Koja su razmatranja za grijaće ploče koje se koriste u čistim prostorima?

Čak i sitne čestice ili isparene pare mogu uništiti proizvod u poluvodičkim, farmaceutskim ili zrakoplovnim čistim sobama. Grijaće ploče koje se koriste u takvim situacijama trebale bi biti proizvedene od materijala i završnih obrada koje minimiziraju rizik od kontaminacije i pružaju preciznu toplinsku izvedbu. Konvencionalne industrijske grijaće ploče mogu se ljuštiti od čestica, ispuštati hlapljive kemikalije ili zagađivače u površinskim nesavršenostima, a sve je to neprikladno u reguliranim situacijama. Svaki izbor dizajna grijaćih ploča-kompatibilnih s čistim sobama je namjeran.

Grijaće ploče za čiste prostorije Glavne opasnosti od kontaminacije
Grijaće ploče su relevantne za tri glavna mehanizma kontaminacije:

Stvaranje čestica: slobodne čestice s metalnih površina, premaza ili pokretnih dijelova prenose se zrakom i talože se na osjetljivim proizvodima.

Otplinjavanje - Organske hlapljive tvari (VOC) ili druge pare nastale iz materijala na povišenim temperaturama kondenziraju se na površinama ili mijenjaju kemiju procesa.

Hvatanje površinske kontaminacije. Grube ili porozne površine pohranjuju čestice i teško ih je očistiti, što uzrokuje unakrsnu-kontaminaciju u serijama.

Izbor materijala, završna obrada površine i brtvljenje komponenti moraju biti prilagođeni za svaku od ovih prijetnji.

Auswahl von Materialien für Reinraum-Heizplatten
Odabir materijala je diktiran potrebom za niskim raspadanjem čestica, otpornošću na koroziju i niskim ispuštanjem plinova. Općenito navedeni materijali su sljedeći.

Nehrđajući čelik (poželjno 316L)
Među grijaćim pločama za čiste prostore, nehrđajući čelik, a posebno stupanj 316L (niskougljični) je najčešći materijal koji se koristi. Visoko je otporan na koroziju, s velikom mehaničkom čvrstoćom i relativno malim stvaranjem čestica. Ali nehrđajući čelik ne stvara meku oksidnu prevlaku koja se ljušti kao aluminij. Austenitni stupnjevi (304, 316) nisu-magnetni u žarenom obliku za primjene kojima je potrebna magnetska neutralnost.

Prianjanje čestica može se dodatno smanjiti pasiviranjem ili elektropoliranjem površine nehrđajućeg čelika. Pasivacija eliminira slobodno željezo s površine, a elektropoliranje nudi mikroreflektirajući, glatki završni sloj otporan na kontaminaciju. Za primjenu u čistim sobama obično je potreban nehrđajući čelik 316L s elektropoliranom završnom obradom (Ra manji od ili jednak 0,5 µm).

Aluminij (ograničena upotreba)
Zbog svoje visoke toplinske vodljivosti, aluminijske grijaće ploče povremeno se koriste u čistim sobama-nižeg stupnja (ISO klasa 7 ili 8). Međutim, aluminij ima određena ograničenja. Mekši je od nehrđajućeg čelika, skloniji raspadanju čestica, a anodizirani premazi mogu se ljuštiti ili ljuštiti. Ako idete s aluminijem, tvrda anodizirana prevlaka (tip III) s odgovarajućim brtvljenjem može biti odgovarajuća, ali elektropolirani nehrđajući čelik još uvijek je bolji izbor za kritične uvjete.

Polimerizacija PTFE i drugih fluoropolimera
PTFE je općenito kompatibilan s čistim sobama ako se pravilno tretira. Kemijski je inertan, ne ispušta značajno plin na temperaturama ispod 260 stupnjeva i ima nizak koeficijent trenja, što smanjuje proizvodnju čestica iz kontakta. Ali PTFE premazi na metalnim površinama zahtijevaju pozornost. Loše vezan PTFE premaz može se raslojiti ili ljuštiti, stvarajući čestice. Potrebni su visokokvalitetni PTFE premazi naneseni raspršivanjem s hrapavom podlogom ili temeljnim slojem. Alternativno, čvrste PTFE ploče (bez potpore) mogu se koristiti za grijanje čistih prostorija pri niskim temperaturama, međutim toplinska vodljivost je slaba.

