Osakeste{0}}vaba imperatiiv
Megasonicu puhastustööriistad eemaldavad räniplaatidelt sub-mikronilised osakesed, kasutades kõrgsageduslikku-akustilist energiat üli-puhas DI vees. Puhastusprotsess on sama puhas kui selles kasutatav vesi. Soojusvaheti, mis hoiab vee temperatuuri, ei tohi lisada osakesi, leotada orgaanilist süsinikku ega tekitada ioonilist saastumist.
Plokkgrafiitsoojusvahetiid kasutatakse paljudes keemilise töötlemise rakendustes nende suurepärase soojusjuhtivuse ja korrosioonikindluse tõttu. Mitteläbilaskev grafiit, mis on immutatud fenool- või furaanvaiguga, saab hästi hakkama hapetega ja edastab tõhusalt soojust. DI veeteenuse puhul kujutab grafiit endast aga saastumise ohtu, mis on vastuolus megasonic puhastusnõuetega.
PTFE-soojusvahetitest on saanud selle rakenduse standard, kuna need kõrvaldavad grafiidile omased osakeste ja orgaanilise leostumise mehhanismid. Valiku aluseks on saastetõrje nõuded, mitte termilised omadused.
Grafiidiosakeste ja TOC probleem
Plokkgrafiit on komposiitmaterjal. Grafiidiosakesed seotakse omavahel vaigu immutusega, mis täidab loomuliku poorsuse. Voolavas DI vees töötavad pidevalt mitmed vabastusmehhanismid.
Mehaaniline erosioon vabastab pinnalt grafiidiosakesed. DI vesi on oma puhtusele vaatamata tõhus lahusti, mis võib aeglaselt lagundada vaigu immutusainet vee{1}}vaigu liideses. Kuna vaik paisub vee imendumisel veidi, muutuvad pinnal olevad grafiidiosakesed vähem tihedalt seotud ja võivad voolavasse vette sattuda.
Orgaanilise süsiniku täielik leostumine on salakavalam probleem. Fenoolne või furaan{1}}vaiguimmutus{2}}sisaldab orgaanilisi ühendeid, mis leostuvad aeglaselt kõrge puhtusastmega vette. Pooljuhtide tootmises kasutatavate osade -per-miljardi tuvastamistaseme juures on see orgaaniline leostumine mõõdetav ja vastuvõetamatu. TOC tasemed üle 1–2 ppb võivad mõjutada vahvli pinna puhtust ja järgnevaid protsessietappe.
Vaigu lagunemine tekitab ka pinna mikro{0}}kareduse, kus bakterid võivad koloniseerida. DI veeringluse ahela soojas ja märjas keskkonnas on biokile moodustumine grafiitpindadel dokumenteeritud probleem, mis nõuab perioodilist desinfitseerimist.
Tabel 1: Saastumise võrdlus DI vee retsirkulatsioonis 40 kraadi juures
| Saastumise parameeter | Plokkgrafiit (fenoolvaik) | PTFE |
|---|---|---|
| Particle shedding (>0.1 μm) | 50-200 osakest/ml (esialgne); 20-50 (vanuses) | < 5 particles/mL |
| TOC leostumine (ppb) | 5-20 (esialgne); 2-10 (vanuses) | < 0.5 |
| Iooniline saastumine | Metallide jäljed grafiittuhast | Puudub (metallilisi koostisosi pole) |
| Biokile moodustumise potentsiaal | Mõõdukas (pinna karedus) | Väga madal (sile, hüdrofoobne) |
| Pinna karedus (Ra, μm) | 1.0-3.0 | 0.1-0.3 |
| Nõutav desinfitseerimise sagedus | 3-6 kuud | 12+ kuud |
PTFE: ülimalt{0}}puhta vee loomupärane puhtus
PTFE ei sisalda vaigu immutusainet, grafiidiosakesi ega metallist tuhka. Materjal on 100% fluoropolümeer. DI vees leostumismehhanism puudub, kuna polümeer on lahustumatu ja keemiliselt küllastunud.
Osakeste eraldumine PTFE-st on tühine. Pind on sub-mikronilises skaalas sile ja püsib sile kogu kasutusaja jooksul. Osakesed ei eraldu, kuna materjal on homogeenne ega lagune vees.
TOC leostumine esmasest PTFE-st on alla 0,5 ppb, sageli alla analüütilise avastamispiiri. Süsinik-fluorsidemed on vees termodünaamiliselt stabiilsed. Puudub hüdrolüüsireaktsioon, oksüdatsioon ega lahustumine. Materjal ei lisa DI veeahelasse praktiliselt orgaanilist süsinikku.
Ioonne saastumine on definitsiooni järgi null. PTFE sisaldab ainult süsinikku ja fluori. Leostamiseks pole metallilisi elemente. Pooljuhtmaterjalid mõõdavad metallide saastumist osades triljoni kohta; PTFE ei saa kaasa aidata ühelgi tuvastataval tasemel.
Soojusjõudluse vahetus-alla
Plokkgrafiidi soojusjuhtivus 80-120 W/m·K ületab tunduvalt PTFE 0,25 W/m·K. Grafiitsoojusvaheti antud toimingu jaoks on väiksem kui PTFE ekvivalent. Megasoonilise tööriista ruumipiiranguga keskkonnas on see suuruse eelis märkimisväärne.
PTFE kompenseerib õhukese{0}}seina torude ja suure-pinnaga-konfiguratsioonide kaudu. Soojusvaheti on sellise suurusega, et see mahuks tööriista vaba ruumi. Soojusnäitajate kompromiss-alla-suurem jalajälg absoluutse saastekontrolli jaoks- on aktsepteeritud, kuna osakeste ja TOC spetsifikatsioonid ei ole-läbirääkitavad.
Kokkuvõte
Pooljuhtide insenerid valivad PTFE-soojusvahetid plokkgrafiidi asemel DI-vee retsirkulatsiooniks megasoonpuhastustööriistades, kuna PTFE kõrvaldab vaiguga immutatud grafiidikomposiitidele omased osakeste eraldumise, TOC leostumise ja ioonsaaste mehhanismid. Sub-mikroniliste vahvlite puhastamise saastetõrjenõuded nõuavad materjali puhtust, mida grafiit ei suuda tagada.
Grafiidi soojusjuhtivuse eelised on saastetõrje kohustuslikust seisukohast teisejärgulised. PTFE veidi suurem jalajälg samaväärse soojusmaksuga on aktsepteeritud kompromiss-osakeste-vaba, TOC-vaba metalli-vaba DI-vee soojendamise tagamiseks.
Tehniline analüüs PTFE soojusvaheti suuruse määramiseks konkreetsetes megasoonpuhastustööriistade rakendustes on saadaval pärast DI veevoolu kiiruse, sihttemperatuuri, saadaoleva paigaldusruumi ja osakeste/TOC spetsifikatsioonide esitamist.
