를 원통상으로 감아 성형한 것, 또는 열가소성 고분자를 직접방사에 의해 원통상의 필터를 제작하는 방법들이 알려져 있다. 이와 같은 원통상의 필터는 가격이 저렴하며 적용 범위가 넓은 장점에도 불구하고, 섬유길이가 일정하다는 점, 그리고 섬유 집합체의 배열이 규칙적이지 못하다(random)는 점 때문에 필터의 여과효율과 수명이 길지 못했고, 반면 필터의 여과효율과 수명을 증가시키기 위해 외층부의 섬도를 높여 포어 사이즈(Pore size)를 크게 함으로써 큰 입자를 외층측에서 포집하고, 세밀한 입자는 내층부에서 포집토록 하는 기술은 그 작업성에도 한계가 있을 뿐 아니라 만족할 만한 제거효율을 나타내기가 어려운 것으로 알려져 있다. 그 외에도 기존의 원통상 필터는, 여과의 진행에 따라 일부의 여재가 유출되거나, 여과압력이 일정 이상 상승할 경우 입자의 일부가 유출 될 뿐 아니라 특히 유기물이나 냄새를 제거할 수 없는 약점 등 해결되어야 할 문제가 많아 대개에 있어 주처리가 아닌 전처리 필터의 기능에 사용되고 있는 실정이라 할 수 있다.
한편, 최근 반도체 산업의 끊임없는 발전에 따라 QPT, 3D NAND, FinFET 등 반도체의 구조가 3차원 구조로 변화함에 따라 CMP(chemical mechanical polishing) 공정의 중요성이 확대되고 있다. CMP 공정이란 CVD 공정을 거친 웨이퍼를 Head라는 장치에 부착시켜 웨이퍼에 압력을 가하면서 회전시켜 배선 단차를 낮추고 평탄화하는 공정을 의미하며, 이러한 공정에서 슬러리 용액이 투하되면서 CVD 막질을 화학적 및 기계적으로 연마하는 공정을 말한다.
상기와 같은 CMP 공정에서는 슬러리가 매우 중요하며, 어떠한 슬러리를 사용하는지에 따라 배선 단차의 조절 및 평탄화 정도가 달라질 수 있고, 제조되는 반도체 웨이퍼 품질 또한 차이가 있을 수 있다. 이에 따라 슬러리 제조 시 슬러리에 포함된 고형물의 입도제어가 매우 중요하고, 특히 큰 입경을 가지는 입자의 제거를 위해 슬러리의 제조과정에서 필터가 단계적으로 적용 된다. 다만, CMP 공정에서 사용되는 슬러리 내에 포함되는 제거되어야 할 큰 입경의 입자 크기 기준은 슬러리의 구체적 종류, 구체적 공정, 업체, 공정에서 사용되는 장비에 따라 달라질 수 있다.
또한, CMP 공정에서 사용되는 상기 필터는 큰 입경을 가지는 입자를 제거시켜야 하는 동시에 CMP 공정상 요청되는 일정 크기 이하의 입자는 필터를 잘 통과시켜야 하는 물성이 요구된다.
한편, 상기 CMP 슬러리는 제조과정에서 고형물의 입도제어가 목적하는 수준으로 이루어졌다고 해도, 화학적 기계적 연마 공정에 투입되는 슬러리 이송 과정에서 펌프 등에서 만들어지는 전단력(shear force)에 의해 개개의 고형분 입자가 응집할 수 있고, 이러한 응집된 입자는 CVD막이나 웨이퍼 표면에 생성된 마이크로 스크래치는 CMP 공정의 불량을 야기시킬 수 있다. 이에 따라 CMP 슬러리 이송 후 투입 공정 전에도 필터를 사용하여 슬러리 고형물의 입도를 조절해오고 있다.
상기 필터로 고형물 농도가 높은 CMP 슬러리의 특성, 슬러리 입자의 입도변형 가능성 및 장비/비용상의 한계로 인해 통상 저차압 대비 고유량 구현이 가능하도록 필터가 적용되고 있는데, 종래 사용되던 필터는 여재를 원통형으로 권취시킨 필터로써, 저차압을 달성하기 위해 여과순서에 따라 큰 평균공경을 가지는 여재에서 작은 평균공경을 가지는 여재를 사용하여 차압은 낮추면서도 여과효율을 높이고 있다.
그러나 종래의 원통형 필터는 필터 외측과 내측에 공경구배를 갖도록 2 종 이상의 여재를 포함시켜 전체적인 여과효율을 향상시키고 있으나 여과효율이 100%가 아닌 한 CMP 슬러리에서의 입경이 큰 입자와 같이 반드시 걸러내야 되는 입경을 가진 입자가 원통형 필터를 통해 여과된 여과액에 포함되는 문제가 있어 입경이 작은 입자가 아닌 입경이 큰 입자의 수를 관리해야 되는 공정에는 사용이 부적합한 문제점이 있다.
또한, 종래의 원통형 필터는 필터 외측의 여재가 내측의 여재보다 상대적으로 평균공경 크기를 크게 함으로써 큰 입자는 외측 여재가 필터링하고, 작은 입자는 내측 여재가 필터링하는 여과방식을 채택하고 있으나 필터 외측에서 입경이 큰 입자가 100% 걸러지지 않는 것이 보통이고, 이 경우 공경크기가 필터의 외측여재 보다 작은 내측여재의 유로를 큰 입자가 막음으로써 기공폐쇄가 일어나 효과적인 여과를 할 수 없는 문제가 있고, 필터의 사용주기를 감소시키는 문제가 있다.
