Utječe li razina kontaminacije česticama PFA smole na rad grijača u DI vodi visoke-čistoće?

In high purity deionised (DI) water systems used in the manufacturing of semiconductors, pharmaceuticals and power generation, even trace particle contamination in the manufacturing of PFA heaters can damage water quality. PFA resin contains small particles of carbon black, catalyst residues and low molecular weight oligomers that can leach or shed into the DI water. Standard industrial grade PFA may contain particle counts of 10000-100000 particles per cm3 (size >0,2 um) PFA stupnjevi visoke čistoće mogu se proizvesti daljnjom filtracijom i ekstruzijom u čistim sobama<1,000 particles per cm³. For non-critical applications the distinction is insignificant. For the high purity DI water (resistivity of 18 MΩ•cm, used for wafer rinsing) the level of particle contamination from the PFA resin has a direct impact on heater performance in two ways: (1) particles shed into the water increase turbidity and reduce resistivity; (2) particles on the heater surface provide nucleation sites for bacterial growth and scale formation. Specify certified particle counted ultra high purity (UHP) PFA for critical DI systems.

Izvori i učinci onečišćenja česticama
U proizvodnji se čestice u PFA smolu uvode iz tri izvora: zaostalog katalizatora (spojevi kroma, aluminija), čađe iz obojenih vrsta i pokvarenog polimera (oligomeri). Tijekom ekstruzije grijača neke se čestice ugrađuju u PFA stijenku, a neke su izložene na površini. U DI vodnoj službi prisutna su dva mehanizma otpuštanja: (1) izravno odbacivanje: čestice labavo pričvršćene za površinu otpuštaju se u vodu; (2) ispiranje: voda difundira u PFA, prenoseći oligomere i ostatke katalizatora na površinu.

Effect on DI water quality: A 6 kW PFA heater (0.5 m² surface area, standard grade PFA) can discharge 10⁵–10⁶ particles (>0,1 µm) u spremniku vode od 1000 L DI tijekom 1000 sati. To povećava broj čestica s gotovo-nule na 100-1000 čestica/mL - neprihvatljivo za kupke za ispiranje poluvodiča (normalna granica<50 particles/mL >0,05 µm). Oslobađanje PFA ultra{2}}visoke-čistoće<10³ particles throughout the same period-negligible

Razine onečišćenja česticama prema stupnju PFA
PFA Grade Number of Particles (>0.2 µm/cm3 resin)Manufacturing Environment Typical Release Rate (particles/cm2-hour) in DI water at 80C Acceptable for DI Resistivity >18 MOhm-cm? Prijave
Industrijski/standardni 10.000–100.000 Kemijska obrada, obrada otpada 100 do 1.000 Standardni tvornički br.
Visoka čistoća 1.000-10.000 Čista soba (Klasa 10.000) 10-100 Marginalno (samo kratkotrajno) Farmaceutska hrana
Ultra-visoka-čistoća (UHP) 100–1000 Čista soba (klasa 100) 1-10 Da (s nadzorom) Poluvodički mokri stolovi
UHP, klasa-poluvodiča<100 Cleanroom (Class 10) 0.1-1 Yes (long-term) Critical wafer rinse
Elektro{0}}razred UHP<10 Cleanroom (Class 1) <0.1 Yes (best-in-class) Extreme UV lithography, sophisticated nodes
Terenski dokazi iz proizvodnje poluvodiča
An 18 MΩ·cm DI water recirculation loop (1,000 L, 80°C) in a semiconductor fab used standard grade PFA heaters. Within 500 hours, DI resistivity decreased to 15 MΩ·cm, particle counts increased to 200 particles/mL (>0,05 µm). Vaferi očišćeni ovom vodom pokazali su površinske nedostatke uzrokovane onečišćenjem česticama. Fabrika je promijenila grijače na UHP stupanj PFA (broj čestica < 500 po cm3). Otpornost je vraćena na 18 MΩ·cm, broj čestica bio je manji od 10 čestica/mL, a nedostaci ploče su eliminirani. Razlika u cijeni između normalnih i UHP grijača bila je 300 po grijaču (1000 naspram . 700), ali cijena bačenih serija pločica (700) učinila je UHP neophodnim (50 000 po događaju).

Površinske čestice i pogoršanje performansi
Čak i ako čestice ne padnu u vodu, one ugrađene na površinu PFA uzrokuju tri problema s izvedbom:

Nukleacija za rast bakterija: Bakterije se lijepe za površinske nesavršenosti u toploj DI vodi (70-80 stupnjeva). Čestice postaju sidrišne točke, biofilm se razvija brže i prijenos topline postaje lošiji.

Nukleacija za taloženje kamenca: Čestice silicijevog dioksida (uobičajene u DI vodi iz staklenih spremnika) lijepe se za površinske čestice i stvaraju tvrdi kamenac koji izolira grijač.

Povećana hrapavost površine: ugrađene čestice stvaraju mikro{0}}izbočine (Ra se povećava s 0,2 µm na 0,5-1,0 µm) Hrapave površine zadržavaju mjehuriće i stvaraju vruće točke, što rezultira češćim čišćenjem (vidi članak #91).

Za DI sustave visoke-čistoće razina kontaminacije česticama PFA smole nije samo specifikacija materijala, to je specifikacija izvedbe procesa.

Provjera i specifikacija
Navedite prilikom naručivanja PFA grijača za visokokvalitetnu uslugu DI vode:

Broj čestica: Maksimalni broj čestica po cm³ smole procijenjen dinamičkom analizom slike (DIA) ili zatamnjenjem svjetlosti (ASTM F658).<1,000 particles >0,2 µm za UHP,<100 for critical.

Metali koji se mogu ekstrahirati: ICP-MS nakon 48 h ispiranja u DI vodi na 80 stupnjeva. Fe, Cr, Ni, Cu, Zn<1 ppb each.

TOC koji se može isprati: ukupni organski ugljik nakon istog ispiranja Manje od 0,1 mg/L.

Hrapavost površine Ra<0.3 µm after extruding.

Proizvodno okruženje: Ekstruzija se mora izvoditi u čistoj -prostoriji (klasa 100 ili više).

Za postojeće grijače, izmjerite broj čestica DI vode uzvodno i nizvodno od grijača. Veliki porast ukazuje na rasipanje čestica.

Zaključak DI Kvaliteta vode pod utjecajem onečišćenja česticama
Razina kontaminacije česticama PFA smole izravno utječe na učinak grijača u DI vodi visoke-čistoće. Standardni industrijski PFA (10 000-100 000 čestica/cm^3) oslobađa dovoljno čestica da ošteti kvalitetu vode od 18 MΩ*cm DI što uzrokuje kvarove na pločici i manji otpor. Mokri stolovi poluvodiča i drugi važni DI sustavi zahtijevaju PFA ultra-visoke-čistoće (manje od 1000 čestica/cm³). Standardni PFA prikladan je za nekritične DI (npr. pranje laboratorija, rashladni tornjevi). Troškovna premija UHP PFA (30-100%) opravdana je cijenom kontaminiranih incidenata. Nevidljive čestice su uzrok očitih nedostataka u DI vodi. Definirajte čistoću, osigurajte čistoću, zaštitite svoju robu. Kupka se možda čini čistom, ali čestice govore pravu priču. Uzmi njihove mjere. Imenuj ih. Stavite ih pod kontrolu