Чи впливає рівень забруднення частинками смоли PFA на продуктивність нагрівача у воді високої-чистості DI?

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 мкм) PFA високої чистоти можна виробляти з подальшою фільтрацією та екструзією в чистих приміщеннях для<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.

Джерела та наслідки забруднення частинками
У виробництво частинки в смолу PFA вводяться трьома джерелами: залишковим каталізатором (з’єднання хрому, алюмінію), технічним вуглецем із кольорових сортів і зіпсованим полімером (олігомери). Під час екструзії нагрівача деякі частинки вбудовуються в стінку PFA, а деякі виявляються на поверхні. У системі водопостачання DI присутні два механізми вивільнення: (1) пряме осипання: частинки, нещільно прикріплені до поверхні, вивільняються у воду; (2) вилуговування: вода дифундує в PFA, транспортуючи олігомери та залишки каталізатора на поверхню.

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 мкм) у резервуарі для води 1000 л DI протягом 1000 годин. Це підвищує кількість частинок від майже-нуля до 100-1000 частинок/мл, що є неприйнятним для ванн для промивання напівпровідників (нормальна межа<50 particles/mL >0,05 мкм). Вивільнення PFA над-високої{3}}чистоти<10³ particles throughout the same period-negligible

Рівні забруднення частинками за класом 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 МОм-см? Додатки
Промисловий/стандартний 10 000–100 000 Хімічна обробка, переробка відходів 100–1 000 Стандартний заводський №
Висока чистота 1 000-10 000 Чиста кімната (Клас 10 000) 10-100 Гранична (тільки короткий термін) Фармацевтична їжа
Над-висока-чистота (UHP) 100–1000 Чисте приміщення (Клас 100) 1–10 Так (з моніторингом) Напівпровідникові мокрі стенди
UHP, клас напівпровідників-<100 Cleanroom (Class 10) 0.1-1 Yes (long-term) Critical wafer rinse
Електрон{0}}клас UHP<10 Cleanroom (Class 1) <0.1 Yes (best-in-class) Extreme UV lithography, sophisticated nodes
Польові дані з виробництва напівпровідників
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 мкм). Пластини, очищені цією водою, показали дефекти поверхні, спричинені забрудненням частинками. Фабрика змінила нагрівачі на PFA класу UHP (кількість частинок < 500 на см3). Питомий опір відновлено до 18 МОм·см, кількість частинок була меншою за 10 частинок/мл, а дефекти пластини були усунені. Різниця у вартості між звичайними нагрівачами та нагрівачами UHP становила 300 на нагрівач (1000 проти . 700), але вартість утилізованих партій пластин (700) робила необхідним UHP (50 000 на подію).

Поверхневі частинки та погіршення продуктивності
Навіть якщо частинки не потрапляють у воду, ті, що знаходяться на поверхні PFA, викликають три проблеми з продуктивністю:

Зародження для росту бактерій: бактерії прилипають до поверхневих дефектів у теплій DI воді (70-80 градусів). Частинки стають опорними точками, біоплівка розвивається швидше, а тепловіддача погіршується.

Зародження для відкладення накипу: частинки кремнезему (поширені у DI воді зі скляних резервуарів) прилипають до поверхневих частинок, утворюючи твердий накип, який ізолює нагрівач.

Збільшення шорсткості поверхні: вбудовані частки утворюють мікро-виступи (Ra збільшується з 0,2 мкм до 0,5-1,0 мкм). Шорсткі поверхні зберігають бульбашки та утворюють гарячі плями, що призводить до більш частого чищення (див. статтю №91).

Для високо{0}}чистих систем DI рівень забруднення частинками смоли PFA є не лише специфікацією матеріалу, а й характеристикою процесу.

Перевірка та специфікація
При замовленні нагрівачів PFA для якісного водопостачання DI вказуйте:

Кількість частинок: максимальна кількість частинок на см³ смоли, оцінена за допомогою динамічного аналізу зображення (DIA) або затемнення світла (ASTM F658).<1,000 particles >0,2 мкм для UHP,<100 for critical.

Метали, які можна екстрагувати: ICP-MS після 48 годин вилуговування у DI воді при 80 градусах. Fe, Cr, Ni, Cu, Zn<1 ppb each.

TOC, що вимивається: Загальний вміст органічного вуглецю після такого ж вилуговування Менше 0,1 мг/л.

Шорсткість поверхні Ra<0.3 µm after extruding.

Виробниче середовище: екструзію слід проводити в чистому-приміщенні (клас 100 або вище).

Для існуючих нагрівачів виміряйте кількість частинок води DI перед і після нагрівача. Значне підвищення свідчить про випадання частинок.

Висновок DI Якість води під впливом забруднення частинками
Рівень забруднення частинками смоли PFA безпосередньо впливає на продуктивність нагрівача у воді високої-чистості DI. Стандартний промисловий PFA (10 000-100 000 частинок/см^3) вивільняє достатню кількість частинок, щоб пошкодити якість води 18 МОм*см DI, що спричиняє дефекти пластин і нижчий питомий опір. Для напівпровідникових мокрих стендів та інших важливих систем DI потрібен PFA над-високої-чистоти (менше 1000 частинок/см³). Стандартний PFA підходить для некритичних DI (наприклад, промивання лабораторії, градирні). Надбавка до вартості UHP PFA (30-100%) виправдана вартістю забруднених інцидентів. Невидимі частинки є причиною очевидних недоліків у воді з діоногенним вмістом. Визначте чистоту, забезпечте чистоту, захистіть свої товари. Ванна може здаватися чистою, але частинки розповідають справжню історію. Зніміть їх мірки. Назвіть їх. Візьміть їх під контроль