Artėjimo temperatūra, kuri nustato dydį
Puslaidininkiniame šlapiame stende, kuriame sieros rūgšties -vandenilio peroksido mišinys veikia 140 laipsnių temperatūroje, temperatūrai palaikyti reikalingas šilumokaitis. Eksploatacijos skystis yra 160 laipsnių garai, kurie užtikrina 20 laipsnių artėjimo temperatūrą.
Artėjimo temperatūra yra skirtumas tarp eksploatacinio skysčio temperatūros ir technologinio skysčio temperatūros toje vietoje, kur du skysčiai yra arčiausiai. Priešpriešinio srauto šilumokaityje arčiausiai priartėjama prie proceso išleidimo angos ir aptarnavimo išleidimo angos. Lygiagrečiame-srauto šilumokaityje arčiausiai priartėjama prie proceso išėjimo ir aptarnavimo įvado.
Tam tikrai šilumos apkrovai reikalingas paviršiaus plotas yra atvirkščiai proporcingas vidutiniam temperatūros skirtumui (LMTD), kuris yra artėjimo temperatūros funkcija. Mažesnė artėjimo temperatūra sukuria mažesnį LMTD ir reikalauja didesnio paviršiaus ploto.
LMTD ir paviršiaus ploto santykis
Vidutinis temperatūros skirtumas apskaičiuojamas pagal temperatūrų skirtumus abiejuose šilumokaičio galuose. Prieš-srauto įrengimo su proceso įvadu 140 laipsnių kampu, proceso išėjimu 140 laipsnių kampu (izoterminis procesas), aptarnavimo įvadu 160 laipsnių kampu ir aptarnavimo išėjimu 150 laipsnių kampu, LMTD yra maždaug 15 laipsnių .
20 kW galios šilumokaičiui, kurio bendras šilumos perdavimo koeficientas yra 200 W/m²·K, o LMTD 15 laipsnių, reikalingas paviršiaus plotas yra 6,7 m². Jei artėjimo temperatūra sumažinama iki 10 laipsnių, LMTD nukrenta iki maždaug 7,5 laipsnio, o reikalingas paviršiaus plotas padidėja iki 13,3 m².
Paviršiaus plotas padvigubėja, kai artėjimo temperatūra sumažėja perpus. Proporcingai didėja kapitalo sąnaudos, taip pat didėja pėdsakas. Puslaidininkiniuose šlapiuose suoluose, kur erdvė yra ribota, didesnio paviršiaus ploto gali būti neįmanoma.
Proceso temperatūros tolerancijos apribojimas
Artėjimo temperatūrą riboja proceso temperatūros tolerancija. Apdorojant puslaidininkį šlapiuoju būdu, proceso temperatūra turi būti palaikoma tolerancijos ribose, kuri paprastai yra ±1 laipsnis arba aukštesnė. Eksploatacinio skysčio temperatūra turi būti pakankamai aukšta, kad sukeltų šilumos perdavimą, bet ne tokia aukšta, kad ji viršytų proceso temperatūrą.
Jei eksploatacinio skysčio temperatūra yra per artima proceso temperatūrai, šilumos perdavimo greitis yra mažas, o šilumokaitis turi būti didelis. Jei eksploatacinio skysčio temperatūra yra per aukšta, proceso temperatūra pereinamųjų procesų metu gali peršokti, o valdymo sistema turi būti sudėtingesnė.
Optimali artėjimo temperatūra yra ta, kuri subalansuoja šilumokaičio dydį ir valdymo sudėtingumą. Didesnė artėjimo temperatūra sumažina šilumokaičio dydį, bet padidina valdymo sudėtingumą ir padidina viršijimo riziką. Mažesnė artėjimo temperatūra padidina šilumokaičio dydį, bet suteikia daugiau valdymo ribos.
Paslaugos skysčio prieinamumo apribojimas
Artėjimo temperatūrą taip pat riboja techninės priežiūros skysčio prieinamumas. Garai pasiekiami esant ribotam slėgių skaičiui, o kiekvieną slėgį atitinkanti prisotinta temperatūra yra fiksuota. Procesui esant 140 laipsnių 4 barų slėgiui garai užtikrina 152 laipsnių prisotintą temperatūrą, o tai leidžia pasiekti 12 laipsnių temperatūrą. 6 barų garai užtikrina prisotintą 165 laipsnių temperatūrą, o tai suteikia artėjančią 25 laipsnių temperatūrą.
Garų slėgio pasirinkimas lemia artėjimo temperatūrą ir šilumokaičio dydį. Didesnis garų slėgis užtikrina didesnę artėjimo temperatūrą ir mažesnį šilumokaitį, tačiau aukštesnė temperatūra padidina vamzdžio sienelės temperatūrą ir PTFE skilimo greitį.
