दृष्टिकोण तापमान जो आकार निर्धारित करता है
140 डिग्री पर सल्फ्यूरिक एसिड -हाइड्रोजन पेरोक्साइड मिश्रण का संचालन करने वाले अर्धचालक गीले बेंच को तापमान बनाए रखने के लिए हीट एक्सचेंजर की आवश्यकता होती है। सेवा द्रव 160 डिग्री पर भाप है, जो 20 डिग्री का दृष्टिकोण तापमान प्रदान करता है।
दृष्टिकोण तापमान उस बिंदु पर सेवा द्रव तापमान और प्रक्रिया द्रव तापमान के बीच का अंतर है जहां दो तरल पदार्थ निकटतम हैं। एक काउंटर-फ्लो हीट एक्सचेंजर में, निकटतम दृष्टिकोण प्रोसेस आउटलेट और सर्विस आउटलेट पर होता है। एक समानांतर -फ्लो हीट एक्सचेंजर में, निकटतम दृष्टिकोण प्रोसेस आउटलेट और सर्विस इनलेट पर होता है।
किसी दिए गए ताप भार के लिए, आवश्यक सतह क्षेत्र लॉग माध्य तापमान अंतर (एलएमटीडी) के व्युत्क्रमानुपाती होता है, जो दृष्टिकोण तापमान का एक कार्य है। एक छोटा दृष्टिकोण तापमान एक छोटा एलएमटीडी उत्पन्न करता है और एक बड़े सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है।
एलएमटीडी और भूतल क्षेत्र संबंध
लॉग माध्य तापमान अंतर की गणना हीट एक्सचेंजर के दोनों सिरों पर तापमान अंतर से की जाती है। 140 डिग्री पर प्रोसेस इनलेट, 140 डिग्री पर प्रोसेस आउटलेट (आइसोथर्मल प्रोसेस), 160 डिग्री पर सर्विस इनलेट और 150 डिग्री पर सर्विस आउटलेट के साथ काउंटर{1}}फ्लो व्यवस्था के लिए, एलएमटीडी लगभग 15 डिग्री है।
200 W/m²·K के समग्र ताप अंतरण गुणांक और 15 डिग्री के LMTD के साथ 20 किलोवाट देने वाले हीट एक्सचेंजर के लिए, आवश्यक सतह क्षेत्र 6.7 वर्ग मीटर है। यदि पहुंच तापमान 10 डिग्री तक कम हो जाता है, तो एलएमटीडी लगभग 7.5 डिग्री तक गिर जाता है, और आवश्यक सतह क्षेत्र 13.3 वर्ग मीटर तक बढ़ जाता है।
जब पहुंच तापमान आधा कर दिया जाता है तो सतह का क्षेत्रफल दोगुना हो जाता है। पूंजीगत लागत आनुपातिक रूप से बढ़ती है, और पदचिह्न भी बढ़ता है। सेमीकंडक्टर गीली बेंचों में, जहां उपलब्ध स्थान सीमित है, बड़ा सतह क्षेत्र संभव नहीं हो सकता है।
प्रक्रिया तापमान सहनशीलता बाधा
दृष्टिकोण तापमान प्रक्रिया तापमान सहनशीलता द्वारा बाधित होता है। सेमीकंडक्टर गीले प्रसंस्करण में, प्रक्रिया तापमान को एक सहनशीलता के भीतर बनाए रखा जाना चाहिए जो आमतौर पर ±1 डिग्री या उससे अधिक होता है। सेवा द्रव का तापमान गर्मी हस्तांतरण को चलाने के लिए पर्याप्त उच्च होना चाहिए, लेकिन इतना अधिक नहीं कि यह प्रक्रिया तापमान से अधिक हो जाए।
यदि सेवा द्रव तापमान प्रक्रिया तापमान के बहुत करीब है, तो गर्मी हस्तांतरण दर कम है, और हीट एक्सचेंजर बड़ा होना चाहिए। यदि सेवा द्रव का तापमान बहुत अधिक है, तो क्षणिक के दौरान प्रक्रिया का तापमान बढ़ सकता है, और नियंत्रण प्रणाली को अधिक परिष्कृत होना चाहिए।