Zahtjevi za završnu obradu površine
Završna obrada površine ploče za grijanje čistih prostorija izravno utječe na zadržavanje čestica i mogućnost čišćenja. Glatka površina ima manje pukotina u kojima se čestice mogu zadržati i lakše ju je obrisati otapalima ili maramicama za čiste prostorije.

Elektropolirana završna obrada - Zlatni standard za ploče za grijanje čistih prostorija. Elektropoliranjem se uklanja tanak sloj metala, izravnavajući sitne vrhove i doline. Elektropolirana ploča od nehrđajućeg čelika postiže hrapavost površine (Ra) od samo 0,1–0,4 µm. Postupkom se također stvara sloj oksida bogat kromom koji je otporan na koroziju i prianjanje čestica.

Pasivirana završna obrada - Kemijski tretman koji uklanja slobodno željezo i obnavlja sloj pasivnog oksida. Pasivacija ne smanjuje uvelike hrapavost površine, ali smanjuje vjerojatnost elektrostatskog ili kemijskog prianjanja čestica.

Mehaničko poliranje - Prihvatljivo za manje zahtjevne čiste sobe. Mehaničko poliranje (npr. završni sloj #4) postiže Ra od 0,5–1,0 µm, ali može ostaviti usmjerene ogrebotine koje zadržavaju čestice. Elektropoliranje se preferira u odnosu na samo mehaničko poliranje.

Grube, valjane ili lijevane površine nisu prikladne za grijaće ploče za čiste prostorije.

Kontrola ispuštanja plinova na povišenim temperaturama
Grijaće ploče rade na povišenim temperaturama, što potiče ispuštanje hlapljivih kemikalija. Svi materijali korišteni u sklopu ploče-uključujući ljepila, maziva, izolaciju žica, materijale za toplinsko sučelje i brtve za brtvljenje-moraju imati nisko ispuštanje plinova.

NASA ASTM E595 standard opsežno je priznat za kompatibilnost s čistim sobama. Ovaj test procjenjuje ukupni gubitak mase (TML) i sakupljeni hlapljivi materijal koji se kondenzira (CVCM) iz tvari izložene vakuumu i toplini. Za grijaće ploče za čiste prostorije općenito su prikladni materijali koji imaju TML < 1,0% i CVCM < 0,1%.

Specifične komponente koje zahtijevaju certifikat za nisko ispuštanje plinova uključuju:

Izolacija žice - Žice izolirane PTFE ili poliimidom (Kapton) preporučuju se umjesto PVC-a ili konvencionalnog polietilena.

Materijali toplinskog sučelja - Jastučići na bazi grafita ili silikonske ploče ispunjene keramikom- s niskim stupnjem ispuštanja plinova.

Ljepila - Epoksidi razvijeni za rad s visokim vakuumom (npr. EpoTek H77) koriste se za pričvršćivanje senzora.

Maziva - Ako su prisutni pokretni dijelovi (npr. vijci za izravnavanje), preporučuju se perfluoropolieterske (PFPE) masti kao što su Fomblin ili Krytox.

Ključno je izbjegavati tipične industrijske trake, termoskupljajuće cijevi s ljepljivim oblogama i masti na bazi ugljikovodika.

Dizajn brtvljenja i kućišta
Električni priključci, senzori temperature i terminali grijača moraju biti zaštićeni kako bi se spriječilo stvaranje čestica iz unutarnjih komponenti. Grijaća ploča za čistu sobu obično sadrži zatvorenu razvodnu kutiju ili kućište terminala sa sljedećim značajkama:

Zaštita od prodora IP65 ili više - Nepropusno za prašinu i zaštićeno od vodenih mlazova. IP65 osigurava da čestice nastale unutar kućišta (npr. od kontakata releja ili abrazije žice) ne pobjegnu u čistu sobu.

Glatke vanjske površine - Kućište bi trebalo imati zaobljene kutove i polirani završni sloj kako bi se uklonilo zadržavanje čestica.

Hermetički prolazi - Gdje žice prolaze kroz zid kućišta, kompresijski ili staklom zatvoreni prolazi sprječavaju curenje.

