Il livello di contaminazione delle particelle della resina PFA influisce sulle prestazioni del riscaldatore nell'acqua DI ad elevata purezza-?

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) I gradi PFA ad elevata purezza possono essere prodotti con ulteriore filtrazione ed estrusione in camera bianca<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.

Fonti ed effetti della contaminazione da particelle
Nella produzione, le particelle nella resina PFA vengono introdotte da tre fonti: catalizzatore residuo (cromo, composti di alluminio), nerofumo da gradi colorati e polimero deteriorato (oligomeri). Durante l'estrusione del riscaldatore alcune particelle vengono inglobate nella parete del PFA e altre rimangono esposte in superficie. Nel servizio idrico DI sono presenti due meccanismi di rilascio: (1) distacco diretto: le particelle debolmente attaccate alla superficie vengono rilasciate nell'acqua; (2) lisciviazione: l'acqua si diffonde nel PFA, trasportando oligomeri e residui catalitici in superficie.

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) in un serbatoio di acqua DI da 1.000 litri per 1.000 ore. Ciò aumenta il numero di particelle da quasi-zero a 100-1.000 particelle/mL: inaccettabile per i bagni di risciacquo dei semiconduttori (limite normale<50 particles/mL >0,05 µm). Versioni PFA di purezza-altissima-ultra<10³ particles throughout the same period-negligible

Livelli di contaminazione delle particelle per grado 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? Applicazioni
Industriale/standard 10.000–100.000 Lavorazione chimica, trattamento dei rifiuti da 100 a 1.000 Fabbrica standard No
Elevata purezza 1.000-10.000Camera bianca (Classe 10.000)10–100 Marginale (solo di breve durata)Alimenti farmaceutici
Purezza-elevata-ultra{1}}(UHP) 100–1.000Camera bianca (Classe 100) 1-10 Sì (con monitoraggio) Banchi umidi a semiconduttore
UHP, grado-semiconduttori<100 Cleanroom (Class 10) 0.1-1 Yes (long-term) Critical wafer rinse
UHP di grado elettronico-<10 Cleanroom (Class 1) <0.1 Yes (best-in-class) Extreme UV lithography, sophisticated nodes
Prove sul campo dalla produzione di semiconduttori
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). I wafer puliti con quest'acqua mostravano difetti superficiali causati dall'inquinamento da particelle. La fabbrica ha cambiato i riscaldatori con PFA di grado UHP (conta particelle < 500 per cm3). La resistività è stata ripristinata a 18 MΩ·cm, i conteggi delle particelle erano inferiori a 10 particelle/mL e i difetti del wafer sono stati eliminati. La differenza di costo tra i riscaldatori normali e quelli UHP era di 300 per riscaldatore (1.000 rispetto a. 700), ma il costo dei lotti di wafer distrutti (700) rendeva necessario l'UHP (50.000 per evento).

Particelle superficiali e deterioramento delle prestazioni
Anche se le particelle non si disperdono nell'acqua, quelle incastonate sulla superficie del PFA causano tre problemi di prestazioni:

Nucleazione per la crescita batterica: i batteri aderiscono alle imperfezioni della superficie in acqua DI calda (70-80 gradi). Le particelle diventano punti di ancoraggio, il biofilm si sviluppa più velocemente e il trasferimento di calore peggiora.

Nucleazione per la deposizione di incrostazioni: le particelle di silice (comuni nell'acqua deionizzata proveniente da serbatoi di vetro) si attaccano alle particelle superficiali per formare incrostazioni dure che isolano il riscaldatore.

Aumento della ruvidità superficiale: le particelle incorporate formano micro-protuberanze (Ra aumenta da 0,2 µm a 0,5-1,0 µm). Le superfici ruvide trattengono bolle e creano punti caldi, con conseguente pulizia più frequente (vedere Articolo n. 91).

Per i sistemi DI ad alta-purezza, il livello di contaminazione delle particelle della resina PFA non è solo una specifica del materiale, è una specifica delle prestazioni del processo.

Verifica e specifica
Specificare quando si ordinano i riscaldatori PFA per il servizio di acqua DI di alta qualità:

Conteggio delle particelle: il numero massimo di particelle per cm³ di resina valutato mediante analisi dinamica dell'immagine (DIA) o oscuramento della luce (ASTM F658).<1,000 particles >0,2 µm per UHP,<100 for critical.

Metalli estraibili: ICP-MS dopo 48 ore di lisciviazione in acqua DI a 80 gradi. Fe, Cr, Ni, Cu, Zn<1 ppb each.

Sostanze rilasciabili TOC: carbonio organico totale dopo la stessa lisciviazione inferiore a 0,1 mg/l.

Rugosità superficiale Ra<0.3 µm after extruding.

Ambiente di produzione: l'estrusione deve essere stata eseguita in una camera bianca-(Classe 100 o superiore).

Per i riscaldatori esistenti, misurare il numero di particelle di acqua DI a monte e a valle del riscaldatore. Un forte aumento suggerisce la perdita di particelle.

Conclusione Qualità dell'acqua DI influenzata dalla contaminazione da particelle
Il livello di contaminazione delle particelle della resina PFA influenza direttamente le prestazioni del riscaldatore nell'acqua DI ad alta-purezza. Il PFA industriale standard (10.000-100.000 particelle/cm^3) rilascia particelle sufficienti a danneggiare la qualità dell'acqua DI da 18 MΩ*cm, causando difetti nei wafer e una minore resistività. I banchi umidi dei semiconduttori e altri importanti sistemi DI richiedono PFA di purezza ultra-elevata-(meno di 1.000 particelle/cm³). Il PFA standard è appropriato per DI non critici (ad esempio lavaggio di laboratorio, torri di raffreddamento). Il sovrapprezzo del PFA UHP (30-100%) è giustificato dal costo degli incidenti contaminati. Le particelle invisibili sono la causa di evidenti difetti nell'acqua DI. Definisci la purezza, assicurati la pulizia, salvaguarda i tuoi beni. Il bagno può sembrare pulito, ma le particelle raccontano la vera storia. Prendi le loro misure. Nominateli. Teneteli sotto controllo