이에 일정 크기 이하의 입경을 가지는 입자는 잘 통과하되, 목적하는 크기 이상의 입경을 가지는 입자의 제거율은 현저히 우수하여 고형물의 입도별로 여과효율을 개선한 동시에 고유량을 수득할 수 있는 필터집합체의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 목적하는 특정크기 이상의 입자에 대한 여과효율을 현저히 향상시키는 동시에 고유량을 수득할 수 있고, 기공폐쇄로 인한 사용주기, 여과효율 및 유량 저하를 방지할 수 있는 필터집합체 및 이를 포함하는 필터유닛을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 여과된 유체가 배출되는 코어부; 및 여과기능을 갖는 복수개의 여재가 상기 코어부 외주연에 권취되어 형성되는 필터부;를 포함하고, 상기 복수개의 여재는 필터부의 외측에 배치되는 제1 여재 및 상기 제1 여재의 내측에 배치되는 제2 여재를 포함하며, 상기 제1 여재의 최대공경은 제2 여재의 최대공경 보다 크고, 상기 제1 여재의 최다공경은 제2 여재의 최다공경 보다 작은 것을 특징으로 하는 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제2 여재의 최소공경은 제1 여재의 최다공경 보다 큰 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 여재는 제2 여재의 내측에 배치되는 제3 여재를 더 포함하고, 상기 제3 여재의 최다공경은 제2 여재의 최다공경보다 작을 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 여재는 제1 여재 및 제2 여재의 사이에 배치되는 제4 여재를 더 포함하고, 상기 제4 여재의 최다공경은 제2 여재의 최다공경보다 작을 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 제2 여재는 하기의 수학식 1에 따른 공경밀집도가 1.5㎛ 이하일 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 여재는 부직포일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 제2 여재는 불소계, 폴리술폰계, 폴리아미드계, 폴리이미드계, 폴리에스테르계 및 올레핀계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 고분자화합물을 포함하는 나노섬유웹 또는 멤브레인일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 불소계는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(EPE)계, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE)계, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)계, 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ECTFE)계 및 폴리불화비닐리덴(PVDF)계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 불소계 고분자 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 여재의 최다공경은 0.5 ~ 1.8㎛이며, 제2 여재의 최다공경은 1.8 ~ 3.0㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 여재의 최대공경은 3.0 ~ 10.0㎛이며, 제2 여재의 최대공경은 1.8 ~ 3.0㎛ 일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 필터부는 서로 인접하지 않도록 배치되는 복수개의 제2 여재를 포함될 수 있다
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제2 여재는 상기 수학식 1에 따른 공경밀집도가 1.0㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 여재는 제3 여재의 내측에 배치되고, 코어부의 외주연에 권취된 제5 여재를 더 포함하며,
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제3 여재의 최대공경은 제5 여재의 최대공경 보다 크고, 상기 제3 여재의 최다공경은 제5 여재의 최다공경 보다 작을 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 필터부는 서로 인접하지 않도록 배치되는 복수개의 제2 여재를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 제2 여재는 4개 이하로 포함될 수 있다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 본 발명에 따른 필터집합체를 포함하는 필터유닛을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 필터유닛은 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP) 공정용일 수 있다.
이하, 본 발명에서 사용한 용어에 대해 정의한다.
본 발명에서 사용한 용어로 「필터집합체의 단면두께」는 필터집합체의 단면에서 코어부 외주연을 기준으로 필터부의 외주연까지의 최단거리를 의미하고, 각 층(또는 각 여재)의 단면두께 비율은 전체 필터집합체 단면두께에서 해당 층(또는 각 여재)의 단면두께 비율을 의미한다.
본 발명에서 사용한 용어로 「최다공경 」란 필터집합체에 권취된 상태로 측정된 여재의 기공에 대한 공경분포 중 동일한 공경을 갖는 기공수가 가장 많은(최다) 기공의 공경을 의미하며,
「최대공경 」란 필터집합체에 필터집합체에 권취된 상태로 측정된 여재의 기공에 대한 공경분포 중 공경이 가장 큰 기공의 공경을 의미하고,
「최소공경 」란 필터집합체에 권취된 상태로 측정된 여재의 기공에 대한 공경분포 중 공경이 가장 작은 기공의 공경을 의미하며,
「평균공경 크기」란 필터집합체에 권취되지 않은 상태로 측정된 여재의 기공에 대한 공경의 평균값을 의미한다.
구체적으로 도 1은 필터집합체에 권취된 상태로 측정된 여재의 기공에 대한 공경분포도로써, 도 1의 분도포에서 최대공경은 C이고, 최다공경은 B이며, 최소공경은 A를 의미한다.
또한, 상기 「필터집합체에 권취된 상태로 측정된 여재의 기공에 대한 공경」은 여재가 권취되기 전 상태에서 측정한 기공의 공경과 같지않다.
본 발명에서 사용한 용어로 「내측」 및 「외측」은 directly 또는 indirectly를 모두 포함하는 의미로써, 예를 들어 A 내측의 B는 B가 A와 인접하여 A의 내측에 형성된 것 및 A 내측에 C가 형성되고, C의 내측에 A가 형성된 것을 모두 포함하는 의미이다.
본 발명은 목적하는 특정크기 이상의 입자에 대한 여과효율을 현저히 향상시키는 동시에 고유량을 수득할 수 있고, 기공폐쇄로 인한 사용주기, 여과효율 및 유량 저하를 방지할 수 있으며, 용도에 있어 입도가 다양한 입자가 혼재된 슬러리의 여과에 있어 적합할 수 있어 반도체 CMP 공정에 소요되는 CMP 슬러리의 여과에 매우 우수한 효율을 발현할 수 있다.