Pročišćavanje pozitivnim tlakom (opcionalno) - U bitnim primjenama, kućište se može pročistiti čistim suhim zrakom ili dušikom kako bi se zajamčilo ispuštanje svih čestica iznutra kroz filtar, a ne u čistu sobu.

Kontrolni popis dizajna grijaće ploče za čistu sobu
Sljedeći popis za provjeru pokriva glavna pitanja za dizajn ploče za grijanje čistih prostorija.

Zahtjevi za kategoriju Tipično rješenje
Materijal ploče Nisko rasipanje čestica, otporan na koroziju Nehrđajući čelik 316L
Površinska obrada Glatka, laka za čišćenje, otporna na ljepljivost Elektropolirana (Ra manje od ili jednako 0,4 µm) ili pasivirana
Otplinjavanje TML < 1,0%, CVCM < 0,1% po ASTM E595 PTFE izolaciji žice; ljepila s malim ispuštanjem plinova; PFPE maziva
Premazi (ako se koriste) Bez ljuštenja, raslojavanja ili otpuštanja čestica Visokokvalitetni PTFE s temeljnim premazom; ili goli nehrđajući čelik
Električno kućište Nepropusno za prašinu; bez emisije čestica IP65 ili IP67 ocijenjeno; glatke vanjske površine; hermetički prolazi
Pričvršćivači Nema labavih čestica od navoja Pričvrsni vijci; ili hardver za zaključavanje koji se ne raspada
Mogućnost čišćenja Kompatibilno s maramicama za čiste sobe i otapalima Nema oštrih kutova, pukotina ili poroznih površina
Proizvodnja i montaža u čistim uvjetima
Montaža grijaće ploče za čistu sobu treba se dovršiti u čistom okruženju. Čišćenje i pakiranje nakon montaže ključni su. Nakon završne montaže, ploča je obično:

Ultrazvučno očišćeno u deioniziranoj vodi ili odgovarajućoj otopini

Isprati izopropilnim alkoholom

Suši se u laminarnoj pećnici

Dvostruko pakirano u polietilenske ili antistatičke vrećice za čiste prostorije

Za svako rukovanje tijekom postavljanja moraju se koristiti rukavice kompatibilne s čistim prostorima kako bi se izbjeglo širenje ulja ili čestica na površinu ploče.

Uobičajene zamke koje treba izbjegavati
Korištenje aluminijskih ploča s anodiziranim premazima - Anodizirani slojevi mogu se slomiti pod toplinskim ciklusima, oslobađajući abrazivne čestice.

Primjena tipičnih silikonskih RTV brtvila - Mnoga silikonska brtvila ispuštaju siloksane niske molekularne težine koji mogu kontaminirati optičke ili elektroničke površine.

Ugradnja nezabrtvljenih priključnih kutija - Tipično NEMA 1 kućište omogućuje izlaz čestica i treba ga zamijeniti kutijom s oznakom IP65.

Zanemarivanje čistoće pričvršćivača - Standardni pocinčani vijci raspršuju čestice; potrebni su vijci od nehrđajućeg čelika s pasiviranim površinama.

Zaključak
Grijaće ploče za čiste prostorije zahtijevaju posebnu pozornost na materijale, premaze, kvalitetu ispuštanja plinova i brtvljenje kako bi se očuvala čistoća okoliša. Nehrđajući čelik 316L s elektropoliranom ili pasiviranom površinom odabrani je materijal zbog minimalnog odvajanja čestica i otpornosti na koroziju. PTFE se može koristiti kao premaz ili kao čvrsta ploča samo ako se nanosi bez opasnosti od ljuštenja. Sva električna kućišta moraju biti zabrtvljena na IP65 ili više, a sve nemetalne komponente (izolacija žice, ljepila, maziva) moraju zadovoljavati standarde niske emisije plinova kao što je NASA ASTM E595. Kontrola onečišćenja proteže se na svaku komponentu u procesu-od materijala ploče do masti na navoju vijka. Ispravno konstruirana grijaća ploča za čiste prostore nudi preciznu kontrolu topline bez ugrožavanja okoliša bez čestica koji je potreban za proizvodnju poluvodiča, farmaceutsku i zrakoplovnu proizvodnju.