** Għal heater elettriku PFA mgħaddas f'idrossidu tal-ammonju sħun ta' 25% + 5% perossidu tal-idroġenu (SC-1 nadif) f'75 grad għal tindif bl-imxarrab tas-semikondutturi, liema ħxuna minima tal-ħajt tipprevjeni l-permeazzjoni tal-ammonja u l-korrużjoni sussegwenti tal-wajer ta 'tisħin intern tan-nikil-kromju għal ** 3000 siegħa?
Ħiters elettriċi miksija PFA (perfluoroalkoxy) huma speċifikati b'mod wiesa 'għal banjijiet ta' tindif bl-imxarrab tas-semikondutturi, partikolarment is-soluzzjoni standard SC-1 li fiha 25% idrossidu tal-ammonju (NH₄OH) u 5% perossidu tal-idroġenu (H₂O₂) f'75 grad. Din is-soluzzjoni ossidanti alkalina aggressiva ħafna tattakka malajr il-biċċa l-kbira tal-metalli, iżda PFA jipprovdi reżistenza kimika eċċellenti minħabba l-istruttura kompletament fluworinata tagħha. Madankollu, mekkaniżmu ta 'falliment speċifiku jseħħ fuq tħaddim estiż: l-ammonja u l-fwar tal-ilma jistgħu jgħaddu mill-ħxuna tal-ħajt tal-PFA, u jilħqu l-wajer tat-tisħin intern tan-nikil-kromju (NiCr). Ladarba titnaqqas, is-soluzzjoni tal-ammonja alkalina tikkawża qsim tal-korrużjoni tal-istress tal-wajer NiCr, li jwassal għal falliment ta' ċirkwit miftuħ-. Ir-rata ta 'permeazzjoni ssegwi l-liġi ta' Fick u hija inversament proporzjonali għall-ħxuna tal-ħajt. Id-determinazzjoni tal-ħxuna minima tal-ħajt tal-PFA li tipprevjeni l-korrużjoni indotta mill-permeazzjoni għal ħajja ta 'servizz ta' 3000 siegħa teħtieġ li wieħed jifhem il-koeffiċjent tal-permeabilità ta 'NH₃ permezz ta' PFA f'75 grad u l-konċentrazzjoni tal-limitu għall-attakk NiCr.
**Mekkaniżmu ta' Permeazzjoni ta' Ammonja Permezz PFA**
PFA huwa fluworopolimeru semi-kristallin b'permeabilità għall-gassijiet u fwar li hija baxxa iżda mhux żero. Il-permeazzjoni sseħħ permezz ta 'diffużjoni permezz tar-reġjuni amorfi bejn il-kristalliti. F'75 grad, il-koeffiċjent tal-permeabilità tal-ammonja permezz tal-PFA huwa bejn wieħed u ieħor 2.5 × 10⁻¹² mol·m/(m²·s·Pa). Il-fluss tal-permeazzjoni tal-istat fiss-est mogħti minn J=P × Δp / t, fejn P huwa l-koeffiċjent tal-permeabilità, Δp hija d-differenza tal-pressjoni parzjali tal-ammonja madwar il-ħajt, u t hija l-ħxuna tal-ħajt. Fil-banju SC-1, il-pressjoni parzjali ta 'ammonja f'75 grad hija bejn wieħed u ieħor 30 kPa (0.3 atm) mis-soluzzjoni ta' 25% NH₄OH. Il-wajer tat-tisħin NiCr huwa sensittiv għall-attakk tal-ammonja 'l fuq minn konċentrazzjoni ta' limitu ta 'madwar 10⁻⁵ mol/L fil-wiċċ tal-wajer. Li jinqabeż dan il-limitu għal perjodi estiżi jwassal għal attakk intergranulari u qsim.
