Yarı İletken ve Eczacılık UPW Sistemleri İçin Paslanmaz Çelik: Mikro Yüzey İşleminin Ürün Verimine Etkisi

Yarı İletken ve Eczacılık UPW Sistemleri İçin Paslanmaz Çelik: Mikro Yüzey İşleminin Ürün Verimine Etkisi

Yarı iletken üretiminde ve ilaç sanayisinde Ultra Saf Su (UPW), üretimin ana unsuru olarak öne çıkar. Milyarda bir (ppb) ve hatta trilyonda bir (ppt) seviyelerdeki kirlenme bile ürün verimini ciddi şekilde etkileyebilir. Su arıtma süreçleri kadar önemli olan diğer bir unsur ise UPW'yi taşıyan malzemelerdir—genellikle paslanmaz çelik. Paslanmaz çelik bileşenlerin mikro yüzey kalitesi, doğrudan kirlenme riskini, biyofilm oluşumunu ve sonuç olarak ürün verimini belirler. Yüzey kalitesinin neden önemli olduğu ve nasıl optimize edileceğine dair detaylı bir analiz aşağıdadır.

? 1. UPW Sistemlerinde Yüzey Kalitesinin Önemi Tartışmasızdır

UPW, olağanüstü saflık standartlarını karşılamalıdır:

• Yarı iletkenler : Öz direnç ≥18,2 MΩ·cm, toplam organik karbon (TOC) <1 ppb.

• Eczacılık : USP <643> ve EP <2.2.29> yönetmeliklerine uygunluk.

Pürüzlü yüzeyler şunlara neden olur:

• Bakteriyel yapışma bölgeleri : Hatta nano ölçekli kusurlar bile biyofilm barındırabilir.

• Parçacık ayrılması : Mikro tepecikler koparak metalik kontaminasyonlara yol açar.

• Korozyon başlangıcı : Yüzey pürüzlü lükleme korozyonunu hızlandırır ve iyonların (Fe, Cr, Ni) salınmasına neden olur.

? 2. Yüzey İşleminin Ölçülmesi: Ra vs. Rmax

• Ra (Aritmetik Ortalama Pürüzlülük) : En yaygın metrik olup, UPW için yetersizdir. Ra ≤0,5 µm bile "tepe ve vadi" şeklindeki hata noktalarını gizleyebilir.

• Rmax (Maksimum Tepe-Vadi Yüksekliği) : UPW sistemleri için kritik öneme sahiptir. Rmax ≤0,5 µm belirtmek, aşırı sapmaların olmamasını sağlar.

• Elektropolish Yüzey İşlemi : Altın standarttır. Mikro-tepeleri düzleştirir, pasif tabaka oluşumunu artırır ve etkili yüzey alanını azaltır.

⚙️ 3. Yüzey İşleminin Kirliliğe Etkisi

A. Bakteriyel Kolonizasyon

• Pürüzlü yüzeyler (Ra >0,8 µm), örneğin Pseudomonas veya Ralstonia gibi bakteriler için koruyucu yaşam alanları sağlar ve bu bakteriler UPW'de (Ultra Saf Su) çoğalır.

• Sonuç : Biyofilm tabakaları suya hücreler ve endotoksinler salgılayarak wafer kusurlarına veya enjekte edilebilir ilaçların kontamine olmasına neden olabilir.

B. Partikül Oluşumu

• Parlatılmamış yüzeyler, akışkanlıkta oluşan türbülans sırasında partiküllerin kopmasına neden olur.

• Yarı iletkenlerde bu partiküller wafer çizilmelere veya fotolitografi hatalarına neden olur.

C. Metal İyonu Çözülmesi

• Mikroskobik yarıklar suyu tutarak lokal korozyona ve iyon salınımına (örneğin, Fe³⁺, Cr⁶⁺) yol açar.

• Etkisi : Metal iyonları eczacılıkta istenmeyen reaksiyonları katalizler veya çiplerde dielektrik verimi azaltır.

?️ 4. Mükemmel Sonuca Ulaşma: Mekanik ve Elektropolis arasında fark

Mekanik Taşlama

• Süreç : Aşındırıcı pedlerle (örn. 80 ila 600 mesh) sıralı öğütme.