इष्टतम दृष्टिकोण तापमान वह है जो नियंत्रण जटिलता के विरुद्ध हीट एक्सचेंजर आकार को संतुलित करता है। एक बड़ा दृष्टिकोण तापमान हीट एक्सचेंजर के आकार को कम कर देता है लेकिन नियंत्रण जटिलता और ओवरशूट के जोखिम को बढ़ा देता है। एक छोटा दृष्टिकोण तापमान हीट एक्सचेंजर के आकार को बढ़ाता है लेकिन अधिक नियंत्रण मार्जिन प्रदान करता है।
सेवा द्रव उपलब्धता बाधा
सेवा द्रव की उपलब्धता से दृष्टिकोण का तापमान भी बाधित होता है। भाप सीमित संख्या में दबावों पर उपलब्ध होती है, और प्रत्येक दबाव के अनुरूप संतृप्त तापमान निश्चित होता है। 140 डिग्री पर एक प्रक्रिया के लिए, 4 बार पर भाप 152 डिग्री का संतृप्त तापमान प्रदान करती है, जो 12 डिग्री का दृष्टिकोण तापमान देती है। 6 बार पर भाप 165 डिग्री का संतृप्त तापमान प्रदान करती है, जो 25 डिग्री का दृष्टिकोण तापमान देती है।
भाप के दबाव का चुनाव दृष्टिकोण तापमान और हीट एक्सचेंजर का आकार निर्धारित करता है। एक उच्च भाप दबाव एक बड़ा दृष्टिकोण तापमान और एक छोटा हीट एक्सचेंजर प्रदान करता है, लेकिन उच्च तापमान ट्यूब दीवार के तापमान और पीटीएफई की गिरावट दर को बढ़ाता है।
सेमीकंडक्टर सेवा में शुद्धता बाधा
सेमीकंडक्टर गीले प्रसंस्करण में, हीट एक्सचेंजर को प्रक्रिया द्रव में संदूषण नहीं लाना चाहिए। ट्यूब की दीवार का तापमान पीटीएफई की लीचिंग दर को प्रभावित करता है, और उच्च दीवार का तापमान लीचिंग दर को बढ़ाता है। दृष्टिकोण तापमान किसी दिए गए ताप प्रवाह के लिए दीवार का तापमान निर्धारित करता है।
छोटे दृष्टिकोण तापमान के लिए बड़े सतह क्षेत्र और कम ताप प्रवाह की आवश्यकता होती है, जिससे ट्यूब की दीवार का तापमान और लीचिंग दर कम हो जाती है। एक बड़ा दृष्टिकोण तापमान एक छोटे सतह क्षेत्र और उच्च ताप प्रवाह की अनुमति देता है, जिससे दीवार का तापमान और लीचिंग दर बढ़ जाती है।
इसलिए शुद्धता की आवश्यकता छोटे दृष्टिकोण तापमान और बड़े हीट एक्सचेंजर की पक्षधर है। यह समझौता बड़े हीट एक्सचेंजर की पूंजीगत लागत और कम लीचिंग दर के शुद्धता लाभ के बीच है।
सेमीकंडक्टर गीले प्रसंस्करण के लिए दृष्टिकोण तापमान की तुलना करना
निम्नलिखित तालिका 20 किलोवाट हीट लोड के साथ 140 डिग्री पर संचालित सेमीकंडक्टर वेट बेंच में विभिन्न दृष्टिकोण तापमानों के लिए हीट एक्सचेंजर के आकार और प्रदर्शन का सारांश देती है।
| दृष्टिकोण तापमान | एलएमटीडी | आवश्यक सतह क्षेत्र | गर्मी का प्रवाह | ट्यूब दीवार का तापमान | निक्षालन दर | पूंजीगत लागत |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 5 डिग्री | 4 डिग्री | 25 m² | 0.8 डब्ल्यू/सेमी² | 155 डिग्री | बहुत कम | $52,000 |
| 10 डिग्री | 8 डिग्री | 12.5 m² | 1.6 डब्लू/सेमी² | 170 डिग्री | कम | $32,000 |
| 15 डिग्री | 12 डिग्री | 8.3 m² | 2.4 डब्ल्यू/सेमी² | 185 डिग्री | मध्यम | $24,000 |
| 20 डिग्री | 16 डिग्री | 6.3 m² | 3.2 डब्ल्यू/सेमी² | 200 डिग्री | उच्च | $19,000 |
