Imperativ{0}}slobodne čestice
Megasonični alati za čišćenje uklanjaju sub-mikronske čestice sa silicijumskih pločica koristeći visoko-akustičnu energiju visoke frekvencije u ultra-čistoj DI vodi. Proces čišćenja je samo onoliko čist koliko i voda koju koristi. Izmjenjivač topline koji održava temperaturu vode ne smije dodavati čestice, ispirati organski ugljik ili unositi ionsku kontaminaciju.
Blok grafitni izmjenjivači topline se koriste u mnogim primjenama kemijske obrade zbog svoje odlične toplinske provodljivosti i otpornosti na koroziju. Nepropusni grafit, impregniran fenolnom ili furanskom smolom, dobro podnosi kiseline i efikasno prenosi toplotu. U DI vodovodnoj službi, međutim, grafit predstavlja rizik od kontaminacije koji je u suprotnosti sa zahtjevima megazvučnog čišćenja.
PTFE izmjenjivači topline postali su standard za ovu primjenu jer eliminišu mehanizme ispiranja čestica i organskih tvari svojstvene grafitu. Odabir je vođen zahtjevima kontrole kontaminacije, a ne termičkim performansama.
Problem čestica grafita i TOC-a
Blok grafit je kompozitni materijal. Grafitne čestice su vezane zajedno sa smolom impregnacijom koja ispunjava prirodnu poroznost. U tekućoj DI vodi, nekoliko mehanizama za otpuštanje radi kontinuirano.
Mehanička erozija oslobađa čestice grafita sa površine. DI voda, uprkos svojoj čistoći, je efikasan rastvarač koji može polako razgraditi smolu impregnaciju na površini vode{1}}smole. Kako smola lagano bubri pri upijanju vode, čestice grafita na površini postaju manje čvrsto vezane i mogu se pustiti u vodu koja teče.
Potpuno ispiranje organskog ugljika je podmukliji problem. Impregnacija smole-bez obzira da li je fenolna ili furanska-sadrži organska jedinjenja koja se polako ispiraju u vodu visoke{3}}čistoće. Na nivoima detekcije-po-milijardi dijelova koji se koriste u proizvodnji poluprovodnika, ovo organsko ispiranje je mjerljivo i neprihvatljivo. Nivoi TOC-a iznad 1-2 ppb mogu uticati na čistoću površine pločice i kasnije korake procesa.
Razgradnja smole također stvara površinsku mikro{0}}hrapavost na kojoj se bakterije mogu kolonizirati. U toplom, vlažnom okruženju DI vodene petlje za recirkulaciju, formiranje biofilma na grafitnim površinama je dokumentovan problem koji zahtijeva periodičnu sanitaciju.
Tabela 1: Poređenje kontaminacije u DI recirkulaciji vode na 40 stepeni
| Parametar kontaminacije | Blok grafit (fenolna smola) | PTFE |
|---|---|---|
| Particle shedding (>0.1 μm) | 50-200 čestica/mL (početno); 20-50 (starosti) | < 5 particles/mL |
| Ispiranje TOC-a (ppb) | 5-20 (početni); 2-10 (starosti) | < 0.5 |
| Jonska kontaminacija | Metali u tragovima iz grafitnog pepela | Nema (bez metalnih sastojaka) |
| Potencijal formiranja biofilma | Umjereno (hrapavost površine) | Vrlo niska (glatka, hidrofobna) |
| Hrapavost površine (Ra, μm) | 1.0-3.0 | 0.1-0.3 |
| Potrebna učestalost dezinfekcije | 3-6 mjeseci | 12+ mjeseci |
PTFE: Inherentna čistoća za ultra{0}}čistu vodu
PTFE ne sadrži impregnaciju smole, nema čestica grafita i metalnog pepela. Materijal je 100% fluoropolimer. U DI vodi ne postoji mehanizam ispiranja jer je polimer nerastvorljiv i hemijski zasićen.
Izbacivanje čestica iz PTFE-a je zanemarljivo. Površina je glatka na sub-mikronskoj skali i ostaje glatka tokom cijelog vijeka trajanja. Nema čestica za oslobađanje jer je materijal homogen i ne razgrađuje se u vodi.
Ispiranje TOC-a iz čistog PTFE je ispod 0,5 ppb, često ispod analitičkih granica detekcije. Veze ugljenika-fluora su termodinamički stabilne u vodi. Nema reakcije hidrolize, nema oksidacije i rastvaranja. Materijal doprinosi u suštini nula organskog ugljika DI vodenoj petlji.
Jonska kontaminacija je po definiciji nula. PTFE sadrži samo ugljenik i fluor. Nema metalnih elemenata za ispiranje. Fabrike poluprovodnika mjere kontaminaciju metala u dijelovima na trilion; PTFE ne može doprinijeti ni na kojem detektivnom nivou.
Termičke performanse{0}}off
Toplotna provodljivost blok grafita od 80-120 W/m·K daleko premašuje PTFE od 0,25 W/m·K. Grafitni izmjenjivač topline za datu funkciju je manji od PTFE ekvivalenta. U prostorno ograničenom okruženju megazvučnog alata, ova prednost u veličini je značajna.
PTFE kompenzuje kroz tanke{0}}cijevne cijevi i-površine-konfiguracije velike površine. Izmjenjivač topline je veličine da stane u raspoloživi prostor alata. Zamjena termičkih performansi-od-većeg otiska za apsolutnu kontrolu kontaminacije-je prihvaćena jer se o specifikacijama čestica i TOC-a ne može pregovarati{8}}.
Rezime
Inženjeri poluprovodnika biraju PTFE izmjenjivače topline umjesto blok grafita za DI recirkulaciju vode u megasoničnim alatima za čišćenje jer PTFE eliminiše osipanje čestica, ispiranje TOC-a i mehanizme jonske kontaminacije svojstvene smolama-impregniranim grafitnim kompozitima. Zahtjevi za kontrolu kontaminacije za čišćenje sub-mikronskih pločica zahtijevaju čistoću materijala koju grafit ne može pružiti.
Prednost toplotne provodljivosti grafita je sekundarna u odnosu na imperativ kontrole kontaminacije. Nešto veći otisak PTFE-a za ekvivalentnu toplinsku energiju je prihvaćena-zamjena za garanciju DI grijanja vode bez čestica-bez TOC{{3}bez metala-.
Inženjerska analiza za dimenzioniranje PTFE izmjenjivača topline u specifičnim aplikacijama megazvučnog alata za čišćenje dostupna je nakon podnošenja DI brzine protoka vode, ciljne temperature, dostupnog prostora za instalaciju i specifikacija čestica/TOC.