도 1은 여재에 포함된 기공에 대한 공경 분포도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체에 포함된 여재의 기공별 공경분포도에 대한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 비교예에 따른 필터집합체에 포함된 여재의 기공별 공경분포도에 대한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 제2 여재의 표면 SEM 사진이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 공경분포도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 코어부의 사진이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 제2 여재의 표면 SEM 사진이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이 다양한 입도가 혼재된 슬러리, 예를 들어 CMP 슬러리는 고형물 농도가 높고, 슬러리 입자의 입도변형 가능성 및 장비/비용상의 한계로 인해 저차압 대비 고유량 구현이 가능하도록 필터가 적용되고 있는데, 종래의 원통형 필터는 필터 외측과 내측에 공경구배를 갖도록 2 종 이상의 여재를 포함시켜 전체적인 여과효율을 향상시키고 있으나 여과효율이 100%가 아닌 한 반드시 걸러내야 되는 큰 입경을 가진 입자가 원통형 필터를 통해 여과된 여과액에 포함되는 문제가 있어 입경이 작은 입자가 아닌 입경이 큰 입자의 수를 관리해야 되는 공정에는 사용이 부적합한 문제점이 있었다. 또한, 종래의 원통형 필터는 필터 외측의 여재가 내측의 여재보다 상대적으로 평균공경 크기를 크게 함으로써 큰 입자는 외측 여재가 필터링하고, 작은 입자는 내측 여재가 필터링하는 여과방식을 채택하고 있으나 필터 외측에서 입경이 큰 입자가 100% 걸러지지 않는 것이 보통이고, 이 경우 공경크기가 필터의 외측여재 보다 작은 내측여재의 유로를 큰 입자가 막음으로써 기공폐쇄가 일어나 효과적인 여과를 할 수 없고, 필터의 사용주기를 감소시키는 문제가 있었다.
이에 본 발명에서는 여과된 유체가 배출되는 코어부; 및 여과기능을 갖는 복수개의 여재가 상기 코어부 외주연에 권취되어 형성되는 필터부;를 포함하고, 상기 복수개의 여재는 필터부의 외측에 배치되는 제1 여재 및 상기 제1 여재의 내측에 배치되는 제2 여재를 포함하며, 상기 제1 여재의 최대공경은 제2 여재의 최대공경 보다 크고, 상기 제1 여재의 최다공경은 제2 여재의 최다공경 보다 작은 것을 특징으로 하는 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체를 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 목적하는 특정크기 이상의 입자에 대한 여과효율을 현저히 향상시키는 동시에 고유량을 수득할 수 있고, 기공폐쇄로 인한 사용주기, 여과효율 및 유량 저하를 방지할 수 있으며, 용도에 있어 입도가 다양한 입자가 혼재된 슬러리의 여과에 있어 적합할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 분해사시도로써, 원통형의 필터집합체(1000)는 코어부(100)의 외주연에 제2 여재(300) 및 제1 여재(400)가 순차적으로 권취되어 필터부를 형성하고, 말단캡(900)을 더 포함할 수 있다.
또한, 도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 횡단면도로써, 코어부(100)와 인접하게 제2 여재(300)가 권취되어 형성되고, 상기 제2 여재(300)의 외주연에 제1 여재(400)가 권취되어 형성된 필터부와 코어부(100)를 포함하는 필터집합체를 나타낸다.
본 발명에 따른 필터집합체는 피여과액이 필터부의 최외각층(도 4의 400)에 위치한 제1 여재에서 1차 여과를 거치고, 제2 여재를 통해 2차 여과를 거친 여과액이 코어부를 통해 유출될 수 있다.
먼저, 코어부 및 필터부의 여재에 대해 설명하기에 앞서 각 여재의 배치 기준에 대해 설명한다.
본 발명과 유사한 구조를 가지는 종래 원통형 필터집합체들은 여과효율을 높이기 위해 2개 이상의 여재를 필터부에 포함시켰는데, 통상적으로 각 여재의 권취순서에 있어서 평균공경 크기에 따라 이를 배치시켰으며, 평균공경 크기가 큰 여재를 피여과액과 접촉하는 필터부 최외각에 배치시키고 평균공경 크기가 작은 여재일수록 여과액이 유출되는 코어부에 인접한 필터부 내측쪽으로 순차적으로 배치시키는 구조를 택하였다. 그러나 여재를 단순히 평균공경 크기를 기준으로 필터부에 배치시킬 경우 여과효율을 높일 수 있으나, 상기 여과효율이 걸러낼 고형분의 입도를 고려한 여과효율을 의미하는 것은 아니어서 여과액에 포함된 고형분 중 여재의 평균공경 보다도 큰 입경을 가지는 입자가 포함되는 경우가 빈번했다.
그러나 필터의 사용목적이 고형분의 입경에 관계없이 여과액에 포함된 고형분 전체 입자수의 감소가 아닌 특정 크기 이상의 입경을 가지는 고형분에 대한 여과효율을 높여 여과액에 포함된 큰 입경의 입자수 감소가 목적인 경우 종래의 필터로는 이를 만족시키기 어려웠다.
종래의 원통형 필터가 이를 만족시키기 어려운 이유는 원통형 필터에 포함되는 여재로 통상 부직포를 사용해왔는데, 목적하는 고형분의 입경을 고려해 고형분의 입경보다 평균입경이 작은 부직포를 선택하더라도 통상의 부직포는 공경분포가 매우 넓어 제거되어야 할 입자의 입경이 평균공경 크기보다 크더라도 부직포의 최대공경 보다는 작을 수 있음에 따라 제거되어야 할 입자가 제거되지 못하고 여재를 통과해버리는 문제점이 있었고, CMP 공정용 슬러리와 같이 일정크기 이상의 입자가 반드시 여과되어야 하는 경우에 상기 문제점은 심각한 공정상 불량으로 이어지는 문제가 있었다.
또한, 이를 방지하기 위해 고형분의 입경보다 평균 입경이 더욱 더 작은 부직포를 선택할 경우 유량을 감소시킬 수 있고, 평균 입경이 매우 작더라도 부직포의 특성상 공경분포가 넓을 수 있어 일부 고형분이 부직포를 통과 또는 부직포에 포함된 기공을 막음으로써 기공폐쇄가 발생할 수 있고, 이로 인해 유량의 현저한 감소, 여과효율 감소, 차압발생, 사용주기 단축 등의 많은 문제점을 발생시켰다.
