El nivell de contaminació de partícules de la resina PFA afecta el rendiment de l'escalfador en aigua DI d'alta -puresa?

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 >0,2um) Es poden produir graus de PFA d'alta puresa amb més filtració i extrusió de sala blanca per<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.

Fonts i efectes de la contaminació per partícules
En la producció, les partícules de la resina PFA s'introdueixen per tres fonts: catalitzador residual (crom, compostos d'alumini), negre de carboni de graus de color i polímer deteriorat (oligòmers). Durant l'extrusió de l'escalfador, algunes partícules queden incrustades a la paret de PFA i algunes queden exposades a la superfície. En el servei d'aigua DI, hi ha dos mecanismes d'alliberament: (1) vessament directe: les partícules que s'uneixen poc a la superfície s'alliberen a l'aigua; (2) lixiviació: l'aigua es difon al PFA, transportant oligòmers i residus de catalitzadors a la superfície.

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) en un dipòsit d'aigua DI de 1.000 L durant 1.000 hores. Això augmenta el nombre de partícules de prop de-zero a 100-1.000 partícules/ml, inacceptable per als banys de rentat de semiconductors (límit normal<50 particles/mL >0,05 µm). Alliberaments de PFA d'alta-puresa-<10³ particles throughout the same period-negligible

Nivells de contaminació de partícules per grau de 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? Aplicacions
Industrial/Estàndard 10.000–100.000 Processament químic, tractament de residus 100 a 1.000 Fàbrica estàndard No
Alta puresa 1.000-10.000Sala neta (Classe 10.000)10-100 Marginal (només de curta durada)Aliments farmacèutics
Puresa ultra-alta- (UHP) 100–1.000Sala blanca (Classe 100) 1-10 Sí (amb monitorització) Bancs humits de semiconductors
UHP, grau-de semiconductors<100 Cleanroom (Class 10) 0.1-1 Yes (long-term) Critical wafer rinse
UHP de grau -electrònic<10 Cleanroom (Class 1) <0.1 Yes (best-in-class) Extreme UV lithography, sophisticated nodes
Evidència de camp de la fabricació de semiconductors
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). Les hòsties netejades amb aquesta aigua mostraven defectes superficials causats per la contaminació per partícules. La fàbrica va canviar els escalfadors a PFA de grau UHP (recompte de partícules <500 per cm3). La resistivitat es va restaurar a 18 MΩ·cm, el recompte de partícules va ser inferior a 10 partícules/mL i es van eliminar els defectes de les hòsties. La diferència de cost entre els escalfadors normals i UHP era de 300 per escalfador (1.000 vs. 700), però el cost dels lots d'hòsties (700) va fer que l'UHP fos necessari (50.000 per esdeveniment).

Partícules superficials i deteriorament del rendiment
Fins i tot si les partícules no s'aboquen a l'aigua, les incrustades a la superfície de PFA causen tres problemes de rendiment:

Nucleació per al creixement bacterià: els bacteris s'adhereixen a les imperfeccions superficials en aigua DI tèbia (70-80 graus). Les partícules es converteixen en punts d'ancoratge, el biofilm es desenvolupa més ràpidament i la transferència de calor empitjora.

Nucleació per a la deposició d'escales: les partícules de sílice (comunes a l'aigua DI dels dipòsits de vidre) s'adhereixen a les partícules superficials per formar una escala dura que aïlla l'escalfador.

Augment de la rugositat de la superfície: les partícules incrustades formen micro-protuberàncies (Ra augmenta de 0,2 µm a 0,5-1,0 µm) Les superfícies rugoses retenen les bombolles i creen punts calents, la qual cosa resulta en una neteja més freqüent (vegeu l'article 91).

Per als sistemes DI d'alta-puresa, el nivell de contaminació per partícules de la resina de PFA no és només una especificació del material, és una especificació de rendiment del procés.

Verificació i especificació
Especifiqueu en demanar escalfadors PFA per a un servei d'aigua DI d'alta qualitat:

Recompte de partícules: el nombre màxim de partícules per cm³ de resina avaluat mitjançant anàlisi d'imatge dinàmica (DIA) o enfosquiment lleuger (ASTM F658).<1,000 particles >0,2 µm per a UHP,<100 for critical.

Metalls extraïbles: ICP-MS després de 48 h de lixiviació en aigua DI a 80 graus. Fe, Cr, Ni, Cu, Zn<1 ppb each.

TOC lixiviables: Carboni orgànic total després de la mateixa lixiviació Menys de 0,1 mg/L.

Rugositat superficial Ra<0.3 µm after extruding.

Entorn de fabricació: l'extrusió s'ha d'haver realitzat en una -habitació neta (classe 100 o superior).

Per als escalfadors existents, mesura el recompte de partícules d'aigua DI aigües amunt i aigües avall de l'escalfador. Un gran augment suggereix vessament de partícules.

Conclusió DI Qualitat de l'aigua influïda per la contaminació per partícules
El nivell de contaminació per partícules de la resina de PFA influeix directament en el rendiment de l'escalfador en aigua DI d'alta -puresa. El PFA industrial estàndard (10.000-100.000 partícules/cm^3) allibera prou partícules per danyar la qualitat de l'aigua DI de 18 MΩ*cm que provoca defectes de les hòsties i una menor resistivitat. Els bancs humits de semiconductors i altres sistemes DI importants requereixen PFA de puresa ultra-- (menys de 1.000 partícules/cm³). El PFA estàndard és adequat per a DI no crític (per exemple, rentat de laboratori, torres de refrigeració). La prima de cost d'UHP PFA (30-100%) es justifica pel cost dels incidents contaminats. Les partícules invisibles són la causa de defectes evidents a l'aigua DI. Defineix la puresa, assegura la neteja, protegeix les teves mercaderies. El bany pot semblar net, però les partícules expliquen la història real. Pren les seves mesures. Anomena'ls. Poseu-los sota control