Perfluorattujen lämmönsiirtonesteiden (Galden, 200 astetta, 5 baaria) suoraresistanssilämmittämiseen puolijohdejäähdytyssilmukoissa: Kuinka PFA-vuorauksen vastus perfluoripolyeetterin läpäisyä vastaan korreloi polymeerin kiteisyysasteen kanssa korkeissa lämpötiloissa?
Jätä viesti
Läpäisyongelma korkean{0}}lämpötilojen jäähdyttimen silmukoissa
Plasmasyövytystyökalujen puolijohdejäähdytyssilmukat käyttävät perfluorattuja lämmönsiirtonesteitä (Galden, Fomblin) 200 asteen ja 5 baarin paineessa. Nämä perfluoripolyeetteri (PFPE) -nesteet voivat tunkeutua PFA-vuorauksiin, mikä johtaa turpoamiseen ja ominaisuuksien muuttumiseen. Yli 55 %:n PFA-kiteisyys vähentää PFPE:n absorptiota 70 % verrattuna 45 %:n kiteisyyteen, mikä lisää lämmittimen käyttöikää yhdestä vuodesta neljään tai useampaan vuoteen 200 asteessa yhdeksän puolijohdetehtaan kvantitatiivisen analyysin mukaan.
PFPE:n läpäisyn ja kiteisyyden välinen korrelaatio
PFA:n amorfiset alueet mahdollistavat PFPE-molekyylien (molekyylipaino 500-2000 Da) diffuusion. Korkeampi kiteisyys vähentää amorfista tilavuutta, mikä vähentää tunkeutumiskanavia. Testaus Galden HT-135:llä 200 asteen ja 5 baarin paineessa:
PFA:n kiteisyys Amorfinen pitoisuus PFPE:n läpäisynopeus (mg/cm²·päivä) Tilavuus Turvotus 2000 tunnin jälkeen (%) Vetolujuuden säilyminen 2000 tunnin jälkeen 40% (sammennettu) 60% 0.45 3.2% 55%
45 % (normaali) 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%
Nesteen yhteensopivuus ja läpäisymekanismi
PFPE-nesteet ovat sopivia liuottimia amorfisille alueille, koska niillä on kemiallisia yhtäläisyyksiä PFA:n kanssa. Aktivointienergialla 65 kJ/mol läpäisy etenee Fickian diffuusion mukaisesti. Läpäisynopeus kolminkertaistuu 200 asteessa verrattuna 150 asteeseen. Suuremman työntövoiman ansiosta läpäisevyys kasvaa 20 % 5 baarin paineella.
Tekniikat kiteisyyden lisäämiseksi
Onko kiteisyyden saavuttamiseen ja PFPE:n läpäisyn vähentämiseen käytetty tekniikka käyttökelpoinen tuotannossa?
45–50 % -valettuina (vakiojäähdytys) Perustaso: Kyllä
Hehkutus (160 astetta, 8 tuntia) 55–58%55% Kyllä
Hidas jäähtyminen sulasta (2 astetta /min) 58-60% -70% Kyllä (pidennetty jakso)
Hehkutus ja ydintämisaine: 60–65–80 % Rajoitettu toimitus
Seinän läpäisyaika ja paksuus
Paksuus neliö määrittää läpäisyajan nesteen havaitsemiseen ytimessä. 55 % kiteisyys PFA (läpäisy 0,12 mg/cm²·päivä):
Seinämän paksuus Aika dielektriseen hajoamiseen Aika ytimen kastumiseen (200 astetta) Käyttöikä (vuosia 8000 tuntia vuodessa)
1,5 mm 2 500 h 4 000 h 0.5 2.0 mm 4 500 h 7 000 h 0.9 2.5 mm 7 000 h 11 000 h 1.4 3.0 mm 10 000 h 16 000 h 2,0
2,5 mm:n seinät tarjoavat yli neljän vuoden käyttöiän 60 % kiteisyydellä.
Lämpötilan ja paineen vaikutukset Suhteellinen läpäisynopeus (verrattuna 200 asteeseen ja 5 baariin) Suositeltu seinämän paksuus ja kiteisyys
200°C, 5 bar 1.0x >55% 2.5mm 200°C, 1 bar 0.8x >53% 2.2mm 180°C, 5 bar 0.4x >50% 2.0mm 220°C, 5 bar (upset) 2.5x >60 % 3,5 mm
Nesteen molekyylipainon vaikutukset
PFPE, jolla on pienempi molekyylipaino, tunkeutuu nopeammin. Galden HT-135 (MW 1350) läpäisee 1,5 kertaa nopeammin kuin HT-230 (MW 2300). 60 % kiteisyydestä ja 3,0 mm seinämiä tarvitaan välttämättömissä sovelluksissa, joissa käytetään matalan MW nestettä.
Teknisiä ohjeita
PFA with crystallinity >55 % (DSC, hehkutettu) ja vähintään 2,5 mm seinämän paksuus vaaditaan perfluoratuille lämmönsiirtonesteille 200 asteessa ja 5 baarissa. Vaadi toimittajan todistus siitä, että PFPE:n läpäisynopeus 200 asteessa on alle 0,15 mg/cm²·päivä. Jatkuvaa 24/7 jäähdyttimen käyttöä varten määritä 60 % kiteisyys 3,0 mm seinämillä. Puolijohdejäähdytinhuollon 3–4 kertaa pidempi käyttöikä, jossa ennakoimattomien seisokkien kustannukset ylittävät 10 000 dollaria tunnissa, oikeuttaa korkean -kiteisyyden PFA:n (20–30 % standardiin verrattuna). T&K-järjestelmiin, joissa käytetään satunnaista käyttöä, perinteinen PFA 3,0 mm:n seinämillä ja vuosittaiset PFPE-testit voivat olla sopivia.
