Способ изготовления электронагревателя для ультрачистых сред Советский патент 1991 года по МПК H05B3/16 C03C17/22 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для нагрева текучих ультрачистых сред, а именно деионизованной воды, используемой в электронной промышленности.

Целью изобретения является повышение качества нагреваемых сред путем снижения загрязнения нагреваемой среды

Пленка, наносимая на внутреннюю поверхность корпуса, представляет собой двуокись олова, в структуре которой содержатся примесные атомы металлического олова и моноокись олова Чтобы исключить возможность загрязнения деионизованной воды

этими примесями, проводят термообработку пленки при температуре 1000 1200°С не менее 1 ч. При этой температуре примеси окисляются кислородом воздуха:

Sn +

2SnO + 02- 2Sn02

При температуре ниже 1000°С не происходит полного окисления (отжига) примесей в виде моноокиси олова и металлического олова, которые впоследствии легко вымываются деионизованной водой и загрязняют ее.

Проводить термообработку при температуре выше 1200°С не представляется возOs

С

со

VI 00 00

можным, так как начинается размягчение кварца, из которого выполнен корпус.

Кроме того, в процессе термообработки происходит рекристаллизация пленки двуокиси олова, и чтобы в дальнейшем происходил упорядоченный рост кристаллов (касситеритов), необходимо обеспечить контролируемое охлаждение до 400-750°С кварцевого корпуса с нанесенной на его внутреннюю поверхность пленкой двуокиси олова со скоростью не более 70° С/ч. В интервале температур 400-450°С завершается формирование касситеритов, поэтому скорость дальнейшего охлаждения не имеет значения. Чем упорядоченнее структура кристаллической решетки пленки, тем меньше вероятность вымывания из нее деиони- зованной водой ионов олова.

Однако в связи с тем, что деионизован- ная вода обладает большими проникающей способностью и активностью при контакте с пленкой двуокиси олова, наблюдается частичное вымывание ионов Sn . Чтобы избежать загрязнения ионами Sn деиони- зованной воды в линиях по отмывке полупроводниковых пластин, необходима отмывка корпуса электронагревателя глубокообессоленной (с электрическим сопротивлением 18 МОм) водой в течение 25-30 сут.После изготовления электронагревателя по истечении этого времени дальнейшего вымывания ионов ионов Sn4+ практически не наблюдается.

Следовательно, изготовление электро- огревателя для ультрачистых сред предложенным способом с такой совокупностью физнаков, как нанесение пленки двуокиси ллова на внутреннюю поверхность корпуса нагревателя, дальнейшая ее термообработка при 1000-1200°С не менее 1 ч, постепенное охлаждение до 400-450°С со скоростью не более 70°С/ч и последующая отмывка глубокообессоленной деионизованной водой в течение 25-30 сут, дает возможность сохранять ионную чистоту нагреваемой деионизованной воды. При анализе известных технических решений не было обнаружено способа изготовления электронагревателя с предложенной совокупностью признаков, следовательно, данное техническое решение соответствует критерию суи ственные отличия.

Пример. Перед нанесением пленки двуокиси олова на вутреннюю поверхность кварцевого корпуса, выполненного в виде трех шаров с кольцевыми соединительными перемычками, корпус прогревали в течение 15-20 мин при 600+10°С. Затем наносили лленку двуокиси олова на внутреннюю поверхность корпуса из раствора SnCM в этиловом спирте методом гидролиза при

600t10°C и давлении сжатого очищенного воздуха, равном 1,5 атм, с использованием кварцевого пульверизатора с удлиненным соплом, диаметр которого равен 5 мм.

После нанесения покрытия проводили его термообработку в печи при 1100±100С в течение 70+5 мин. Затем печь отключали и осуществляли охлаждение корпуса, причем охлаждение до 400°С контро0 пировали так, чтобы скорость охлаждения не превышала 70°С/ч. Скорость охлаждения в данном случае составляла 70°С/ч. Далее проводили охлаждение до комнатной температуры в течение 1-1,5 мин под воз5 душной струей.

После нанесения покрытия из двуокиси олова на внутреннюю поверхность корпуса осуществляли нанесение токопроводящего покрытия на внешнюю поверхность. Токо0 проводящее покрытие представляло собой пленку оксида олова, легированную сурьмой, бором и фтором. Нанесение пленки осуществляли из раствора SnCU в этиловом спирте с добавками HF, SbCU и триэтилово5 го эфира борной кислоты методом гидролиза при температуре 600i 10°C. После нанесения токопроводящей пленки на наружную поверхность кварцевого корпуса проводили его охлаждение в течение 1-1,5

0 мин под воздушной струей (скорость охлаждения в данном случае не имеет значения) Затем формировали токоподводы, для чего на кольцевые соединительные перемычки наносили силикатно-серебряную пасту и

5 вжигали ее при 600+10°С в течение 30-40 мин.

Применяемое оборудование.-установка нанесе- ния токопроводящих покрытий МК 12.31.00.00.000; печь термообработки СНОП 1,6,2,5,1/11-420.

0 После изготовления проводили отмывку корпуса глубокообессоленной деионизованной водой (с электросопротивлением не менее 18 МОм). Отмывку осуществляли в протоке с расходом деионизованной воды

5 0,5 л/мин в течение 30 сут. Концентрация ионов Sn в деионизованной воде в данном случае составляла 0,001 мг/л (см.таблицу, образец № 8).