Puslaidininkių tarnybos grynumo apribojimas
Puslaidininkių šlapio apdorojimo metu šilumokaitis neturi užteršti proceso skysčio. Vamzdžio sienelės temperatūra turi įtakos PTFE išplovimo greičiui, o aukštesnė sienelės temperatūra padidina išplovimo greitį. Artėjimo temperatūra nustato sienos temperatūrą tam tikram šilumos srautui.
Mažesnei artėjimo temperatūrai reikalingas didesnis paviršiaus plotas ir mažesnis šilumos srautas, o tai sumažina vamzdžio sienelės temperatūrą ir išplovimo greitį. Didesnė artėjimo temperatūra leidžia sumažinti paviršiaus plotą ir didesnį šilumos srautą, o tai padidina sienelės temperatūrą ir išplovimo greitį.
Todėl grynumo reikalavimas teikia pirmenybę mažesnei artėjimo temperatūrai ir didesniam šilumokaičiui. Kompromisas- yra tarp didesnio šilumokaičio kapitalo sąnaudų ir mažesnio išplovimo greičio grynumo naudos.
Puslaidininkių šlapiojo apdorojimo metodų temperatūrų palyginimas
Šioje lentelėje apibendrinamas šilumokaičio dydis ir našumas esant skirtingoms artėjimo temperatūroms puslaidininkiniame šlapiame stende, veikiančiame 140 laipsnių kampu su 20 kW šilumos apkrova.
| Artėjimo temperatūra | LMTD | Reikalingas paviršiaus plotas | Šilumos srautas | Vamzdžio sienelės temperatūra | Išplovimo greitis | Kapitalo sąnaudos |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 5 laipsnis | 4 laipsnis | 25 m² | 0,8 W/cm² | 155 laipsnių | Labai žemas | $52,000 |
| 10 laipsnių | 8 laipsnių | 12.5 m² | 1,6 W/cm² | 170 laipsnių | Žemas | $32,000 |
| 15 laipsnių | 12 laipsnių | 8.3 m² | 2,4 W/cm² | 185 laipsnių | Vidutinis | $24,000 |
| 20 laipsnių | 16 laipsnių | 6.3 m² | 3,2 W/cm² | 200 laipsnių | Aukštas | $19,000 |
| 25 laipsnių | 20 laipsnių | 5.0 m² | 4,0 W/cm² | 215 laipsnių | Labai aukštas | $16,000 |
| 30 laipsnių | 24 laipsnių | 4.2 m² | 4,8 W/cm² | 230 laipsnių | Ekstremalus | $14,000 |
Vamzdžio sienelės temperatūra apskaičiuojama pagal šilumos srautą ir vamzdžio sienelės šiluminę varžą 0,8 mm PTFE sienai. Išplovimo greitis yra kokybinis įvertinimas, pagrįstas sienelės temperatūra ir žinomu PTFE išplovimo elgesiu naudojant didelio-grynumo rūgštis.
Praktinės artėjimo temperatūros ribos
Praktinės artėjimo temperatūros ribos puslaidininkių apdirbimo šlapiuoju būdu nustatomos atsižvelgiant į šilumokaičio dydžio ir sienos temperatūros kompromisą. Labai mažai artėjimo temperatūrai reikia labai didelio šilumokaičio, kuris gali netilpti į turimą erdvę. Labai aukštai artėjimo temperatūrai reikalinga labai aukšta sienelės temperatūra, kuri gali viršyti PTFE degradacijos slenkstį.
Daugumoje puslaidininkių šlapio apdorojimo programų praktinis temperatūros diapazonas yra 10–20 laipsnių. Žemiau 10 laipsnių šilumokaitis tampa nepraktiškai didelis. Virš 20 laipsnių sienos temperatūra tampa pakankamai aukšta, kad paspartintų PTFE skilimą ir išplovimo greitį.
Dizaino ypatybės, leidžiančios pasiekti mažesnę temperatūrą
Kelios konstrukcijos ypatybės leidžia sumažinti artėjimo temperatūrą be pernelyg didelio šilumokaičio dydžio padidėjimo.
Didesnio laidumo vamzdžio medžiaga.Užpildyto PTFE junginio, kurio šilumos laidumas yra 0,5 W/m·K, sienelės šiluminė varža yra perpus mažesnė nei gryno PTFE. Mažesnė varža leidžia pasiekti didesnį šilumos srautą esant tokiai pačiai sienos temperatūrai, o tai sumažina reikiamą paviršiaus plotą.
