У полупроводничким, фармацеутским или ваздухопловним чистим просторијама, чак и ситне честице или испарене паре могу уништити производ. Грејне плоче које се користе у овим окружењима морају бити направљене од материјала и завршних обрада који минимизирају ризик од контаминације док испоручују прецизне термичке перформансе. Стандардна индустријска грејна плоча може одбацити честице, ослободити испарљива једињења или ухватити загађиваче у површинске неправилности-што је све неприхватљиво у контролисаним окружењима. Грејне плоче компатибилне са чистим просторима захтевају промишљен избор дизајна на сваком нивоу.
Кључни ризици од контаминације у грејним плочама чистих соба
За грејне плоче су релевантна три основна механизма контаминације:
Генерисање честица– Лабаве честице са металних површина, премаза или покретних делова доспевају у ваздух и таложе се на осетљивим производима.
Испуштање гаса– Испарљива органска једињења (ВОЦ) или друге паре ослобођене из материјала на повишеним температурама кондензују се на површинама или мењају хемију процеса.
Заробљавање површинске контаминације– Грубе или порозне површине задржавају честице и тешко се чисте, што доводи до унакрсне контаминације између серија.
Сваки од ових ризика мора се решити кроз избор материјала, завршну обраду површине и заптивање компоненти.
Избор материјала за грејне плоче за чисту собу
Одабир материјала је вођен потребом за ниским расипањем честица, отпорношћу на корозију и минималним испуштањем гасова. Следећи материјали се обично наводе.
Нерђајући челик (пожељно 316Л)
Нерђајући челик, посебно 316Л (ниски угљеник), је најчешће коришћени материјал за грејне плоче за чисте просторије. Нуди одличну отпорност на корозију, високу механичку чврстоћу и релативно мало стварање честица. За разлику од алуминијума, нерђајући челик не развија меки оксидни слој који се може љуштити. За апликације које захтевају магнетну неутралност, аустенитни разреди (304, 316) су немагнетни у жареном стању.
Површина од нерђајућег челика може бити пасивизирана или електрополирана да би се додатно смањила адхезија честица. Пасивација уклања слободно гвожђе са површине, док електрополирање ствара глатку, микрорефлектујућу завршну обраду која је отпорна на контаминацију. У применама у чистим просторијама, нерђајући челик 316Л се често наводи са електрополираним завршним слојем (Ра мањи од или једнак 0,5 µм).
Алуминијум (ограничена употреба)
Алуминијумске грејне плоче се понекад користе у чистим просторијама нижег квалитета (ИСО класа 7 или 8) због њихове одличне топлотне проводљивости. Међутим, алуминијум има неколико недостатака: мекши је од нерђајућег челика, лакше одбацује честице, а елоксирани премази могу да се окрсте или љускају. Ако се користи алуминијум, тврди елоксирани премаз (Тип ИИИ) са одговарајућим заптивачем може бити прихватљив, али електрополирани нерђајући челик остаје супериоран избор за критична окружења.
ПТФЕ и други флуорополимери
ПТФЕ је генерално компатибилан са чистом просторијом ако се правилно обрађује. Хемијски је инертан, не испушта се значајно на температурама испод 260 степени и има низак коефицијент трења, што смањује стварање честица из контакта. Међутим, ПТФЕ премази на металне плоче морају се наносити пажљиво. Лоше везани ПТФЕ премаз може да се раслоји или љушти, стварајући честице. Потребни су висококвалитетни ПТФЕ премази нанети спрејом са храпавом подлогом или слојем прајмера. Алтернативно, чврсте ПТФЕ плоче (без потпоре) могу се користити за грејање чистих просторија на ниској температури, иако је топлотна проводљивост слаба.
Захтеви за завршну обраду површине
Површинска обрада плоче за грејање чисте просторије директно утиче на задржавање честица и могућност чишћења. Глатка површина има мање пукотина у којима се честице могу сместити и лакше се обришу растварачима или крпама за чисту собу.
Електрополирана завршна обрада– Златни стандард за грејне плоче за чисте просторије. Електрополирање уклања танак слој метала, изравнавајући микроскопске врхове и долине. Електрополирана плоча од нерђајућег челика постиже храпавост површине (Ра) од само 0,1–0,4 µм. Процес такође ствара слој оксида богат хромом који је отпоран на корозију и адхезију честица.
Пасивирана завршна обрада– Хемијски третман који уклања слободно гвожђе и обнавља слој пасивног оксида. Пасивација не смањује значајно храпавост површине, али смањује склоност честицама да се електростатички или хемијски приањају.
Механичко полирање– Прихватљиво за мање захтевне чисте собе. Механичким полирањем (нпр. #4 завршни слој) постиже се Ра од 0,5–1,0 µм, али може оставити усмерене огреботине које хватају честице. Електрополирање је пожељније у односу на само механичко полирање.
Грубе, ваљане површине или површине од песка нису погодне за грејне плоче у чистим просторијама.
Контрола испуштања гасова на повишеним температурама
Грејне плоче раде на повишеним температурама, што убрзава избацивање испарљивих једињења. Сви материјали који се користе у склопу плоча-укључујући лепкове, мазива, изолацију жице, материјале термичког интерфејса и заптивне заптивке-морају да имају малу количину гасова.
НАСА АСТМ Е595 стандард је широко референциран за компатибилност чистих просторија. Овај тест мери укупни губитак масе (ТМЛ) и сакупљени испарљиви кондензабилни материјал (ЦВЦМ) из материјала изложеног вакууму и топлоти. За грејне плоче чистих просторија, материјали са ТМЛ < 1,0% и ЦВЦМ < 0,1% су генерално прихватљиви.