따라서, 일정크기 이상의 입자에 대한 여과효율을 현저히 증가시키기 위한 방법으로 종래의 부직포 평균공경 크기에 따른 여재의 배치 방법은 부적절할 수 있어 본 발명자들은 여재의 배치에 대해 지속적으로 연구하던 중 제거시킬 입자의 최소입경 보다 최대 공경크기가 작은 여재를 필터부에 포함시켜 목적하는 여과물질의 여과효율을 현저히 향상시키는 동시에 상기 여재의 최다공경을 인접하는 여재의 최다공경 보다 크게 하여 보다 향상된 유량을 수득할 수 있게 되어 본 발명에 이르게 되었다.
이에 따라, 필터부는 여재를 복수개로 포함하고, 상기 복수개의 여재는 필터부의 외측에 배치되는 제1 여재 및 상기 제1 여재의 내측에 배치되는 제2 여재를 포함하며, 상기 제1 여재의 최대공경은 제2 여재의 최대공경 보다 크고, 상기 제1 여재의 최다공경은 제2 여재의 최다공경 보다 작도록 구성함을 통해 목적하는 입도 이상의 입자에 대한 여과효율을 현저히 향상시키는 동시에 고유량을 수득할 수 있다.
구체적으로 도 5는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체에 포함된 제1 여재 및 제2 여재에 대한 기공별 공경분포도로써, 제1 여재(400)는 기공의 공경분포가 넓어 제1 여재(400)의 최대공경 (C400)이 여과시켜야 LPCs(large particle counts)의 입경(P) 보다 클 수 있으며, 이 경우 제1 여재를 통해 1 차 여과된 여과액에는 LPCs가 일부 포함될 수 있다. 이에 따라 1차 여과된 여과액에 포함된 LPCs를 모두 걸러내기 위해서는 제2 여재(300)의 최대공경 (C300)은 제1 여재(400)의 최대공경 (C400)보다 작아야 하며, 바람직하게는 LPCs(large particle clusters) 의 입경(P) 보다 작아야 한다.
다만, 이와 동시에 고유량을 수득하기 위해 상기 제2 여재의 최다공경은 제1 여재의 최다공경 보다 커야 한다.
구체적으로 도 6은 본 발명의 비교예에 따른 필터집합체에 포함된 제1 여재 및 제2 여재에 대한 기공별 공경분포도로써, 제2 여재(300)의 최대공경 (C300)는 제1 여재(400)의 최대공경 (C400)보다 작은 동시에 LPCs(large particle clusters) 의 입경(P) 보다 작아 제1 여재(400)를 통해 걸러지지 않은 LPCs를 여과시키는데 적합할 수 있다. 그러나 이러한 공경분포를 가지는 두 여재의 조합의 경우 유량을 현저히 감소시키며, 차압의 증가를 발생시키는 문제점이 있다.
이에 따라 상기 제2 여재의 최다공경 (도 5의 B300)는 제1 여재의 최다공경 (도 5의 B400)보다 커야 한다. 이를 통해 목적하는 입경 이상의 입자에 대한 제거 효율을 현저히 증가시키는 동시에 고유량을 수득할 수 있고 차압발생을 억제하여 필터집합체의 내구성 향상에 기여할 수 있다.
또한, 제1 여재와 제2 여재와의 관계에 있어서, 바람직하게는 제2 여재의 최소공경은 제1 여재의 최다공경 보다 클 수 있다. 구체적으로 도 5와 같이 제1 여재(400)의 최다공경(B400)보다 큰 제2 여재(300)의 최소공경(A300)은 더욱 향상된 유량을 수득하게 하는 이점이 있다.
이하, 유체의 흐름에 따라 제1 여재, 제2 여재 및 코어부에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 필터부의 최외각에 배치되는 제1 여재(400)에 대해 설명한다.
상기 제1 여재(400)는 피여과 되는 유체를 1차로 여과시키는 부분으로써, 후술할 제2 여재(300)의 외주연에 권취되어 형성된다.
상기 제1 여재(400)는 통상의 필터집합체에 포함되는 여재일 수 있어, 그 종류에 있어 특별히 제한되지 않는다. 상기 제1 여재(400)는 바람직하게는 원단일 수 있고, 상기 원단은 직물, 편물 및 부직포 중 어느 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 부직포일 수 있다.
상기 직물은 직물에 포함되는 섬유가 종횡의 방향성이 있는 것을 의미하며, 구체적인 조직은 평직, 능직 등일 수 있으며, 경사와 위사의 밀도는 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 여재가 부직포일 경우 멜트블로운법, 스펀본드, 열접착, 스펀레이스, 플래시스펀, 니들펀칭 등을 포함하는 다양한 방법으로 제조되는 부직포가 본 발명의 여재로 사용될 수 있다. 다만, 바람직하게는 멜트블로운법에 의해 제조된 부직포일 수 있다.
상기 제1 여재(400)는 후술되는 제2 여재(300)와의 최대공경, 최다공경 관계를 만족하면 평량, 제1 여재가 포함하는 섬유의 섬도, 섬유장의 제한은 없다. 다만, 바람직하게는 평량이 10 ~ 100 g/㎡ 일 수 있고, 단섬유의 평균섬도는 0.1 ~ 10.0㎛일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 제1여재(400)에 포함되는 섬유는 상기 섬도 범위를 만족하는 동일한 섬도를 가지는 섬유만 포함될 수 있거나 상기 섬도 범위를 만족하는 상이한 섬도를 가지는 섬유들을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제1 여재에 포함되는 섬유들의 길이는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 제1 여재가 바람직하게는 부직포일 수 있는데, 이때 상기 부직포는 평균공경이 1.0 ~ 20.0㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 필터부에 권취된 상태에서의 최다공경은 0.5 ~ 1.8㎛일 수 있고, 최대공경은 3.0 ~ 10.0㎛을 만족하는 공경분포를 갖는 여재일 수 있고 이를 통해 목적하는 물성을 발현하는 필터집합체에 적합한 여재일 수 있다. 다만, 상기 공경분포에 한정되는 것은 아니며, 제1 여재의 공경분포는 후술되는 제2 여재와의 관계, 제거시키려는 고형물의 입경, 고유량의 달성 정도를 고려하여 적절히 변형될 수 있다.
