Imperativ-bez čestica
Megasonic alati za čišćenje uklanjaju sub{0}}mikronske čestice sa silicijskih pločica pomoću visoko-frekventne akustične energije u ultra-čistoj DI vodi. Proces čišćenja je onoliko čist koliko i voda koja se koristi. Izmjenjivač topline koji održava temperaturu vode ne smije dodavati čestice, ispirati organski ugljik ili unositi ionsku kontaminaciju.
Blok grafitni izmjenjivači topline koriste se u mnogim aplikacijama kemijske obrade zbog svoje izvrsne toplinske vodljivosti i otpornosti na koroziju. Nepropusni grafit, impregniran fenolnom ili furanskom smolom, dobro podnosi kiseline i učinkovito prenosi toplinu. U opskrbi DI vodom, međutim, grafit predstavlja rizik od kontaminacije koji je u sukobu sa zahtjevima megasoničnog čišćenja.
PTFE izmjenjivači topline postali su standard za ovu primjenu jer eliminiraju mehanizme ispiranja čestica i organskih tvari svojstvene grafitu. Odabir je vođen zahtjevima kontrole kontaminacije, a ne toplinskim svojstvima.
Grafitne čestice i problem TOC-a
Blok grafit je kompozitni materijal. Čestice grafita međusobno su spojene pomoću smole za impregnaciju koja ispunjava prirodnu poroznost. U tekućoj DI vodi, nekoliko mehanizama za otpuštanje radi kontinuirano.
Mehanička erozija oslobađa čestice grafita s površine. DI voda, unatoč svojoj čistoći, učinkovito je otapalo koje može polagano razgraditi smolu za impregnaciju na međusklopu vode-smole. Kako smola lagano bubri zbog upijanja vode, čestice grafita na površini postaju slabije vezane i mogu se ispustiti u vodu koja teče.
Ispiranje potpunog organskog ugljika je podmukliji problem. Smola za impregnaciju-bez obzira na to je li to fenol ili furan-sadrži organske spojeve koji polako prodiru u vodu visoke-čistoće. Na razinama detekcije dijelova-na-milijardu koje se koriste u proizvodnji poluvodiča, ovo organsko ispiranje je mjerljivo i neprihvatljivo. Razine TOC-a iznad 1-2 ppb mogu utjecati na čistoću površine pločica i naknadne korake procesa.
Razgradnja smole također stvara površinske mikro-hrapavosti gdje se bakterije mogu kolonizirati. U toplom, vlažnom okruženju DI kruga recirkulacije vode, stvaranje biofilma na grafitnim površinama je dokumentirani problem koji zahtijeva periodičnu dezinfekciju.
Tablica 1: Usporedba onečišćenja u DI recirkulaciji vode na 40 stupnjeva
| Parametar kontaminacije | Blok grafit (fenolna smola) | PTFE |
|---|---|---|
| Particle shedding (>0.1 μm) | 50-200 čestica/mL (početno); 20-50 (u dobi) | < 5 particles/mL |
| TOC ispiranje (ppb) | 5-20 (početno); 2-10 (dob) | < 0.5 |
| Ionska kontaminacija | Tragovi metala iz grafitnog pepela | Ništa (bez metalnih sastojaka) |
| Potencijal stvaranja 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 smolu za impregniranje, nema čestica grafita niti metalnog pepela. Materijal je 100% fluoropolimer. U DI vodi ne postoji mehanizam ispiranja jer je polimer netopljiv i kemijski zasićen.
Osipanje čestica iz PTFE-a je zanemarivo. Površina je glatka na razini ispod-mikrona i ostaje glatka tijekom cijelog radnog vijeka. Nema čestica za otpuštanje jer je materijal homogen i ne razgrađuje se u vodi.
TOC ispiranje iz čistog PTFE je ispod 0,5 ppb, često ispod analitičkih granica detekcije. Veze ugljika-fluora su termodinamički stabilne u vodi. Nema reakcije hidrolize, nema oksidacije i nema otapanja. Materijal u biti ne doprinosi organskom ugljiku DI vodenoj petlji.
Ionska kontaminacija je nula po definiciji. PTFE sadrži samo ugljik i fluor. Nema metalnih elemenata za ispiranje. Tvornice poluvodiča mjere onečišćenje metala u dijelovima na bilijun; PTFE ne može pridonijeti ni na kakvoj mjerljivoj razini.
Kompromis toplinske izvedbe-
Toplinska vodljivost blok grafita od 80-120 W/m·K daleko premašuje PTFE 0,25 W/m·K. Grafitni izmjenjivač topline za određeni rad manji je od PTFE ekvivalenta. U prostorno ograničenom okruženju megasoničnog alata, ova prednost veličine je značajna.
PTFE kompenzira kroz tanko{0}}cijev i konfiguracije visoke-površine-. Izmjenjivač topline je dimenzioniran tako da stane u raspoloživi prostor alata. Zamjena toplinske izvedbe-od-većeg otiska za apsolutnu kontrolu kontaminacije-je prihvaćena jer se o specifikacijama čestica i TOC-a ne- može pregovarati.
Sažetak
Inženjeri poluvodiča odabiru PTFE izmjenjivače topline umjesto blok grafita za DI recirkulaciju vode u megasoničnim alatima za čišćenje jer PTFE eliminira odvajanje čestica, ispiranje TOC-a i mehanizme ionske kontaminacije svojstvene smolom-impregniranim grafitnim kompozitima. Zahtjevi kontrole kontaminacije sub-mikronskog čišćenja pločice zahtijevaju čistoću materijala koju grafit ne može pružiti.
Prednost grafita u toplinskoj vodljivosti sekundarna je u odnosu na imperativ kontrole onečišćenja. Nešto veći otisak PTFE-a za ekvivalentno opterećenje grijanjem prihvatljiv je kompromis-za jamstvo DI grijanja vode-bez-čestica, TOC-bez metala-bez metala.
Inženjerska analiza za dimenzioniranje PTFE izmjenjivača topline u određenim aplikacijama megasoničnog alata za čišćenje dostupna je nakon podnošenja DI protoka vode, ciljane temperature, dostupnog prostora za ugradnju i specifikacija čestica/TOC.
