Влияет ли уровень загрязнения частиц смолы PFA на работу нагревателя в деионизированной воде высокой-чистоты?

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) Марки PFA высокой чистоты могут быть произведены с последующей фильтрацией и экструзией в чистых помещениях 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.

Источники и последствия загрязнения частицами
В производстве частицы в смолу ПФА поступают из трех источников: остаточного катализатора (соединения хрома, алюминия), технического углерода из цветных марок и испорченного полимера (олигомеров). Во время экструзии нагревателя некоторые частицы внедряются в стенку PFA, а некоторые выходят на поверхность. В системах водоснабжения с децентрализованным водоснабжением присутствуют два механизма высвобождения: (1) прямое осыпание: частицы, слабо прикрепленные к поверхности, выбрасываются в воду; (2) выщелачивание: вода диффундирует в ПФА, перенося олигомеры и остатки катализатора на поверхность.

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) в резервуаре для деионизированной воды емкостью 1000 л в течение 1000 часов. Это увеличивает количество частиц с почти -нуля до 100-1000 частиц/мл, что неприемлемо для ванн для промывки полупроводников (нормальный предел).<50 particles/mL >0,05 мкм). Выпуски PFA сверх-высокой-чистоты<10³ particles throughout the same period-negligible

Уровни загрязнения частиц по классам 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? Приложения
Промышленный/Стандартный 10 000–100 000 Химическая переработка, переработка отходов 100–1 000 Стандартный завод Нет
Высокая степень чистоты 1 000–10 000 Чистая комната (класс 10 000) 10–100 Незначительная (только краткосрочная продолжительность) Фармацевтическая пищевая промышленность
Сверх-высокая-чистота (UHP) 100–1000Чистые помещения (класс 100) 1–10 Да (с мониторингом) Полупроводниковые мокрые стенды
UHP, полупроводниковый-класс<100 Cleanroom (Class 10) 0.1-1 Yes (long-term) Critical wafer rinse
Электронный-класс UHP<10 Cleanroom (Class 1) <0.1 Yes (best-in-class) Extreme UV lithography, sophisticated nodes
Полевые данные из производства полупроводников
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). На пластинах, очищенных этой водой, были обнаружены дефекты поверхности, вызванные загрязнением частицами. На заводе заменены нагреватели на ПФА марки UHP (количество частиц < 500/см3). Сопротивление восстановлено до 18 МОм·см, количество частиц стало менее 10 частиц/мл, дефекты пластины устранены. Разница в стоимости между обычными нагревателями и нагревателями UHP составляла 300 за нагреватель (1000 против . 700), но стоимость выброшенных партий пластин (700) делала необходимой UHP (50 000 за событие).

Поверхностные частицы и ухудшение характеристик
Даже если частицы не попадают в воду, частицы, попавшие на поверхность PFA, вызывают три проблемы с производительностью:

Зародышеобразование для роста бактерий: Бактерии прикрепляются к дефектам поверхности в теплой деионизированной воде (70-80 градусов). Частицы становятся опорными точками, биопленка развивается быстрее, а теплообмен ухудшается.

Образование отложений накипи: Частицы кремнезема (часто встречающиеся в деионизированной воде из стеклянных резервуаров) прилипают к поверхностным частицам, образуя твердую накипь, изолирующую нагреватель.

Увеличение шероховатости поверхности: внедренные частицы образуют микро-выступы (Ra увеличивается с 0,2 мкм до 0,5–1,0 мкм). На шероховатых поверхностях остаются пузырьки и образуются горячие точки, что приводит к более частой очистке (см. статью № 91).

Для систем DI высокой-чистоты уровень загрязнения частицами смолы PFA — это не только характеристика материала, но и характеристика процесса.

Проверка и спецификация
При заказе нагревателей PFA для высококачественной деионизированной воды укажите:

Количество частиц: максимальное количество частиц на см³ смолы, определенное с помощью динамического анализа изображений (DIA) или затемнения света (ASTM F658).<1,000 particles >0,2 мкм для UHP,<100 for critical.

Экстрагируемые металлы: ICP-MS после 48-часового выщелачивания в деионизированной воде при 80 градусах. Fe, Cr, Ni, Cu, Zn<1 ppb each.

Выщелачиваемые TOC: Общее количество органического углерода после того же выщелачивания Менее 0,1 мг/л.

Шероховатость поверхности Ra<0.3 µm after extruding.

Производственная среда: экструзия должна выполняться в чистом-помещении (класс 100 или выше).

Для существующих нагревателей измерьте количество частиц деионизированной воды перед и после нагревателя. Большой подъем предполагает выпадение частиц.

Выводы DI На качество воды влияет загрязнение частицами
Уровень загрязнения частицами смолы PFA напрямую влияет на эффективность нагревателя в деионизированной воде высокой-чистоты. Стандартный промышленный PFA (10 000-100 000 частиц/см^3) выделяет достаточно частиц, чтобы повредить качество деионизированной воды с сопротивлением 18 МОм*см, что приводит к дефектам пластин и снижению удельного сопротивления. Для полупроводниковых мокрых стендов и других важных систем DI требуется PFA сверх-высокой-чистоты (менее 1000 частиц/см³). Стандартный PFA подходит для некритических DI (например, лабораторная мойка, градирни). Надбавка к стоимости UHP PFA (30–100%) оправдана стоимостью аварий, связанных с загрязнением. Невидимые частицы являются причиной очевидных дефектов деионизированной воды. Определите чистоту, обеспечьте чистоту, защитите свои товары. Ванна может показаться чистой, но частицы говорят правду. Снимите с них мерки. Назовите их. Возьмите их под контроль