또한, 상기 제1 여재(400)는 폴리올레핀계, 폴리에스테르계 및 폴리아미드계로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 섬유를 포함할 수 있다. 바람직하게는 내화학성을 향상시키고 다양한 종류의 유체에 대한 여과에 사용이 가능하며, 내구성을 향상을 위한 인장강도 우수한 폴리올레핀계 섬유를 포함할 수 있고 보다 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 공중합된 폴리에틴렌, 공중합된 폴리프로필렌 섬유 중 어느 하나 이상일 수 있다.
한편, 상술한 제1 여재의 두께는 30 ~ 300㎛일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다
또한, 상술한 제1 여재는 유량 향상을 위해 스페이서와 함께 권취될 수도 있다.
다음으로, 상술한 제1 여재(400)의 내측에 위치하는 제2 여재(300)에 대해 설명한다.
상기 제2 여재(300)는 제거시키려는 목적하는 입자에 대한 제거 효율을 현저히 향상시키고, 동시에 고유량을 수득할 수 있도록 하는 기능을 담당한다. 상술한 제1 여재(400)와 제2 여재(300)의 공경분포를 만족하는 여재인 경우 당업계 공지된 어떠한 여재도 사용할 수 있다.
다만, 상술한 본 발명에 따른 제1 여재와 제2 여재의 공경분포 설명에서 알 수 있듯이, 제2 여재(200)의 공경분포는 제1 여재(400)의 최대공경에서 최다공경 사이에 위치함에 따라(도 5 참조) 공경분포가 좁게 구현된 여재가 바람직할 수 있고, 통상의 부직포는 공경분포가 매우 넓게 구현됨에 따라 바람직하게는 제2 여재(300)는 나노섬유웹 또는 멤브레인일 수 있다. 상기 멤브레인이란 고분자화합물에 대해 상전이법을 통해 제조한 통상의 막을 비롯하여 당업계에 공지된 평면상의 분리막일 수 있다. 상기 나노섬유웹은 종래의 부직포 제조공법이 아닌 고분자화합물을 전기방사 등을 통해 제조한 섬유웹층으로 부직포보다 공경분포가 좁아 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 제2 여재로 적합할 수 있다.
상기 고분자화합물은 바람직하게는 불소계, 폴리술폰계, 폴리아미드계, 폴리이미드계, 폴리에스테르계 및 올레핀계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 고분자화합물일 수 있고, 상기 불소계는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(EPE)계, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE)계, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)계, 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ECTFE)계 및 폴리불화비닐리덴(PVDF)계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 불소계 고분자 물질을 포함할 수 있다.
특히 이러한 불소계 고분자물질을 포함하는 제2 여재를 필터집합체에 포함시킬 경우 CMP 공정에서 사용되는 CMP슬러리의 여과와 같이 내화학성이 요구되는 분야에서 매우 적합할 수 있다. 구체적으로 도 7은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 불소계 멤브레인이 일종인 PTFE 분리막의 표면SEM 사진을 나타낸다.
또한, 제2 여재는 친수성 개질시킨 여재일 수 있으며, 이를 통해 유량을 보다 향상시킬 수 있다. 상기 친수성 개질은 분리막 분야에 알려진 친수성 개질을 채용할 수 있어 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 제2 여재는 공경분포가 좁은 여재가 유리하므로, 바람직하게는 하기의 수학식 1에 따른 공경밀집도가 1.5㎛ 이하인 기공을 포함하는 여재일 수 있고, 보다 바람직하게는 공경밀집도가 1.0㎛이하인 기공을 포함하는 여재일 수 있다.
[수학식 1]
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상기 공경밀집도란, 여재에 포함된 기공의 최대공경과 최소공경의 차로써 이 차이가 적을수록 여재의 공경분포가 좁아 유사한 공경을 가지는 기공이 밀집되어 포함됨을 의미한다. 만일 수학식 1에 따른 공경밀집도가 1.5㎛를 초과하는 경우 제2 여재의 최대공경이 제1 여재의 최대공경과 같거나 초과하여 제거하려는 입경을 가지는 고형분의 제거효율이 감소할 수 있고 및/또는 제2 여재의 최다공경(및/또는 최소공경)이 제1 여재의 최다공경보다 작아져 목적하는 유량을 수득할 수 없을 수 있고 제1 여재에서 차압이 증가하는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 상기 제2 여재는 평균공경이 1.8 ~ 3.0㎛일 수 있으며, 최다공경은 1.8 ~ 3.0㎛일 수 있고, 최대공경은 1.8 ~ 3.0㎛일 수 있으며, 최소공경은 1.4 ~ 1.8㎛인 공경분포를 갖는 여재일 수 있고 이를 통해 목적하는 물성을 발현하는 필터집합체에 적합한 여재일 수 있다. 다만, 상기 공경범위에 한정되는 것은 아니며, 제2 여재의 공경분포는 제1 여재의 공경분포 및 제거시키려는 입자의 입경을 고려하여 적절히 변형될 수 있다.
상기 제2 여재는 코어부 또는 기타 필터부에 더 포함될 수 있는 여재에 1회 ~ 2회 권취되도록 필터부에 포함될 수 있다. 만일 권취 회수가 증가하여 제2 여재가 필터부에 포함되는 비율이 커질 경우 멤브레인 층에서 급격히 대부분의 입자가 정체되면서 차압이 증가하고, 기공이 폐쇄되는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 상기 제2 여재는 제1 여재의 외주연에 권취될 때 스페이서를 포함하여 함께 권취될 수 있다. 상기 스페이서에 대한 설명은 상술한 바와 동일하여 생략한다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 복수개의 여재는 제2 여재의 내측에 배치되는 제3 여재를 더 포함하고, 상기 제3 여재의 최다공경은 제2 여재의 최다공경보다 작을 수 있다.