Plonesnė vamzdžio sienelė.Plonesnė siena sumažina šiluminę varžą ir leidžia didesnį šilumos srautą esant tokiai pačiai sienos temperatūrai. 0,5 mm siena turi perpus mažesnę šiluminę varžą nei 1,0 mm siena.
Didesnis srauto greitis.Didesnis srauto greitis padidina plėvelės koeficientus abiejose vamzdžio sienelės pusėse, o tai padidina bendrą šilumos perdavimo koeficientą ir sumažina reikiamą paviršiaus plotą.
Patobulintas vamzdžio paviršius.Vamzdžio paviršius su pelekais arba grioveliais padidina paviršiaus plotą ilgio vienetui ir plėvelės koeficientą. Patobulintas paviršius leidžia sumažinti artėjimo temperatūrą be pernelyg didelio šilumokaičio dydžio padidėjimo.
Padalinta šilumokaičio konfigūracija.Padalijus šilumos apkrovą tarp dviejų mažesnių šilumokaičių, kiekvienas įrenginys gali veikti esant žemesnei artėjimo temperatūrai, nereikalaujant vietos vienam dideliam įrenginiui.
Puslaidininkių šlapiojo apdorojimo specifikacijos parametrai
Įrangos inžinieriai, nurodantys PTFE šilumokaitį puslaidininkių šlapiam apdorojimui, turėtų patvirtinti šiuos parametrus tiekėjui.
Proceso temperatūra.Nurodykite proceso temperatūrą ir toleranciją.
Aptarnavimo skysčio temperatūra.Nurodykite darbinio skysčio temperatūrą ir galimą slėgį.
Artėti prie temperatūros.Nurodykite artėjimo temperatūrą, atsižvelgdami į proceso toleranciją ir aptarnavimo skysčio prieinamumą.
Šilumos apkrova ir paviršiaus plotas.Nurodykite šilumos apkrovą ir reikiamą paviršiaus plotą.
Šilumos srautas.Nurodykite didžiausią leistiną šilumos srautą pagal sienos temperatūros ribą.
Vamzdžio sienelės storis.Nurodykite vamzdžio sienelės storį pagal šilumos srautą ir leistiną sienelės temperatūrą.
Vamzdžio medžiaga.Nurodykite vamzdžio medžiagą pagal sienelės temperatūrą ir išplovimo greitį.
Grynumo reikalavimas.Nurodykite didžiausius leistinus metalo jonų, dalelių ir organinių junginių užterštumo lygius.
Erdvės apribojimai.Nurodykite laisvą erdvę ir didžiausią leistiną plotą.
Požiūrio temperatūros atitikimas proceso reikalavimams
Artėjimo temperatūra nustato LMTD, reikiamą paviršiaus plotą ir vamzdžio sienelės temperatūrą PTFE šilumokaityje puslaidininkių šlapiam apdorojimui. Mažesnei artėjimo temperatūrai reikia didesnio šilumokaičio, tačiau užtikrinama žemesnė sienelės temperatūra ir mažesnis išplovimo greitis. Didesnė artėjimo temperatūra leidžia naudoti mažesnį šilumokaitį, tačiau padidina sienelės temperatūrą ir išplovimo greitį.
Priartėjimo temperatūra turėtų būti parinkta atsižvelgiant į proceso toleranciją, eksploatacinio skysčio prieinamumą, grynumo reikalavimus ir erdvės apribojimus. Paprastas skaičiuoklės modelis su šilumos perdavimo skaičiavimu ir sąnaudų duomenimis suteikia informaciją, reikalingą optimaliai artėjimo temperatūrai parinkti.
Puslaidininkinių šlapiojo apdorojimo įrenginių, vertinančių PTFE šilumokaičio galimybes, artėjimo temperatūra turi būti nurodyta pirkimo dokumentuose ir patikrinta pradedant eksploatuoti. Gamintojo pateikta numatytoji konfigūracija gali būti optimizuota kompaktiškumui, o ne grynumui, o gaunama sienelės temperatūra gali viršyti skilimo slenkstį.
Įrangos inžinieriai ir pirkimų specialistai, vertinantys PTFE šilumokaičio specifikacijas puslaidininkių šlapiam apdorojimui ar kitoms didelio{0}}grynumo paslaugoms, gali paprašyti projekto peržiūros, apimančios proceso temperatūrą, eksploatacinio skysčio temperatūrą, artėjimo temperatūrą, šilumos srautą, vamzdžio sienelės storį ir vamzdžio medžiagą, kad įsitikintų, jog įrenginys atitinka faktinius proceso reikalavimus ir įrenginio grynumo apribojimus.