Специфичне компоненте које захтевају сертификацију за ниско испуштање гасова укључују:
Изолација жице– ПТФЕ или полиимидом (Каптон) изоловане жице су пожељније у односу на ПВЦ или стандардни полиетилен.
Термички интерфејс материјали– Јастучићи на бази графита или керамички{0}}пуњени силиконски листови са ниским степеном испуштања гасова.
Адхесивес– За причвршћивање сензора користе се епоксиди формулисани за употребу у високом вакууму (нпр. ЕпоТек Х77).
Мазива– Ако су присутни неки покретни делови (нпр. шрафови за нивелисање), наведене су перфлуорополиетерске (ПФПЕ) масти као што су Фомблин или Криток.
Неопходно је избегавати стандардне индустријске траке, термоскупљајуће цеви са лепљивим облогама и масти на бази угљоводоника.
Дизајн заптивања и кућишта
Електрични прикључци, сензори температуре и терминали грејача морају бити затворени како би се спречило стварање честица из унутрашњих компоненти. Грејна плоча за чисту собу обично укључује запечаћену разводну кутију или терминално кућиште са следећим карактеристикама:
ИП65 или виша заштита од уласка– Отпоран на прашину и заштићен од млаза воде. ИП65 осигурава да честице настале унутар кућишта (нпр. од релејних контаката или абразије жице) не побјегну у чисту просторију.
Глатке спољне површине– Кућиште треба да има заобљене углове и углачану завршну обраду како би се избегле замке честица.
Херметички улази– Тамо где жице пролазе кроз зид кућишта, компресијски или стакло заптивени води спречавају цурење.
Прочишћавање позитивним притиском (опционо)– У критичним применама, кућиште се може испразнити чистим сувим ваздухом или азотом како би се осигурало да се све унутрашње честице избацују напоље кроз филтер, а не у чисту просторију.
Контролна листа дизајна грејне плоче за чисту собу
Следећа контролна листа сумира кључна разматрања задизајн грејне плоче за чисту собу.
| Категорија | Рекуиремент | Типично решење |
|---|---|---|
| Материјал плоча | Мало осипања честица, отпоран на корозију | Нерђајући челик 316Л |
| Завршна обрада | Глатка, лака за чишћење, отпорна на лепљење | Електрополиран (Ра мањи од или једнак 0,4 µм) или пасивиран |
| Испуштање гаса | ТМЛ < 1,0%, ЦВЦМ < 0,1% по АСТМ Е595 | ПТФЕ изолација жице; лепкови са ниским издвајањем гасова; ПФПЕ мазива |
| Премази (ако се користе) | Нема љуштења, деламинације или ослобађања честица | Висококвалитетни ПТФЕ са прајмером; или нерђајући челик без премаза |
| Електрично кућиште | Отпоран на прашину; нема емисије честица | ИП65 или ИП67 оцена; глатке спољне површине; херметички улази |
| Причвршћивачи | Нема лабавих честица из нити | Причврсни завртњи; или хардвер за закључавање који се не осипа |
| Могућност чишћења | Компатибилан са крпама за чисте собе и растварачима | Нема оштрих углова, пукотина или порозних површина |
Производња и монтажа у чистим условима
Сама монтажа грејне плоче за чисту просторију треба да се изведе у чистом окружењу. Чишћење и паковање након склапања су критични. Након коначног склапања, плоча је обично:
Ултразвучно очишћено у дејонизованој води или одговарајућем растварачу
Исперите изопропил алкохолом
Сушено у пећи са ламинарним протоком
Двоструко упаковано у полиетиленске или антистатичке кесе за чисте просторије
Свако руковање током уградње мора користити рукавице компатибилне са чистим просторима како би се избегло преношење уља или честица на површину плоче.
Уобичајене замке које треба избегавати
Коришћење алуминијумских плоча са елоксираним премазима– Анодизирани слојеви могу пуцати под термичким циклусом, ослобађајући абразивне честице.
Наношење стандардних силиконских РТВ заптивача– Многи силиконски заптивачи испуштају силоксане мале молекуларне тежине који контаминирају оптичке или електронске површине.
Уградња незаптивених прикључних кутија– Стандардно НЕМА 1 кућиште дозвољава излазак честица и треба га заменити кутијом са ИП65 ознаком.
Занемаривање чистоће затварача– Стандардни поцинчани шрафови уклањају честице; потребни су вијци од нерђајућег челика са пасивираним површинама.
Закључак
Грејне плоче за чисте просторе захтевају пажљиву пажњу на материјале, завршну обраду, својства испуштања гасова и заптивање како би се одржала чистоћа животне средине. Нерђајући челик 316Л са електрополираном или пасивираном површином је пожељан материјал због ниског одвајања честица и отпорности на корозију. ПТФЕ се може користити као премаз или као чврста плоча само ако се наноси без ризика од љуштења. Сва електрична кућишта морају да буду заптивена до ИП65 или више, а све неметалне компоненте (изолација жица, лепкови, мазива) морају да испуњавају стандарде са ниским нивоом гаса као што је НАСА АСТМ Е595. Контрола контаминације се протеже на сваку компоненту у процесу-од материјала плоче до масти на навоју завртња. Правилно дизајнирана грејна плоча за чисту просторију омогућава прецизну термичку контролу без угрожавања животне средине без честица која је неопходна за производњу полупроводника, фармацеутских производа и ваздухопловства.