Для определения оптимальных условий

0 термообработки и отмывки изготовили еще 11 корпусов неописанной вышетехнологии, меняя температуру и время термообработки пленки, скорость ее охлаждения и время отмывки в деионизовэнной воде (см. табли5 цу). О качестве нагревателя, изготовленного предложенным способом, судили по концентрации ионов Sn + в нагреваемой с его помощью деионизованной воде.

Как видно из таблицы, оптимальным вариантом изготовления электронагревателя

являетсяобразец №8,термообработку пленки которого проводили при 1100°С в течение 1 ч, охлаждение до 400°С проводили со скоростью 70°С/ч, а отмывку в деионизо- ванной воде - в течение 30 сут.

При увеличении времени отмывки до 35 сут (образец № 12)снижения концентрации ионов Sn + в деионизованной воде не наблюдалось, поэтому дальнейшее увеличение времени отмывки корпуса деионизованной водой нецелесообразно. При отсутствии отмывки (образец № 11) происходит первоначальное вымывание ионов Sn + в количестве 0,060 мг/л, что при установке в линиях от- . мывки полупроводниковых пластин может привести к браку пластин.

На содержание ионов Sn + в нагреваемой деионизованной воде влияет также режим термообработки пленки двуокиси олова, нанесенной на внутреннюю поверхность корпуса. Так, при температуре термообработки 900°С (образец № 4) даже после отмывки в течение 25 сут-наблюдалось вымывание ионов Sn + в количестве 0,085 мг/л. Это происходит из-за того, что при температуре ниже 1000°С рекристаллизация пленки чне происходит, и после охлаждения она не имеет упорядоченной структуры. На упорядоченность структуры влияет и постепенное охлаждение со скоростью не более 70°С (см. таблицу, образцы №№ 1,2.3).

Время термообработки пленки менее 1 ч является недостаточным для рекристаллизации пленки (см. таблицу, образец № 7), а более 1 ч не приводит в конечном итоге к снижению концентрации ионов Sn4 в деионизованной воде при ее нагреве. Поэтому как оптимальный вариант выбрано время термообработки пленки 1 ч. Если нанесенную на внутреннюю поверхность корпуса пленку Sn02 не подвергать термообработке, то происходит вымывание Sn из защитной пленки в больших количествах (см. таблицу, образец № 10).

Для определения содержания кремниевой кислоты в деионизованной воде, контактирующей с корпусом нагревателя, брали два корпуса - один, изготовленный из кварца без защитной пленки на внутренней поверхности, и другой также изготовленный из кварца, с нанесенной на внутреннюю поверхность защитной пленкой двуокиси

олова (таблица, образец № 8). Пропускали через них глубокообессоленную деионизо- ванную воду. После 20 сут испытаний наблюдалось появление кремниевой кислоты 5 в деионизованной воде, контактирующей с кварцевой колбой, не защищенной пленкой SnOa, в количестве 0,094 мг/л (содержание кремниевой кислоты в деионизованной воде согласно требованиям ОСТ не должно

10 превышать 0,01 мг/л). В деионизованной воде, контактирующей с защитной пленкой SnOa. нанесенной на внутреннюю поверхность нагревателя, кремниевая кислота не обнаружена в течение 50 сут испытаний.

15 Таким образом, предложенный способ позволяет изготовить нагреватель для деионизованной воды, обеспечивающей нагрев ее без внесения загрязнений, в частности кремниевой кислотой. Защитная пленка на

0 внутренней поверхности корпуса позволяет также защитить сам корпус от разрушения его деионизованной водой.

Формула изобретения

1 .Способ изготовления электронагрева5 теля для ультрачистых сред, при котором на нагретую поверхность кварцевого корпуса преимущественно в форме набора тел вращения наносят токопроводящую пленку из двуокиси олова, легированной сурьмой и бо0 ром,путем пульверизации пленкообразующего раствора с последующей ее термообработкой, отличающийся тем, что. с целью повышения качества нагреваемых сред путем снижения их загрязнения,

5 перед нанесением пленки на наружную поверхность корпуса наносят защитную пленку из двуокиси олова на внутреннюю поверхность корпуса, термообрабатывают ее при 1000-1200°С не менее одного часа, а

0 затем охлаждают корпус до комнатной температуры, причем охлаждение до 400 - 450°С производят с контролируемой скоростью не более 70°С/ч, а после термообработки токопроводящей пленки проводят

5 операцию отмывки внутренней поверхности корпуса.

2.Способ поп.1, отличающийся тем, что операцию отмывки внутренней поверхности корпуса электронагревателя ве0 дут глубокообессоленной деионизованной водой в течение 25-30 суток.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для нагрева текучих сред, в частности для нагрева ультрачистых сред, а именно деионизованной воды, используемой в электронной промышленности. Цель изобретения - повышение качества нагреваемых сред путем снижения загрязнения нагреваемой среды. Способ изготовления электронагревателя, корпус которого выполнен преимущественно из кварца в виде тела вращения с переменным сечением, в частности в виде шаров с соединительными кольцевыми перемычками, предусматривает нанесение на нагретую наружную поверхность корпуса пленку из двуокиси олова, легированную сурьмой и бором, посредством пульверизации пленкообразующего раствора. Новым в изобретении является предварительное нанесение на внутреннюю поверхность корпуса пленки двуокиси олова с последующей ее термообработкой при 1000 - 1200°С не менее 1 ч, а затем охлаждением до комнатной температуры, при этом охлаждение до 400 - 450°С ведут со скоростью не более 70°С/ч. После охлаждения ведут отмывку корпуса глубокообессоленной деионизованной водой в течение 25 - 30 сут. 1 з.п. ф-лы.