| 25 डिग्री | 20 डिग्री | 5.0 m² | 4.0 डब्ल्यू/सेमी² | 215 डिग्री | बहुत ऊँचा | $16,000 |
| 30 डिग्री | 24 डिग्री | 4.2 m² | 4.8 डब्ल्यू/सेमी² | 230 डिग्री | चरम | $14,000 |
ट्यूब दीवार के तापमान की गणना 0.8 मिमी पीटीएफई दीवार के लिए ताप प्रवाह और ट्यूब दीवार थर्मल प्रतिरोध से की जाती है। लीचिंग दर दीवार के तापमान और उच्च शुद्धता वाले एसिड सेवा में पीटीएफई के ज्ञात लीचिंग व्यवहार के आधार पर एक गुणात्मक मूल्यांकन है।
दृष्टिकोण तापमान की व्यावहारिक सीमाएँ
सेमीकंडक्टर गीले प्रसंस्करण में दृष्टिकोण तापमान की व्यावहारिक सीमाएं हीट एक्सचेंजर आकार और दीवार के तापमान के बीच व्यापार-बंद द्वारा निर्धारित की जाती हैं। बहुत छोटे दृष्टिकोण तापमान के लिए एक बहुत बड़े हीट एक्सचेंजर की आवश्यकता होती है, जो उपलब्ध स्थान में फिट नहीं हो सकता है। बहुत बड़े दृष्टिकोण तापमान के लिए बहुत अधिक दीवार तापमान की आवश्यकता होती है, जो पीटीएफई की गिरावट सीमा से अधिक हो सकता है।
अधिकांश अर्धचालक गीले प्रसंस्करण अनुप्रयोगों के लिए, व्यावहारिक दृष्टिकोण तापमान सीमा 10-20 डिग्री है। 10 डिग्री से नीचे, हीट एक्सचेंजर अव्यवहारिक रूप से बड़ा हो जाता है। 20 डिग्री से ऊपर, दीवार का तापमान इतना अधिक हो जाता है कि पीटीएफई क्षरण और लीचिंग दर में तेजी आ सकती है।
डिज़ाइन सुविधाएँ जो छोटे दृष्टिकोण तापमान की अनुमति देती हैं
कई डिज़ाइन सुविधाएँ हीट एक्सचेंजर के आकार में अत्यधिक वृद्धि के बिना एक छोटे दृष्टिकोण तापमान की अनुमति देती हैं।
उच्च चालकता ट्यूब सामग्री।0.5 W/m·K की तापीय चालकता वाले एक भरे हुए PTFE यौगिक में वर्जिन PTFE का आधा दीवार थर्मल प्रतिरोध होता है। कम प्रतिरोध समान दीवार तापमान के लिए उच्च ताप प्रवाह की अनुमति देता है, जिससे आवश्यक सतह क्षेत्र कम हो जाता है।
पतली ट्यूब दीवार.एक पतली दीवार थर्मल प्रतिरोध को कम करती है और समान दीवार तापमान के लिए उच्च ताप प्रवाह की अनुमति देती है। 0.5 मिमी की दीवार में 1.0 मिमी की दीवार का आधा तापीय प्रतिरोध होता है।
उच्च प्रवाह वेग.उच्च प्रवाह वेग ट्यूब की दीवार के दोनों किनारों पर फिल्म गुणांक को बढ़ाता है, जिससे समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक बढ़ता है और आवश्यक सतह क्षेत्र कम हो जाता है।
उन्नत ट्यूब सतह.पंख या खांचे वाली एक ट्यूब की सतह प्रति इकाई लंबाई सतह क्षेत्र और फिल्म गुणांक को बढ़ाती है। बढ़ी हुई सतह हीट एक्सचेंजर के आकार में अत्यधिक वृद्धि के बिना एक छोटे दृष्टिकोण तापमान की अनुमति देती है।
स्प्लिट हीट एक्सचेंजर कॉन्फ़िगरेशन।ताप भार को दो छोटे ताप विनिमायकों के बीच विभाजित करने से प्रत्येक इकाई को एक बड़ी इकाई के स्थान दंड के बिना छोटे दृष्टिकोण तापमान पर काम करने की अनुमति मिलती है।
सेमीकंडक्टर वेट प्रोसेसिंग के लिए विशिष्टता पैरामीटर
