अर्धचालक और फार्मा यूपीडब्ल्यू सिस्टम के लिए स्टेनलेस स्टील: कैसे सूक्ष्म सतह समाप्ति उत्पाद उपज को प्रभावित करती है

अर्धचालक और फार्मा यूपीडब्ल्यू सिस्टम के लिए स्टेनलेस स्टील: कैसे सूक्ष्म सतह समाप्ति उत्पाद उपज को प्रभावित करती है

अर्धचालक निर्माण और औषधीय विनिर्माण में, अल्ट्रा-प्योर वाटर (UPW) उत्पादन की जान है। प्रति बिलियन (ppb) या प्रति ट्रिलियन (ppt) स्तरों पर भी संदूषण उत्पाद उपज को नष्ट कर सकता है। जबकि जल उपचार प्रक्रियाएं महत्वपूर्ण हैं, UPW को स्थानांतरित करने वाली सामग्री—आमतौर पर स्टेनलेस स्टील—का भी उतना ही महत्वपूर्ण योगदान होता है। स्टेनलेस स्टील घटकों की सूक्ष्म सतह समाप्ति सीधे संदूषण के जोखिम, बायोफिल्म निर्माण, और अंततः उत्पाद की उपज तय करती है। यहां यह समझाया गया है कि सतह समाप्ति क्यों महत्वपूर्ण है और इसे कैसे अनुकूलित किया जाए।

? 1. UPW सिस्टम में सतह समाप्ति क्यों अनिवार्य है

UPW को असाधारण शुद्धता मानकों को पूरा करना चाहिए:

• अर्धचालक : प्रतिरोधकता ≥18.2 MΩ·cm, कुल कार्बनिक कार्बन (TOC) <1 ppb।

• फार्मा : USP <643> और EP <2.2.29> दिशानिर्देशों के साथ अनुपालन।

खराब सतह बनाती है:

• जीवाणु चिपकने की साइटें : यहां तक कि नैनो-स्तर की खामियां भी बायोफिल्म को छिपाती हैं।

• कणों का छिटकाव : सूक्ष्म शिखर टूट जाते हैं, धातु संदूषकों को पेश करते हैं।

• संक्षारण प्रारंभ : रूखरूखापन दरार संक्षारण को तेज करता है, आयनों (Fe, Cr, Ni) को मुक्त करता है।

? 2. सतह की खत्म दर का मापन: Ra बनाम Rmax

• Ra (अंकगणितीय औसत रूखरूखापन) : सबसे आम माप है, लेकिन UPW के लिए अपर्याप्त। Ra ≤0.5 µm होने पर भी "शिखर और घाटी" दोष छिपे हो सकते हैं।

• Rmax (अधिकतम शिखर से घाटी की ऊंचाई) : UPW सिस्टम के लिए महत्वपूर्ण। Rmax ≤0.5 µm निर्दिष्ट करने से कोई चरम बाहरी बिंदु नहीं होते।

• इलेक्ट्रोपॉलिश्ड फिनिश : स्वर्ण मानक। यह सूक्ष्म-शिखरों को समतल करता है, निष्क्रिय परत निर्माण में सुधार करता है और प्रभावी सतह क्षेत्र को कम करता है।

⚙️ 3. सतह खत्म कंटमिनेशन पर कैसे प्रभाव डालती है

ए. जीवाणु उपनिवेश

• खुरदरी सतहें (Ra >0.8 µm) जीवाणुओं के लिए सुरक्षित आवास प्रदान करती हैं, जैसे स्यूडोमोनास या राल्स्टोनिया जो UPW में समृद्ध होती है।

• परिणाम बायोफिल्म पानी में कोशिकाओं और एंडोटॉक्सिन्स को छोड़ती है, जिससे वेफर दोष या इंजेक्टेबल दवा में संदूषण का खतरा होता है।

बी. कण उत्पादन

• अपघर्षित सतहें प्रवाह की उबाल के दौरान कणों को छोड़ती हैं।

• अर्धचालकों में, ये कण वेफर पर खरोंच या प्रकाश उत्कीर्णन दोष उत्पन्न करते हैं।

सी. धातु आयन लीचिंग

• सूक्ष्म दरारें जल को फंसा लेती हैं, जिससे स्थानीय संक्षारण और आयन मुक्ति (उदाहरण के लिए, Fe³⁺, Cr⁶⁺) होती है।

• प्रभाव : धातु आयन फार्मा में अवांछित अभिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं या चिप्स में परावैद्युत लब्धि को कम करते हैं।

?️ 4. परिष्करण की सही तकनीक कैसे प्राप्त करें: यांत्रिक बनाम विद्युत्-पॉलिशिंग

यांत्रिक पॉलिशिंग

• प्रक्रिया : एब्रेसिव पैड के साथ क्रमिक ग्राइंडिंग (उदाहरण के लिए, 80 से 600 ग्रिट)।

• सीमा : धातु की सतह को फैलाता है, ऑक्साइडों को अंतर्निहित करता है और भविष्य में कणों के मुक्त होने के स्थानों को बनाता है।