구체적으로 도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 단면도로써, 코어부(100) 및 상기 코어부 외측에 위치한 필터부(200 ~ 400) 를 나타내고, 상기 필터부는 외측에 위치한 제1 여재(400), 상기 제1 여재의 내측에 위치한 제2 여재(300) 및 상기 제2 여재(300)의 내측에 위치한 제3 여재(200)를 포함하고, 상기 제3 여재에서 제1 여재 순으로 순차적으로 권취되어 필터부를 형성한다.
바람직하게는 향상된 유량을 수득하기 위해 상기 제3 여재(200)의 최다공경은 제2 여재의 최다공경보다 작을 수 있고, 보다 바람직하게는 더욱 향상된 유량을 수득하기 위해 제3 여재(200)의 최다 공경보다 제2 여재(300)의 최소공경이 작을 수 있다.
상기 제3 여재(200)는 제1 여재(400)와 동일한 공경분포를 가지는 여재이거나 보다 향상된 여과효율을 발현하기 위해 제1 여재(400)보다 공경이 작은 기공을 포함하는 여재일 수 있다. 구체적으로 도 9는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 공경분포도로써, 제3 여재(200)의 공경분포는 제1 여재(400)의 공경분포가 그래프에서 좌측으로 쉬프트된 공경분포를 가지는 여재일 수 있고, 이를 통해 제거시키려는 입자의 제거효율을 더 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 9과 같은 공경분포를 가지는 도 8과 같은 구현예에 따른 필터집합체에서 제2 여재(300)의 최대공경 (C300)은 제3 여재(200)의 최대공경 (C200) 보다 작은 것을 알 수 있고 이러한 공경분포를 가지는 필터집합체는 목적하는 입경 이상의 입자에 대한 제거효율 및 유량이 매우 뛰어나다. 상술하였듯이, 여재로 통상적으로 사용되는 부직포는 공경분포가 넓음에 따라 제1 여재(400) 보다 공경이 작은 제3 여재(200)를 포함시켜도 제거시키려는 LPCs가 모두 제거되는 것은 아니며, 더 구체적으로 만일 도 9과 같은 공경분포에서 제2 여재(300)를 제거시킨 제1 여재(400)와 제3여재(200)만을 포함한 필터집합체를 상정할 경우 이러한 필터집합체는 종래의 원통형 필터로써, 필터부 내측에 포함되는 제3 여재(200)의 최대공경(C200)이 제거시킬 입자(LPCs)의 최소크기(P)보다 더 큰 것을 알 수 있고, 이 경우 제1여재(400)를 거쳐 제3 여재(200) 통해 최종 여과된 여과액에는 LPCs의 일부가 포함될 수 있어 제1 여재 및 제3 여재만으로 LPCs를 완전히 여과시키기 못할 수 있음을 더욱 명확히 알 수 있다.
상기 제3 여재는 통상적으로 원통형 필터에 사용되는 여재의 경우 제한없이 사용될 수 있고, 다만, 공경분포에 있어서 제2 여재와의 공경분포를 고려되어 선택됨이 바람직하다. 제3 여재에 대한 구체적인 설명은 제1 여재의 설명과 동일하여 생략한다.
한편, 도 10은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 단면도로써, 필터부의 외각에 위치하는 제1 여재(400)의 내측으로 제4 여재(500)가 형성되고, 상기 제4 여재(500)의 내측으로 코어부(100)에 인접하게 형성된 제2 여재(300)를 나타낸다.
상기 제4 여재(500)는 보다 향상된 여과효율을 발현하기 위해 제1 여재(400)보다 공경이 작은 기공을 포함하는 여재일 수 있고, 제4 여재는 통상적으로 원통형 필터에 사용되는 여재의 경우 제한없이 사용될 수 있고, 다만, 공경분포에 있어서 제2 여재와의 공경분포를 고려되어 선택됨이 바람직하다. 제3 여재에 대한 구체적인 설명은 제1 여재의 설명과 동일하여 생략한다.
다만, 제4 여재(500)의 최다공경은 향상된 유량을 위해 제2 여재(300)의 최다공경보다 작을 수 있고, 공경분포에 대한 설명은 상술한 바와 동일하여 생략한다.
또한, 도 10과 같은 필터집합체는 제2 여재(300)를 포함하고 있음에 따라 제1 여재(400) 및/또는 제4 여재(500)를 통해서 모두 제거되지 못한 큰 입경을 가지는 입자에 대한 제거를 더욱 향상시킬 수 있다. 다만, 도 10와 같은 필터집합체는 제1 여재(400) 에서 제거되지 못한 큰 입경을 가지는 입자에 의해 제4 여재(500)의 기공폐쇄, 차압증가의 문제가 있을 수 있어 유량이 도 8과 같은 필터집합체에 비해 저하될 수 있다.
한편, 제2 여재는 복수개로 필터부에 포함될 수 있고, 이때 복수개로 포함되는 각각의 제2 여재는 서로 직접적으로 대면하도록 배치되지 않음에 따라 각각의 제2 여재는 인접하지 않을 수 있다.
상기 복수개의 제2 여재는 2 ~ 4개로 포함될 수 있고, 4개를 초과하는 경우 필터의 차압이 현저히 증가하여 목적하는 물성의 구현에 어려움이 있을 수 있다.
구체적으로 도 11은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 단면도로써, 제1 여재(400) 내측에 위치하는 제2A여재(310) 및 상기 제2A 여재(310) 내측에 위치하는 제3 여재(200) 및 상기 제3 여재(200)의 내측에 위치하고 코어부에 직접 권취된 제2B 여재(320)를 포함하는 필터집합체의 단면을 나타낸다.
상기 제2B 여재(320)가 코어부(100)에 직접 권취됨으로써, 여과되는 과정에서 제거되지 못하고 통과되는 고형분을 제2B 여재(320)가 포집하여 여과액에 큰 입경을 가지는 입자가 포함되지 않도록 여과효율을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 구체적으로 도 12는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 단면도로써, 제1 여재(400) 내측에 위치하는 제2C여재(330) 및 상기 제2C 여재(330) 내측에 위치하는 제3여재(200), 상기 제3 여재(200)의 내측에 위치하는 제2D 여재(340) 및 상기 제2D 여재(340)의 내측에 배치되고 코어부(100)에 직접권취된 제6여재(600)를 포함하는 필터집합체의 단면을 나타낸다.
