Läpäisyhaaste korkean{0}}lämpötilojen jäähdytyssilmukoissa
Perfluorattuja lämmönsiirtonesteitä (Galden, Fomblin) 200 asteessa ja 5 barissa käytetään plasmaetsaustyökalujen puolijohdejäähdytyssilmukoissa. Nämä perfluoripolyeetteri (PFPE) -nesteet voivat läpäistä PFA-vuoraukset aiheuttaen turvotusta ja ominaisuuksien muutoksia. Kvantitatiivinen analyysi 9 puolijohdekankaasta osoittaa, että PFA:n kiteisyys yli 55 % vähentää PFPE:n läpäisyä 70 % verrattuna 45 %:n kiteisyyteen, mikä pidentää lämmittimen käyttöikää yhdestä vuodesta 4+ vuoteen 200 asteessa.
PFPE:n läpäisy- ja kiteisyyskorrelaatio
PFPE-molekyylit (molekyylipaino 500-2000 Da) diffundoituvat PFA:n amorfisten alueiden läpi. Korkeampi kiteisyys vähentää amorfista tilavuutta ja rajoittaa läpäisyreittejä. Testaus 200 asteessa, 5 baarissa Galden HT-135:llä:
| PFA-kiteisyys | Amorfinen sisältö | PFPE:n läpäisynopeus (mg/cm²·päivä) | Äänenvoimakkuus 2000 tunnin jälkeen (%) | Vetolujuuden säilyvyys 2000 tunnin jälkeen |
|---|---|---|---|---|
| 40 % (sammutettu) | 60% | 0.45 | 3.2% | 55% |
| 45 % (vakio) | 55% | 0.32 | 2.5% | 65% |
| 50 % (-valettu) | 50% | 0.22 | 1.8% | 78% |
| 55 % (hehkutettu) | 45% | 0.12 | 1.0% | 88% |
| 60 % (hidas-jäähdytetty) | 40% | 0.07 | 0.6% | 94% |
Läpäisymekanismi ja nesteiden yhteensopivuus
PFPE-nesteet ovat kemiallisesti samanlaisia kuin PFA, mikä tekee niistä hyviä liuottimia amorfisille alueille. Läpäisy seuraa Fickian diffuusiota aktivointienergialla 65 kJ/mol. 200 asteessa (vs. 150 astetta) läpäisynopeus kolminkertaistuu. Paine (5 bar) lisää läpäisyä 20 % lisääntyneen käyttövoiman ansiosta.
Kiteyden parantamismenetelmät
| Menetelmä | Saavutettu kiteisyys | PFPE:n läpäisyn vähentäminen | Käytännöllinen tuotantoon? |
|---|---|---|---|
| Valettu-(vakiojäähdytys) | 45-50% | Perustaso | Kyllä |
| Hehkutus (160 astetta, 8h) | 55-58% | -55% | Kyllä |
| Hidas jäähtyminen sulasta (2 astetta/min) | 58-60% | -70% | Kyllä (pitkä sykli) |
| Hehkutus + ydintämisaine | 60-65% | -80% | Rajoitettu saatavuus |
Seinän paksuus ja läpäisyaika
Läpäisyaika nesteen havaitsemiseen ydinasteikoissa paksuuden neliöllä. 55 % kiteisyys PFA (läpäisy 0,12 mg/cm²·päivä):
| Seinän paksuus | Aika ytimen kostutukseen (200 astetta) | Aika dielektriseen hajoamiseen | Käyttöikä (vuosia 8000h/vuosi) |
|---|---|---|---|
| 1,5 mm | 2,500h | 4,000h | 0.5 |
| 2,0 mm | 4,500h | 7,000h | 0.9 |
| 2,5 mm | 7,000h | 11,000h | 1.4 |
| 3,0 mm | 10,000h | 16,000h | 2.0 |
60 %:n kiteisyyden saavuttamiseksi 2,5 mm:n seinät tarjoavat 4+ vuoden käyttöiän.
Lämpötilan ja paineen vaikutukset
| Kunto | Suhteellinen läpäisynopeus (vs . 200 aste, 5 bar) | Suositeltu kiteisyys | Seinän paksuus |
|---|---|---|---|
| 200 astetta, 5 bar | 1.0x | >55% | 2,5 mm |
| 200 astetta, 1 bar | 0.8x | >53% | 2,2 mm |
| 180 astetta, 5 bar | 0.4x | >50% | 2,0 mm |
| 220 astetta, 5 baaria (järkyttynyt) | 2.5x | >60% | 3,5 mm |
Nesteen molekyylipainon vaikutukset
Pienimolekyylipainoinen PFPE läpäisee nopeammin. Galden HT-135 (MW 1350) läpäisee 1,5 kertaa nopeammin kuin HT-230 (MW 2300). Kriittisissä sovelluksissa, joissa on matala MW neste, määritä 60 % kiteisyys ja 3,0 mm seinät.
Erittelyohjeet
For perfluorinated heat transfer fluids at 200°C, 5 bar, specify PFA with crystallinity >55 % (DSC, hehkutettu) ja seinämän paksuus vähintään 2,5 mm. Vaadi toimittajan sertifiointi PFPE:n läpäisynopeudelle alle 0,15 mg/cm²·päivä 200 asteessa. Jatkuvaa 24/7 jäähdyttimen käyttöä varten määritä 60 % kiteisyys 3,0 mm seinämillä. Korkean -kiteisyyden PFA:n (20–30 % standardia korkeampi) etu on perusteltu 3–4 kertaa pidemmällä käyttöiällä puolijohdejäähdyttimien huollossa, kun suunnittelemattomat seisokkikustannukset ylittävät 10 000 dollaria tunnissa. Jaksottaisessa käytössä olevissa T&K-järjestelmissä standardi PFA 3,0 mm:n seinämillä ja vuotuinen PFPE-analyysi voi olla hyväksyttävissä.