सेमीकंडक्टर गीले प्रसंस्करण के लिए पीटीएफई हीट एक्सचेंजर निर्दिष्ट करने वाले उपकरण इंजीनियरों को आपूर्तिकर्ता के साथ निम्नलिखित मापदंडों की पुष्टि करनी चाहिए।
प्रक्रिया तापमान.प्रक्रिया तापमान और सहनशीलता निर्दिष्ट करें।
सेवा द्रव तापमान.सेवा द्रव तापमान और उपलब्ध दबाव निर्दिष्ट करें।
तापमान तक पहुंचें.प्रक्रिया सहनशीलता और सेवा द्रव उपलब्धता के आधार पर दृष्टिकोण तापमान निर्दिष्ट करें।
ताप भार और सतह क्षेत्र।ताप भार और आवश्यक सतह क्षेत्र निर्दिष्ट करें।
गर्मी का प्रवाह।दीवार की तापमान सीमा के आधार पर अधिकतम स्वीकार्य ताप प्रवाह निर्दिष्ट करें।
ट्यूब दीवार की मोटाई।ताप प्रवाह और स्वीकार्य दीवार तापमान के आधार पर ट्यूब की दीवार की मोटाई निर्दिष्ट करें।
ट्यूब सामग्री.दीवार के तापमान और लीचिंग दर के आधार पर ट्यूब सामग्री निर्दिष्ट करें।
शुद्धता की आवश्यकता.धातु आयनों, कणों और कार्बनिक यौगिकों के लिए अधिकतम स्वीकार्य संदूषण स्तर निर्दिष्ट करें।
जगह की कमी.उपलब्ध स्थान और अधिकतम स्वीकार्य पदचिह्न निर्दिष्ट करें।
प्रक्रिया आवश्यकताओं के लिए दृष्टिकोण तापमान का मिलान
दृष्टिकोण तापमान अर्धचालक गीले प्रसंस्करण के लिए पीटीएफई हीट एक्सचेंजर में एलएमटीडी, आवश्यक सतह क्षेत्र और ट्यूब दीवार का तापमान निर्धारित करता है। एक छोटे दृष्टिकोण तापमान के लिए एक बड़े हीट एक्सचेंजर की आवश्यकता होती है लेकिन यह कम दीवार का तापमान और कम लीचिंग दर प्रदान करता है। एक बड़ा दृष्टिकोण तापमान एक छोटे हीट एक्सचेंजर की अनुमति देता है लेकिन दीवार के तापमान और लीचिंग दर को बढ़ाता है।
प्रक्रिया सहनशीलता, सेवा द्रव उपलब्धता, शुद्धता की आवश्यकता और स्थान की कमी के आधार पर दृष्टिकोण तापमान का चयन किया जाना चाहिए। गर्मी हस्तांतरण गणना और लागत डेटा के साथ एक सरल स्प्रेडशीट मॉडल इष्टतम दृष्टिकोण तापमान का चयन करने के लिए आवश्यक जानकारी प्रदान करता है।
पीटीएफई हीट एक्सचेंजर विकल्पों का मूल्यांकन करने वाली अर्धचालक गीली प्रसंस्करण सुविधाओं के लिए, खरीद दस्तावेजों में दृष्टिकोण तापमान निर्दिष्ट किया जाना चाहिए और कमीशनिंग पर सत्यापित किया जाना चाहिए। निर्माता द्वारा प्रदान किया गया डिफ़ॉल्ट कॉन्फ़िगरेशन शुद्धता के बजाय कॉम्पैक्टनेस के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, और परिणामस्वरूप दीवार का तापमान गिरावट सीमा से अधिक हो सकता है।
सेमीकंडक्टर गीले प्रसंस्करण या अन्य उच्च शुद्धता सेवा के लिए पीटीएफई हीट एक्सचेंजर विनिर्देशों का मूल्यांकन करने वाले उपकरण इंजीनियर और खरीद विशेषज्ञ प्रक्रिया तापमान, सेवा द्रव तापमान, दृष्टिकोण तापमान, गर्मी प्रवाह, ट्यूब दीवार मोटाई और ट्यूब सामग्री को कवर करते हुए एक डिजाइन समीक्षा का अनुरोध कर सकते हैं ताकि यह पुष्टि की जा सके कि इकाई सुविधा की वास्तविक प्रक्रिया आवश्यकताओं और शुद्धता बाधाओं से मेल खाती है।