• अधिकतम प्राप्त संभव : Ra ≈0.3 µm (अच्छा, लेकिन UPW के लिए आदर्श नहीं)।

इलेक्ट्रोपॉलिशिंग

• प्रक्रिया : अम्ल स्नान (उदाहरण के लिए, फॉस्फोरिक-सल्फ्यूरिक अम्ल) में एनोडिक घुलनशीलता सतह के ~20–40 µm को हटा देता है।

• लाभ :

  • Ra को ≤0.15 µm तक और Rmax को ≤0.5 µm तक कम कर देता है।

  • सतह को एक मोटी, समान क्रोमियम ऑक्साइड परत के साथ सील कर देता है।

  • एम्बेडेड संदूषकों और सूक्ष्म दरारों को समाप्त कर देता है।

• आवश्यक मानक : पैसीवेशन के लिए ASTM B912 और इलेक्ट्रोपॉलिशिंग के लिए SEMI F19 का पालन करें।

✅ 5. सामग्री चयन: 316L से परे

जबकि 316L मानक है, विचार करें:

• कम-कार्बन वेरिएंट : 316L में <0.02% C के साथ वेल्डिंग के दौरान संवेदनशीलता को रोकता है।

• इलेक्ट्रोपॉलिशिंग-ग्रेड (EP) : मिल्स 316L-EP की आपूर्ति सघन समावेश नियंत्रण के साथ आपूर्ति करते हैं (उदाहरण के लिए, सल्फर <0.001%)।

• वैकल्पिक मिश्र धातुएँ : अत्यधिक अनुप्रयोगों के लिए, 904L या 6% Mo मिश्र धातुएं (उदाहरण के लिए, 254 SMO) बेहतर संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करती हैं।

? 6. सत्यापन और परीक्षण

सतह प्रोफ़ाइलमापन

• Ra/Rmax की पुष्टि करने के लिए संपर्क (स्टाइलस) या गैर-संपर्क (लेजर) प्रोफ़ाइलमीटर का उपयोग करें।

फेरोक्सिल परीक्षण

• मुक्त आयरन संदूषण का पता लगाता है—यांत्रिक पॉलिशिंग के बाद एक सामान्य समस्या।

जल परीक्षण

• अपवाह जल में TOC, एंडोटॉक्सिन और कणों की संख्या की निगरानी करें।

• स्वीकृति मानदंड : ≤5 कण/मिलीलीटर (आकार ≥0.1 µm के लिए) और एंडोटॉक्सिन <0.001 EU/मिलीलीटर।

? 7. रखरखाव: सतहों को निर्मल बनाए रखना

• निष्क्रियता : क्रोमियम परत को नवीकृत करने के लिए ASTM A967 के अनुसार नियतकालिक नाइट्रिक या सिट्रिक एसिड पासीवेशन।

• रासायनिक सफाई : क्लोराइड युक्त साफ करने वाले पदार्थों से बचें। बायोफिल्म के लिए ओजोन या हाइड्रोजन पेरोक्साइड का उपयोग करें।

• निरीक्षण : पाइप और टैंकों में रौग (आयरन ऑक्साइड) निर्माण के लिए नियमित बोर्स्कोप जांच।

? 8. केस स्टडी: सतही फिनिश में सुधार से उत्पादन में वृद्धि

• समस्या : 7 एनएम वेफरों पर लगातार कण दोषों का अनुभव करते हुए एक अर्धचालक फैब।

• मूल कारण : Ra ≈0.6 µm (यांत्रिक रूप से पॉलिश किया हुआ) के साथ UPW पाइप प्रवाह चोटियों के दौरान कणों को छोड़ देते हैं।

• समाधान : electropolished 316L-EP (Ra ≤0.15 µm) के साथ प्रतिस्थापित किया गया।

• परिणाम : कणों की संख्या 70% तक कम हो गई, और वेफर उत्पादन 5% बढ़ गया।

? 9. UPW घटकों के लिए मुख्य विनिर्देश

✅ 10. निष्कर्ष: फिनिश में निवेश करें, उपज की रक्षा करें

UPW सिस्टम में, उच्च उपज और आपातकालीन विफलता के बीच का अंतर माइक्रो-स्केल सतह के स्थलाकृति में होता है। इलेक्ट्रोपॉलिशिंग एक व्यय नहीं है—यह एक बीमा नीति है। कम Ra/Rmax फिनिश के विनिर्देशन, प्रोफाइलमेट्री के साथ सत्यापन, और गहन सफाई प्रोटोकॉल को बनाए रखकर, आप सुनिश्चित करते हैं कि आपकी स्टेनलेस स्टील बुनियादी ढांचा आपके उत्पादन लक्ष्यों को नष्ट करने के बजाय समर्थन करता है।

Pro Tip : जब घटकों की खरीददारी कर रहे हों, तो सतह की खुरदरापन के लिए प्रमाणित परीक्षण रिपोर्ट की मांग करें और SEMI F19 मानकों के अनुरूप ऑडिट किए गए विक्रेताओं से इलेक्ट्रोपॉलिशिंग की आवश्यकता हो।