Нивото на замърсяване с частици на PFA смолата влияе ли на работата на нагревателя във висока{0}}чистота DI вода?

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) Класове PFA с висока чистота могат да бъдат произведени с по-нататъшно филтриране и екструдиране в чисти помещения до<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.

Източници и ефекти от замърсяване с частици
При производството частиците в PFA смолата се въвеждат от три източника: остатъчен катализатор (хром, алуминиеви съединения), сажди от цветни сортове и повреден полимер (олигомери). По време на екструдирането на нагревателя някои частици се вграждат в стената на PFA, а други се показват на повърхността. При DI водоснабдяването са налице два механизма за освобождаване: (1) директно отделяне: частици, хлабаво прикрепени към повърхността, се освобождават във водата; (2) излугване: водата дифундира в PFA, транспортирайки олигомери и остатъци от катализатор към повърхността.

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) в резервоар за вода от 1000 L DI в продължение на 1000 часа. Това повишава броя на частиците от почти-нула до 100-1000 частици/mL – неприемливо за вани за изплакване на полупроводници (нормална граница<50 particles/mL >0,05 µm). Изпускания на PFA с ултра{2}}висока{3}}чистота<10³ particles throughout the same period-negligible

Нива на замърсяване с частици по клас 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? Приложения
Индустриален/Стандартен 10 000–100 000 Химическа обработка, обработка на отпадъци 100 до 1 000 Стандартен фабричен номер
Висока чистота 1 000-10 000 Чиста стая (клас 10 000) 10-100 Маргинална (само кратка продължителност) Фармацевтична храна
Ултра{0}}висока-чистота (UHP) 100–1000 Чиста стая (клас 100) 1-10 Да (с мониторинг) Полупроводникови мокри пейки
UHP, полупроводников-клас<100 Cleanroom (Class 10) 0.1-1 Yes (long-term) Critical wafer rinse
Електронен{0}}клас UHP<10 Cleanroom (Class 1) <0.1 Yes (best-in-class) Extreme UV lithography, sophisticated nodes
Теренни доказателства от производството на полупроводници
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). Вафлите, почистени с тази вода, показаха дефекти по повърхността, причинени от замърсяване с частици. Фабриката смени нагревателите на UHP клас PFA (брой на частиците < 500 на cm3). Съпротивлението е възстановено до 18 MΩ·cm, броят на частиците е по-малък от 10 частици/mL и дефектите на пластините са елиминирани. Разликата в разходите между нормалните и UHP нагреватели беше 300 на нагревател (1000 срещу . 700), но цената на изхвърлените партиди вафли (700) направи необходимите UHP (50 000 на събитие).

Повърхностни частици и влошаване на производителността
Дори ако частиците не се отделят във водата, тези, вградени върху повърхността на PFA, причиняват три проблема с производителността:

Нуклеация за бактериален растеж: Бактериите се придържат към повърхностни несъвършенства в топла DI вода (70-80 градуса). Частиците се превръщат в опорни точки, биофилмът се развива по-бързо и преносът на топлина се влошава.

Нуклеация за отлагане на котлен камък: Частиците силициев диоксид (често срещани в DI вода от стъклени резервоари) се придържат към повърхностните частици, за да образуват твърд котлен камък, изолиращ нагревателя.

Увеличаване на грапавостта на повърхността: Вградените частици образуват микро-издатини (Ra се увеличава от 0,2 µm до 0,5-1,0 µm) Грапавите повърхности задържат мехурчета и създават горещи точки, което води до по-често почистване (вижте Статия №91).

За DI системи с висока{0}}чистота нивото на замърсяване с частици на PFA смолата не е само спецификация на материала, това е спецификация на ефективността на процеса.

Проверка и спецификация
Посочете, когато поръчвате PFA нагреватели за висококачествена DI водна услуга:

Брой частици: Максималният брой частици на cm³ смола, оценен чрез динамичен анализ на изображението (DIA) или светлинно затъмнение (ASTM F658).<1,000 particles >0,2 µm за UHP,<100 for critical.

Екстрахируеми метали: ICP-MS след 48 часа излужване в DI вода при 80 градуса. Fe, Cr, Ni, Cu, Zn<1 ppb each.

TOC излугвания: Общ органичен въглерод след същото излугване По-малко от 0,1 mg/L.

Грапавост на повърхността Ra<0.3 µm after extruding.

Производствена среда: Екструдирането трябва да е извършено в чиста -стая (клас 100 или по-висок).

За съществуващи нагреватели, измерете броя на DI водните частици преди и след нагревателя. Голямото покачване предполага отделяне на частици.

Заключение DI Качество на водата, повлияно от замърсяване с частици
Нивото на замърсяване с частици на PFA смолата пряко влияе върху работата на нагревателя във висока-чиста DI вода. Стандартният индустриален PFA (10 000-100 000 частици/cm^3) освобождава достатъчно частици, за да увреди качеството на водата с 18 MΩ*cm DI, което причинява дефекти на пластините и по-ниско съпротивление. Полупроводникови мокри стендове и други важни DI системи изискват PFA с ултра-висока-чистота (по-малко от 1000 частици/cm³). Стандартният PFA е подходящ за некритичен DI (напр. лабораторно измиване, охладителни кули). Разходната премия на UHP PFA (30-100%) е оправдана от цената на замърсени инциденти. Невидимите частици са причина за очевидни недостатъци в DI водата. Определете чистотата, осигурете чистотата, защитете вашите стоки. Ваната може да изглежда чиста, но частиците разказват истинската история. Вземете им мерките. Назовете ги. Вземете ги под контрол