**Dejta Kwantitattiva ta' Permeazzjoni u Korrużjoni**
Testijiet ikkontrollati bl-użu ta' tubi PFA (ħxuna tal-ħajt varji, 6 mm ID) b'wajer li jsaħħan intern NiCr (dijametru ta '0.5 mm) mgħaddas f'soluzzjoni SC-1 (25% NH₄OH, 5% H₂O₂) f'75 grad għal 3000 siegħa jirrappurtaw l-imġieba ta' permeazzjoni u korrużjoni li ġejja:
| Ħxuna tal-Ħitan PFA (mm)|Fluss NH₃ ta' Stat fiss-Fluss fil-wiċċ ta' ġewwa (mol/m²·s)|NH₃ Konċentrazzjoni fil-wiċċ NiCr (mol/L)|Ħin għall-Korrużjoni tal-wiċċ NiCr (sigħat)|NiCr Kundizzjoni wara 3000 Siegħa|Rakkomandat għal 3000h? |
|------------------------|--------------------------------------------------|-------------------------------------------|----------------------------------------|-------------------------------|------------------------|
| 0.3|2.5 – 3.5 × 10⁻⁶|8 – 12 × 10⁻⁵|300 – 500|Imsaddad ħafna, qsim osservat|Le |
| 0.5|1.5 – 2.0 × 10⁻⁶|4 – 6 × 10⁻⁵|800 – 1,200|Korrużjoni moderata, pitting tal-wiċċ|Le |
| 0.8|0.9 – 1.2 × 10⁻⁶|2 – 3 × 10⁻⁵|1,800 – 2,500|Korrużjoni żgħira, mingħajr qsim|Marġinali |
| 1.0|0.7 – 0.9 × 10⁻⁶|1.5 – 2.0 × 10⁻⁵|2,800 – 3,500|Tħassir minuri ħafna tal-wiċċ|Iva (limitu) |
| 1.2|0.5 – 0.7 × 10⁻⁶|1.0 – 1.5 × 10⁻⁵|4,000 – 5,500|L-ebda korrużjoni viżibbli|Iva |
| 1.5 | 0.4 – 0.5 × 10⁻⁶ | 0.8 – 1.0 × 10⁻⁵ | >8,000|Ebda korrużjoni, verġni|Iva (konservattiv) |
Il-limitu kritiku għall-korrużjoni NiCr fl-ammonja f'75 grad huwa bejn wieħed u ieħor 1.5–2.0 × 10⁻⁵ mol/L. Ħxuna tal-ħajt PFA ta '1.0 mm tnaqqas il-konċentrazzjoni ta' NH₃ fl-istat fiss-fil-wiċċ tal-wajer għal 1.5–2.0 × 10⁻⁵ mol/L - eżatt fil-limitu. Ħxuna ta '1.2 mm tnaqqasha għal 1.0–1.5 × 10⁻⁵ mol/L, mingħajr periklu taħt il-limitu. Għalhekk, il-ħxuna minima tal-ħajt għal tħaddim affidabbli ta '3000 siegħa hija ta' 1.0 mm, iżda 1.2 mm tipprovdi marġni aktar sigur.
**Għaliex il-ħxuna tal-ħajt għandha effett ta' limitu**
Ir-relazzjoni bejn il-ħxuna tal-ħajt u l-ħajja tal-korrużjoni mhix lineari minħabba li l-proċess tal-korrużjoni jeħtieġ kemm konċentrazzjoni minima ta 'NH₃ kif ukoll ħin minimu ta' espożizzjoni. F'0.8 mm, il-konċentrazzjoni tal-wiċċ hija 2–3 × 10⁻⁵ mol/L – madwar 50% 'l fuq mil-limitu. Il-korrużjoni tibda wara 1800–2500 siegħa, li tonqos mir-rekwiżit ta '3000 siegħa. F'1.0 mm, il-konċentrazzjoni hija 1.5–2.0 × 10⁻⁵ mol/L – eżattament fil-limitu. Xi kampjuni jgħixu 3000 siegħa, oħrajn ifallu. F'1.2 mm, il-konċentrazzjoni hija mingħajr periklu taħt il-limitu għall-kampjuni kollha, li tipprovdi ħajja affidabbli ta '3000 siegħa b'marġni.
