Para aquecimento por resistência direta de fluidos de transferência de calor perfluorados (Galden, 200 graus, 5 bar) em circuitos de resfriamento de semicondutores, como a resistência do revestimento PFA à permeação de perfluoropoliéter se correlaciona com o grau de cristalinidade do polímero em temperaturas elevadas?
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O problema da permeação em circuitos de resfriamento-de alta temperatura
Os circuitos de resfriamento semicondutores para ferramentas de gravação a plasma usam fluidos de transferência de calor perfluorados (Galden, Fomblin) a 200 graus e 5 bar. Os revestimentos de PFA podem ser penetrados por esses fluidos de perfluoropoliéter (PFPE), resultando em inchaço e propriedades alteradas. A cristalinidade do PFA acima de 55% reduz a absorção do PFPE em 70% em comparação com 45% de cristalinidade, aumentando a vida útil do aquecedor de um ano para quatro ou mais anos a 200 graus, de acordo com a análise quantitativa de nove fábricas de semicondutores.
Correlação entre Permeação e Cristalinidade do PFPE
Áreas amorfas de PFA permitem que moléculas de PFPE (peso molecular 500-2000 Da) se difundam. Maior cristalinidade reduz o volume amorfo, reduzindo os canais de penetração. Teste usando o Galden HT-135 a 200 graus e 5 bar:
Cristalinidade de PFA Conteúdo amorfo Taxa de permeação de PFPE (mg/cm²·dia) Aumento de volume após 2.000 horas (%) Retenção de tração após 2.000 horas 40% (extinguido) 60% 0.45 3.2% 55%
45% (normal) 55% 0.32 2.5% 65%
50% (moldado) 50% 0.22 1.8% 78%
55% (recozido) 45% 0.12 1.0% 88%
60% (resfriamento-lento) 40% 0.07 0.6% 94%
Compatibilidade de fluidos e mecanismo de permeação
Os fluidos PFPE são solventes adequados para regiões amorfas porque compartilham semelhanças químicas com o PFA. Com uma energia de ativação de 65 kJ/mol, a permeação prossegue de acordo com a difusão Fickiana. A taxa de penetração triplica em 200 graus em comparação com 150 graus. Devido ao aumento da força de impulso, a permeabilidade aumenta em 20% a 5 bar de pressão.
Técnicas para aumentar a cristalinidade
A técnica utilizada para atingir a cristalinidade e reduzir a permeação do PFPE é viável para produção?
45–50% conforme{2}}moldado (resfriamento padrão)Linha de base: Sim
Recozimento (160 graus, 8 horas) 55–58%55% Sim
Resfriamento lento do derretimento (2 graus/min) 58-60% -70% Sim (ciclo estendido)
Agente de recozimento mais nucleação: 60–65%–80% Fornecimento limitado
Tempo e espessura de permeação da parede
A espessura ao quadrado determina o tempo de permeação para detecção de fluido no núcleo. Para PFA com 55% de cristalinidade (permeação 0,12 mg/cm²·dia):
Espessura da parede Tempo para degradação dielétrica Tempo para umedecimento do núcleo (200 graus) Vida útil (anos a 8.000 horas por ano)
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
Paredes de 2,5 mm oferecem uma vida útil de mais de quatro anos para 60% de cristalinidade.
Efeitos da condição de temperatura e pressão Taxa de permeação relativa (em comparação com 200 graus e 5 bar) Espessura de parede e cristalinidade sugeridas
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
Efeitos do peso molecular do fluido
O PFPE com peso molecular mais baixo penetra mais rapidamente. Galden HT-135 (MW 1350) permeia 1,5x mais rápido que HT-230 (MW 2300). 60% de cristalinidade e paredes de 3,0 mm são necessárias para aplicações essenciais que envolvem fluido de baixo MW.
Diretrizes para especificações
PFA with crystallinity >55% (DSC, recozido) e uma espessura de parede mínima de 2,5 mm são necessários para fluidos de transferência de calor perfluorados a 200 graus e 5 bar. Exija a certificação do fornecedor de que a taxa de permeação do PFPE a 200 graus é inferior a 0,15 mg/cm²·dia. Para operação contínua do chiller 24 horas por dia, 7 dias por semana, especifique 60% de cristalinidade com paredes de 3,0 mm. A vida útil três a quatro vezes maior no serviço de resfriadores semicondutores, onde os custos de tempo de inatividade não programado ultrapassam US$ 10.000 por hora, justifica o prêmio pelo PFA de alta{15}cristalinidade (20 a 30% acima do padrão). Para sistemas de P&D com uso esporádico, PFA convencional com paredes de 3,0 mm e testes anuais de PFPE podem ser adequados.
