Els recomptes de partícules inexplicables
Un bany de procés humit semiconductor equipat amb un intercanviador de calor de PTFE experimenta excursions intermitents de recompte de partícules. Durant dies, els recomptes de partícules romanen per sota de l'especificació de 10 partícules/ml per al rang de mida de 0,1 μm. Aleshores, sense cap canvi en la química del procés ni en el rendiment de les hòsties, el recompte de partícules augmenta fins a 50-100 partícules/ml durant diverses hores i després torna a la línia de base.
El patró es repeteix cada poques setmanes. L'anàlisi química de les partícules les identifica com a fluoropolímer orgànic-PTFE. La font es troba dins del bany. L'intercanviador de calor de PTFE és l'únic component de fluoropolímer immers. Però els tubs en si mateixos no mostren degradació visible, ni aprimament ni esquerdes superficials. La font de partícules no són els tubs. És un component de suport.
El mecanisme de degradació dels components de suport
Els intercanviadors de calor de PTFE incorporen plaques de suport, separadors, tirants i components del marc-tots normalment fabricats amb PTFE o PVDF d'alta-puresa. Aquests components experimenten condicions de càrrega diferents a les dels tubs. Estan subjectes al desgast mecànic en els punts de contacte, a la fatiga per flexió per vibració induïda pel flux- i, en alguns dissenys, al fregament dels elements de fixació roscats.
Una placa de suport de PTFE per on passen els tubs experimenta micro-moviment a cada punt de contacte del tub. Durant desenes de milers de cicles d'agitació, el moviment relatiu entre el tub i la placa de suport genera partícules microscòpiques de desgast de PTFE. Aquestes partícules, normalment de 0,1-10 μm de mida, s'alliberen al bany.
L'alliberament és intermitent perquè les partícules de desgast s'acumulen a les esquerdes dels punts de contacte fins que una pertorbació del flux-augmenta l'agitació, un augment d'engegada de la bomba o un canvi de nivell del dipòsit-desallotja les partícules acumulades com a lot. L'alliberament del lot produeix l'augment del recompte de partícules. Després del pic, els recomptes de partícules tornen a la línia de base mentre s'acumulen noves partícules de desgast.
Taula 1: fonts de partícules de desgast dels components de l'intercanviador de calor de PTFE
| Component | Mecanisme de desgast | Patró d'alliberament de partícules | Evidència visual | Mesura preventiva |
|---|---|---|---|---|
| Interfície de-tub a-placa de suport | Trastet per la vibració | Alliberament de lots intermitent | Marques de desgast polides al tub; pols blanca al forat de suport | Inserció elastomèrica o augment del joc |
| Connexions de tirants roscats | Trastes al contacte del fil | Intermitent amb cicles tèrmics | Pols blanca sobre fils | lubricant de fil de PTFE; precàrrega reduïda |
| Juntes de cantonada del marc | Fatiga per flexió | Intermitent amb canvis de cabal | Blanquejament per estrès a l'articulació | Cantonades radiades; restricció reduïda |
| Accessoris de compressió del tub-a-capçalera | Micro-moviment a la virola | Baix{0}}nivell continu | Cap visible sense desmuntar-lo | Re{0}}par; Rentadora Belleville |
| Vores de la placa deflectora | Flux{0}}vibració induïda contra els tubs | Intermitent amb agitació | Línia de contacte polida | radi de vora; augment de l'autorització |
La metodologia de traçat de partícules
El seguiment de l'eliminació intermitent de partícules a un component específic requereix un aïllament i un mostreig sistemàtics.
Primer pas: caracteritzar les partícules. Recolliu les partícules en una membrana de filtre durant un esdeveniment d'espiga. Analitzar per FTIR o espectroscòpia Raman per confirmar la composició de PTFE. Examineu mitjançant SEM per determinar la morfologia de les partícules-les partícules de desgast són irregulars, sovint allargades, amb vores trencades. Les partícules de degradació tèrmica són més esfèriques. La morfologia confirma el mecanisme de desgast.
Segon pas: identifiqueu el disparador de l'espiga. Correlacionar els pics de recompte de partícules amb els esdeveniments del procés: inicis de la bomba, canvis d'agitació, cicles de temperatura, canvis de nivell del dipòsit. Una correlació consistent identifica l'esdeveniment mecànic que desallotja les partícules i apunta cap al component que experimenta aquesta càrrega específica.
Pas tres: inspeccioneu tots els components de PTFE durant el manteniment programat. Examineu els forats de la placa de suport per a les superfícies de desgast polides. Comproveu els fils de la barra d'acoblament per a l'acumulació de pols blanca. Examineu les articulacions del marc per blanquejar l'estrès. Fotografieu i documenteu totes les troballes.
Pas quatre: aïlleu els components sospitosos mitjançant la substitució o la modificació. Substituïu una placa de suport sospitosa per una de nova. Si els pics de partícules cessen, el component es confirma com a font.
Modificacions de disseny preventiu
Els forats de les plaques de suport es poden equipar amb PTFE prim o insercions de mànigues elastomèriques d'{0}}alta puresa que absorbeixen el micro-moviment sense generar partícules de desgast. El material d'inserció ha de complir els requisits de puresa del bany.
Les connexions roscades al marc de suport es poden eliminar a favor de les juntes de PTFE soldades o entrellaçades. Quan les rosques són inevitables, un lubricant de rosques compatible amb PTFE-redueix el fregament.
La rigidesa del marc de suport de l'intercanviador es pot augmentar per reduir l'amplitud de la vibració o es poden afegir elements amortidors als punts de contacte. La reducció de l'envergadura no suportada dels tubs redueix el moviment que provoca el fregament a les plaques de suport.
Resum
El despreniment intermitent de partícules als banys de semiconductors es pot remuntar a la degradació dels components de suport de l'intercanviador de calor de PTFE mitjançant la caracterització de partícules, la correlació d'esdeveniments i la inspecció sistemàtica. Les partícules de desgast procedents del fregament dels tubs-a les-interfícies de suport produeixen patrons d'alliberament de lots intermitents característics.
Les mesures preventives inclouen insercions elastomèriques als punts de contacte, eliminació de connexions roscades i augment de la rigidesa estructural. La metodologia d'investigació distingeix el desgast dels components de suport de la degradació del tub, dirigint els esforços de reparació a la ubicació correcta.
El suport d'enginyeria per al seguiment de la font de partícules a les instal·lacions d'intercanviadors de calor de PTFE-de puresa alta està disponible quan s'envien dades de tendències del recompte de partícules, resultats de l'anàlisi de partícules, registres d'esdeveniments de procés i especificacions dels components de l'intercanviador.