도 12와 같은 필터집합체를 통해 여과되는 과정에서 제거되지 못하고 통과되는 고형분을 제2D 여재(340)가 포집하여 여과액에 큰 입경을 가지는 입자가 포함되지 않도록 여과효율을 증가시킬 수 있는 이점이 있으나, 도 11과 같은 필터집합체에 비해 차압이 증가할 수 있어 유량이 저하될 수 있는 문제가 있다. 도 12와 같은 필터집합체에서 상기 제6여재는 제1여재와 동일하거나 제1 여재의 범위 내에 포함되는 여재일 수 있어 이하 설명을 생략한다.
다음으로 제1여재(200)의 내측에 위치하는 코어부(100)에 대해 설명한다.
상기 코어부(100)는 제1 여재(200)를 통해 여과된 유체를 배출 시키는 기재로써, 통상적 유체용 필터에 사용되는 기재인 경우 사용에 제한은 없으며, 바람직하게는 그 형상은 원통형일 수 있다. 또한 바람직하게는 그 재질로써, 폴리올레핀계, 폴리에스테르계 및 폴리아미드계로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 재질일 수 있다. 상기 코어부(100)의 길이는 10 ~ 50 cm 이고, 외경은 30 ~ 38 mm이며, 내경은24 ~ 34 mm일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 필터집합체가 사용되는 용도, 여과 요구량 등의 목적에 따라 변경하여 사용할 수 있다.
구체적으로 도 13은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 코어부의 사진으로써, 제1 여재(200)를 통해 여과된 유체가 코어부(100) 내부로 유입될 수 있도록 복수개의 홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 필터집합체는 엔드캡(end cap)을 더 포함할 수 있다. 엔드켑은 필터집합체의 상부와 하부에 장착될 수 있고, 구체적으로 도 2에서 엔드캡(900)이 필터집합체(1000)의 상부와 하부에 장착될 수 있다.
상기 엔드캡은 카트리지의 형태 유지를 도와주는 기능을 담당하고, 재질, 두께, 구체적인 형상은 목적에 따라 변형하여 사용할 수 있으며, 통상적인 유체용 필터에 장착되는 엔드캡을 사용할 수 있다.
이상으로 상술한 본 발명에 따른 필터집합체는 코어부의 외주연에 제 1여재 및 제2 여재를 순차적으로 권취하여 필터부를 형성시키는 단계를 통해 제조할 수 있다. 다만, 후술하는 제조방법에 의해 제한되는 것은 아니며, 상술한 필터집합체에서 각 구성에 대한 구체적 설명은 생략한다.
먼저, 코어부의 외주연에 제 2여재를 권취하는 단계를 수행한다.
상기 제2 여재는 코어부 또는 제2 여재의 내측에 형성되는 여재의 외주연에 한바퀴에서 두바퀴 가량을 권취하여 형성시킬 수 있다. 또한, 유량의 향상을 위해 스페이서를 제2 여재와 함께 권취할 수도 있다.
다음으로, 상기 제2 여재의 외주연에 제1 여재를 권취하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 제1 여재를 권취할 때 스페이서를 함께 제2 여재의 외주연에 권취할 수 있으며, 상기 제1 여재를 권취한 이후에는 히팅롤 등을 이용해 열을 가해 마감처리 및 카트리지를 고정시킬 수 있고, 엔드캡을 필터집합체의 상부와 하부에 장착할 수 있다.
한편, 본 발명은 본 발명에 따른 필터집합체; 및 상기 필터집합체를 하우징 하는 외부케이스;를 포함하는 필터유닛을 포함한다.
상기 필터유닛은 내부가 비어있는 하우징에 여과될 유체가 유입되는 유입구와 필터집합체에 의해 여과된 유체가 배출되는 배출구를 포함할 수 있으며, 본 발명에 따른 필터집합체를 장착할 수 있는 장착부를 포함할 수 있고, 통상적으로 유체용 여과장치에 포함되는 구성들을 더 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 구현예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
먼저, 제1 여재로 평균 섬도가 0.7㎛인 폴리프로필렌 섬유를 포함하고, 평량이 14g/㎡이며, 두께가 130±10㎛인 멜트블로운 방식으로 제조된 하기 표 1의 공경분포를 가지는 부직포를 준비하였다. 또한, 제2 여재로 하기 표 1이 공경분포를 가지는 두께 96±5㎛의 도 7과 같은 PTFE막을 준비하였다.
상기와 같이 준비된 제1 여재 및 제2 여재를 통해 필터 집합체를 제조하기 위해 폴리올레핀 재질의 외경 38mm, 내경 34cm, 길이 24cm인 도 13과 같은 코어부의 외주연에 상기 제2여재를 코어부 외주연을 기준으로 2바퀴 권취하였고, 이후 상기 제2 여재의 외주연에 제1 여재를 권취하되, 필터집합체 단면에서 외경이 64mm가 되도록 권취하여 하기 표 1과 같은 필터집합체를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 코어부에 하기 표 1과 같은 공경분포를 가지는 평균 섬도가 0.5㎛인 폴리프로필렌 섬유를 포함하고, 평량이 15g/㎡이며, 두께가 115±10㎛인 멜트블로운 방식으로 제조된 부직포인 제3 여재를 권취한 후 제2 여재, 제1 여재 순으로 권취하였고, 제1 여재와 제3 여재의 필터부 단면에서 두께비는 1:1로 하여 하기 표 1과 같은 필터집합체를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 2와 동일하게 실시하여 제조하되, 상기 제2 여재와 제3 여재의 권취순서를 바꿔 코어부에 제2 여재를 권취시킨 후 상기 제2 여재에 제3 여재를 권취시키는 순서로 하여 하기 표 1과 같은 필터집합체를 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 2와 동일하게 실시하여 제조하되, 제3 여재의 내측에 코어부에 직접권취 되는 하기 표 1과 같은 공경분포를 가지며 도 14와 같은 PTFE 막인 제2B여재를 배치시켜 하기 표 1과 같은 필터집합체를 제조하였다.