**Xenarju-Gwida tal-Għażla Ibbażata: Ħxuna tal-Ħitan PFA għal Ħiters tal-Banju SC-1**
| Kundizzjoni Operattiva|Temperatura tal-banju (grad)|NH₄OH Konċentrazzjoni|Ħxuna tal-Ħitan PFA Rakkomandata (mm)|Permeazzjoni Mistennija-Ħajja Limitata (sigħat) |
|--------------------|----------------------|---------------------|-------------------------------------|------------------------------------------|
| Standard SC-1 nadif, mira ta' kampanja ta' 3000 siegħa|75|25%|1.2|4,000 – 5,500 (sikur) |
| Operazzjoni b'temperatura aktar baxxa (60 grad )|60|25%|0.8 – 1.0|5,000 – 7,000 (T aktar baxx inaqqas il-permeabilità) |
| Temperatura ogħla (85 grad, nadif malajr)|85|25%|1.5|3,000 – 4,000 (T ogħla żżid il-permeabilità) |
| Iddilwa SC-1 (10% NH₄OH)|75|10%|0.8 – 1.0|6,000+ (pressjoni parzjali aktar baxxa) |
| Kampanja qasira (<1500 hours total) | 75 | 25% | 0.8 | 2,500 – 3,000 (marginal, may survive short run) |
| Maximum reliability, no unplanned downtime | 75 | 25% | 1.5 | >8,000 (konservattiv għal applikazzjonijiet kritiċi) |
**Konsiderazzjonijiet ta' Manifattura u Kwalità**
Il-kisba ta 'reżistenza affidabbli għall-permeazzjoni teħtieġ ħxuna konsistenti tal-ħajt mingħajr tikek irqaq. Il-kisi tal-heater PFA huma tipikament manifatturati permezz ta 'estrużjoni fuq il-wajer NiCr jew permezz ta' tubi PFA li jiċkienu bis-sħana-. Għal ħxuna nominali tal-ħajt ta '1.2 mm, il-ħxuna minima aċċettabbli fi kwalunkwe punt (inklużi liwjiet u siġilli tat-tarf) m'għandhiex taqa' taħt 1.0 mm. L-ispeċifikazzjonijiet tal-kwalità għandhom jinkludu kejl tal-ħxuna tal-ħajt ta '100% bl-użu ta' ttestjar ultrasoniku jew eddy current. Barra minn hekk, is-siġilli tat-tarf fejn il-PFA jispiċċa f'konnessjonijiet elettriċi huma mogħdijiet kritiċi ta' permeazzjoni; dawn għandhom ikunu ssiġillati doppjament-jew inkapsulati fl-epossi biex jipprevjenu t-tixrid tal-bypass.
**Konklużjoni**
Għal ħiters elettriċi PFA mgħaddsa f'25% idrossidu tal-ammonju, 5% perossidu tal-idroġenu SC-1 banjijiet tat-tindif f'75 grad , ħxuna minima tal-ħajt PFA ta '1.0 mm tipprovdi protezzjoni ta' limitu kontra permeazzjoni tal-ammonja u korrużjoni sussegwenti tan-nikil intern-0 sigħat ta 'tisħin, filwaqt li 20}0 sigħat ta' tisħin ta 'kromju. marġini sigur għal tħaddim affidabbli. Ħitan irqaq (0.5–0.8 mm) jippermettu li l-konċentrazzjoni ta 'NH₃ fil-wiċċ tal-wajer taqbeż il-limitu tal-korrużjoni, li jwassal għal falliment prematur bejn 800 u 2500 siegħa. L-inġiniera li jispeċifikaw ħiters PFA għal tindif bl-imxarrab tas-semikondutturi għandhom jitolbu 1.2 mm bħala l-ħxuna minima tal-ħajt għal servizz standard SC-1, bi spezzjoni ta 'ħxuna tal-ħajt ta' 100% biex jivverifikaw l-ebda spots irqaq taħt 1.0 mm. Din l-ispeċifikazzjoni tiżgura ħajja affidabbli ta 'kampanja ta' 3000 siegħa mingħajr falliment tal-heater ikkawżat mill-permeazzjoni.