• Sınırlama : Yüzeyi metalize eder, oksitleri gömerek gelecekte partikül sökülmesine neden olacak "çekme" bölgeleri oluşturur.

• Maksimum Elde Edilebilir : Ra ≈0,3 µm (iyi, ancak UPW için ideal değil).

Elektropolizing

• Süreç : Asit banyosunda (örn. fosforik-sülfürik asit) anodik çözülme yüzeyden yaklaşık 20–40 µm kaldırır.

• Avantajlar :

  • Ra'yı ≤0,15 µm'ye ve Rmax'ı ≤0,5 µm'ye düşürür.

  • Yüzeyi kalın, homojen bir krom oksit tabakası ile kapatır.

  • Yerleşik kirleticileri ve mikro çatlamaları ortadan kaldırır.

• Gerekli Standartlar : Pasivasyon için ASTM B912 ve elektropolisaj için SEMI F19 standartlarını uygulayın.

✅ 5. Malzeme Seçimi: 316L'nin Ötesine

316L standart iken şunları göz önünde bulundurun:

• Düşük Karbonlu Türevler : 316L, <0.02% C ile kaynak sırasında sensitizasyonu önler.

• Elektropolisaj Sınıfı (EP) : Tesisler, daha sıkı inklüzyon kontrolleriyle 316L-EP sağlar (örneğin, kükürt <0.001%).

• Alternatif Alaşımlar : Aşırı uygulamalar için 904L veya %6 Mo alaşımları (örneğin, 254 SMO), daha iyi korozyon direnci sağlar.

? 6. Doğrulama ve Test

Yüzey Profilometrisi

• Ra/Rmax değerini doğrulamak için temaslı (stilüs) veya temassız (lazer) profilometreler kullanın.

Ferroxyl Testi

• Serbest demir kontaminasyonunu tespit eder; mekanik parlatmadan sonra yaygın bir sorundur.

Su Testi

• Atık suyun içindeki TOC, endotoksin ve partikül sayısını izleyin.

• Kabul kriterleri : ≤5 partikül/mL (boyut ≥0,1 µm için) ve endotoksin <0,001 EU/mL.

? 7. Bakım: Yüzeyleri Temiz Tutmak

• Passifleşme : Krom tabakasını yenilemek için ASTM A967 standardına göre periyodik olarak nitrik veya sitrik asit pasivasyonu uygulayın.

• Kimyasal Temizlik : Klorür içeren temizlik maddelerinden kaçının. Biyofilm için ozon veya hidrojen peroksit kullanın.

• Denetleme : Boruların ve tankların iç yüzeyinde pas (demir oksit) oluşumunun belirlenmesi için düzenli boroskop kontrolleri.

? 8. Örnek Olay: Yüzey Bitiş Kalitesinin İyileştirilmesi Verimliliği Artırıyor

• Sorun : Bir yarı iletken üretim tesisi, 7 nm'lik waferlerde tekrarlayan partikül hataları yaşamaktaydı.

• Temel Neden : Mekanik olarak parlatılmış Ra ≈0,6 µm yüzey pürüzlülüğüne sahip UPW boruları, akış sıçramaları sırasında partiküllerin düşmesine neden oluyordu.

• Çözüm : Elektropolish yapılmış 316L-EP (Ra ≤0,15 µm) borularla değiştirildi.

• Sonuç : Partikül sayısı %70 oranında azaldı ve wafer verimi %5 arttı.

? 9. UPW Bileşenleri için Temel Özellikler

✅ 10. Sonuç: Sonlandırılmasında ve Verim Korunmasında Yatırım Yapın

UPW sistemlerinde yüksek verim ile felaket arızası arasındaki fark mikro ölçekli yüzey topografisinde yatar. Elektropolish bir gider değil—bir sigorta politikasıdır. Düşük Ra/Rmax son işlemleri belirterek, profilometre ile doğrulama yaparak ve titiz temizlik protokolleri uygulayarak paslanmaz çelik altyapınız üretiminizi destekler—engellemez.

Profesyonel İpucu : Bileşen temin ederken yüzey pürüzlülüğü için sertifikalı test raporları talep edin ve SEMI F19 standartlarına göre denetlenmiş tedarikçilerden elektropolish uygulamasını ısrarla talep edin.