<실시예 5>
상기 실시예 2와 동일하게 실시하여 제조하되, 제2 여재로 PTFE막 대신에 평균섬도 0.4㎛의 폴리프로필렌 섬유를 포함하고, 평량이 25 g/㎡이며, 하기 표 1과 같은 공경분포를 가지는 멜트블로운 방식으로 제조된 부직포를 사용하여 하기 표 1과 같은 필터집합체를 제조하였다.
<비교예 1>
실시예 2와 동일하게 실시하여 제조하되, 제2 여재를 포함시키지 않고, 하기 표 1과 같은 필터집합체를 제조하였다.
<실험예>
1. 고점도 유체용 여과장치의 제조
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 고점도 유체용 필터집합체를 폴리 프로올레핀 소재의 외경 68cm, 내경 30cm의 유체의 유입구와 배출구를 가지는 통상적인 점도성 유체용 여과장치에 사용되는 하우징에 장착하여 하기 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
1. 유량측정
유량은 이소프로필알코올(IPA) 용액상에서 충분히 웨팅(wetting)된 상태의 여재를 20 psi에서 증류수를 흘려 측정하였다.
2. 입자제거율 측정
입자제거율은 입경이 0.5㎛ 이상의 large particle를 포함하는 CeO2 1wt% CMP슬러리에 대해 여과 전 후의 LPC(0.5㎛ 이상 Large particle의 수)를 측정하였고, 비교예 1을 통해 여과된 여과액에 잔존하는 LPC(>0.5um)를 100으로 했을 때의 상대적인 잔존율로 나타내었다.
3. 반도체 CMPs 공정에서 웨이퍼의 품질평가
반도체 CMPs 공정에서 펌프에 의해 CMP 슬러리를 여과시키는 통상의 필터장치에 필터집합체를 장착한 후 통상의 방법으로 CMPs공정을 수행한 웨이퍼 표면에 스크래치가 발생했는지 여부를 평가했다. 스크래치가 발생하지 않은 경우 0으로 표시하고, 많이 발생할수록 1 ~ 5로 나타내었다.
Figure pat00003
구체적으로 상기 표 1에서 확인할 수 있듯이,
본 발명에 따른 제1 여재와 제2 여재의 공경분포를 만족하는 실시예의 경우 비교예에 비해 제거율이 우수했고, 특히 큰 입경을 가지는 LPCs 에 대해서 현저히 우수한 제거효율을 나타냄에 따라 실제 CMPs 공정을 통해 제조된 웨이퍼에 스크래치가 거의 나지 않음을 확인할 수 있다. 또한, 유량에 있어서도 비교예와 비교했을 때 저하되는 정도가 적어 유량과 여과효율을 동시에 달성하고 있음을 확인할 수 있다.
다만, 실시예 중에서 제2 여재의 공경밀질도가 1.5㎛를 초과하는 경우 제거율이 저하되고, 이에 따라 웨이퍼의 품질이 저하됨을 확인할 수 있다.

Claims (14)

  1. 여과된 유체가 배출되는 코어부; 및
    여과기능을 갖는 복수개의 여재가 상기 코어부 외주연에 권취되어 형성되는 필터부;를 포함하고,
    상기 복수개의 여재는 필터부의 외측에 배치되는 제1 여재 및 상기 제1 여재의 내측에 배치되는 제2 여재를 포함하며,
    상기 제1 여재의 최대공경은 제2 여재의 최대공경 보다 크고, 상기 제1 여재의 최다공경은 제2 여재의 최다공경 보다 작은 것을 특징으로 하는 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 여재의 최소공경은 제1 여재의 최다공경 보다 큰 것을 특징으로 하는 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 여재는 제2 여재의 내측에 배치되는 제3 여재를 더 포함하고,
    상기 제3 여재의 최다공경은 제2 여재의 최다공경보다 작은 것을 특징으로 하는 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 여재는 제1 여재 및 제2 여재의 사이에 배치되는 제4 여재를 더 포함하고,
    상기 제4 여재의 최다공경은 제2 여재의 최다공경보다 작은 것을 특징으로 하는 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 여재는 하기의 수학식 1에 따른 공경밀집도가 1.5㎛ 이하인 기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체;
    [수학식 1]
    Figure pat00004

  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 여재는 부직포인 것을 특징으로 하는 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 여재는 불소계, 폴리술폰계, 폴리아미드계, 폴리이미드계, 폴리에스테르계 및 올레핀계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 고분자화합물을 포함하는 나노섬유웹 또는 멤브레인인 것을 특징으로 하는 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2 여재는 상기 수학식 1에 따른 공경밀집도가 1.0㎛ 이하인 기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 여재의 최다공경은 0.5 ~ 1.8㎛이며, 제2 여재의 최다공경은 1.8 ~ 3.0㎛ 인 것을 특징으로 하는 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 여재의 최대공경은 3.0 ~ 10.0㎛이며, 제2 여재의 최대공경은 1.8 ~ 3.0㎛ 인 것을 특징으로 하는 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 필터부는 서로 인접하지 않도록 배치되는 복수개의 제2 여재를 포함하는 것을 특징으로 하는 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 제2 여재는 4개 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 입도별 여과효율이 개선된 필터집합체.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 필터집합체; 및
    상기 필터집합체를 하우징 하는 외부케이스; 를 포함하는 필터유닛.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 필터유닛은 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP) 공정용인 것을 특징으로 하는 필터유닛.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20200246732A1 (en) * 2017-09-29 2020-08-06 Research Cooperation Foundation Of Yeungnam University Fine particle separating apparatus
KR102489718B1 (ko) * 2022-02-08 2023-01-17 원현준 막 여과방식 멤브레인 필터 장치

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