Was ist PFA (Polytetrafluorethylen)?

1. PFA vs. PTFE

PFA (schmelzverarbeitbares Polytetrafluorethylen) bezieht sich typischerweise auf Perfluoralkoxyharz, das zur Klasse der schmelzverarbeitbaren Perfluorpolymere gehört.

Einfach ausgedrückt: PFA behält den größten Teil der Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit von PTFE bei und lässt sich gleichzeitig einfacher zu komplexen Produkten verarbeiten als PTFE.

Die Hauptunterschiede zwischen PFA und PTFE sind folgende:

(1) Verarbeitungsunterschiede

PTFE lässt sich im Allgemeinen nicht wie gewöhnliche Kunststoffe durch Schmelzen und Fließen verarbeiten; Die Verarbeitung erfolgt typischerweise durch Formpressen, Sintern oder Drehen.

PFA hingegen kann durch Extrusion, Spritzguss und Blasformen verarbeitet werden und eignet sich daher besser für:

Rohre, Formstücke und Ventilauskleidungen

Förderschlauch für hochreine Flüssigkeiten für Halbleiter

Pumpen- und Ventilkomponenten

Draht- und Kabelisolierung

Hochreine Behälter und Tankkomponenten

(2) Seine Eigenschaften sind denen von PTFE sehr ähnlich, aber nicht identisch

PFA bietet:

Hervorragende Beständigkeit gegen Säuren, Laugen und Lösungsmittel

Hohe Temperaturbeständigkeit

Hervorragende elektrische Isolierung

Geringe Ausgasung und hohe Reinheit

Transparentes oder durchscheinendes Aussehen (einfacher zu transparenten Komponenten zu verarbeiten als PTFE)

Allerdings sind auch dessen Einschränkungen zu beachten:

Die Kosten sind typischerweise höher als die von PTFE

Steifigkeit und Kriechfestigkeit sind nicht unbedingt allen modifizierten PTFE-Systemen überlegen

Bei bestimmten verschleißfesten und selbstschmierenden Anwendungen ist es möglicherweise nicht besser geeignet als gefülltes PTFE

(3) Warum PFA wichtig ist

Der Kernwert von PFA liegt nicht darin, „PTFE zu ersetzen“, sondern in seiner Fähigkeit, in Anwendungen eingesetzt zu werden, in denen PTFE schwierig zu verarbeiten ist oder die Reinheitsanforderungen nicht erfüllt.

insbesondere in:

Ausrüstung für die Nassverarbeitung von Halbleitern

Hochreiner Chemikalientransfer

Hochreine Rohrleitungen und Ventile

Lithium-Ionen-Batterien, chemische Verarbeitung und Analyseinstrumente

High-End-Kabelisolierung

PTFE ist eher eine „Leistungsgrundlage“, während PFA eher eine „bearbeitbare High-End-Version“ ist.

2. Anwendungen von PFA in der Halbleiterindustrie

PFA ist in der Halbleiterindustrie nicht nur deshalb von Bedeutung, weil es „einfach korrosionsbeständiger“ ist, sondern weil es die chemische Beständigkeit, Temperaturbeständigkeit und thermoplastische Verarbeitbarkeit von Materialien auf PTFE-Basis vereint: Mit ihm lassen sich sowohl extrudierte Schläuche als auch komplexe, hochreine Teile wie spritzgegossene Ventilkörper, Filtergehäuse, Auskleidungen und Filme/Beschichtungen herstellen. Die hochreine Serie von Chemours hebt außerdem den geringen Gehalt an extrahierbaren Stoffen, die Beständigkeit gegen Spannungsrisse, die geringe Permeabilität und die Toleranz gegenüber bestimmten Entwicklerlösungen auf der Basis fluorierter Tenside als wichtige Verkaufsargumente für die Halbleiterindustrie hervor.

Die Hauptanwendung von PFA in Halbleiterfabriken liegt in „Hochreinen Nassprozessflüssigkeitsleitungen“ und nicht in Hauptleitungen für ultrahochreine Spezialgase. Das Standardsystem für flüssige Chemikalien von SEMI umfasst die Verteilung von Massenchemikalien, das Mischen von Chemikalien und die Verteilung von Reinstwasser/flüssigen Chemikalien. wohingegen die Ultrarein-Spezifikationen von Swagelok ausdrücklich elektropolierten Edelstahl 316L als das bevorzugte Material der Branche für Gassysteme vorsehen. Aus diesem Grund ist PFA häufiger in chemischen Lösungen, Reinigungslösungen, Entwickler-/Stripperlösungen und CMP-Flüssigkeitsleitungen zu finden als in Hauptleitungen für hochreines Gas.

(1) Anlagenversorgung/Großchemikalienverteilung: PFA als „Strukturmaterial“

Zu den häufigsten Formen von PFA in dieser Anwendung gehören Rohre, Rohrleitungen, Bördelanschlüsse, schweißbare Rohrleitungen, Ventile, Verteiler, Pumpen, Behälter und Tankauskleidungen. Die ultrahochreinen PFA-Schläuche von Entegris wurden speziell für stark korrosive Umgebungen entwickelt und erfüllen die Anforderungen an den Flussweg von hochreinen Polymeren gemäß SEMI F57; Die HP-PFA-Rohrleitungen von Saint-Gobain listen explizit Anwendungsszenarien auf, die von Wafer-Verarbeitungsgeräten bis hin zu chemischen Abgabesystemen reichen. Chemours listet außerdem Rohrleitungen, Schläuche, Ventile, Pumpen, Behälter und Tankauskleidungen als typische Fluorpolymeranwendungen in kritischen Halbleiterfertigungsanlagen auf.

(2) Chemische Vorbereitung/Dosierung in der Maschine: PFA tritt in „Komponenten für die Prozesssteuerung“ ein

Bei PFA geht es nicht nur um den „Transport von Flüssigkeiten“. Es hat auch den Bereich der chemischen Erzeugung auf der Maschine, des Konzentrationsmanagements, des Mischens von Chemikalien und der dosierten Dosierung/Abgabe erreicht. Iwaki positioniert seine hochreinen Pumpen direkt für die chemische Erzeugung auf der Maschine und deckt CMP, Ätzen/Strippen und die Verarbeitung von Kupferlösungen ab. GEMÜ präsentierte hochreine Ventile mit hohem Durchfluss zum Mischen von hochreinem NH₄OH; Die Dosierpumpen von Saint-Gobain sind speziell für das Ätzen, die Dosierung und Abgabe von Fotolacken konzipiert.

(3) Nassätzen, Reinigen und Fotolithografie-Nasschemie: Dies ist der Bereich, in dem PFA am häufigsten eingesetzt wird.

Die Spritzpistolen von Entegris verfügen über ein komplett aus PFA gefertigtes Design mit benetzten Teilen für den Einsatz mit ultrahochreinen oder stark korrosiven Flüssigkeiten; Seine ultrahochreinen PFA-Schläuche legen außerdem besonderen Wert auf die Beständigkeit gegenüber speziellen Entwicklerlösungen, die Tenside enthalten. Als typische Betriebsbedingungen für die PFA-Filtergehäuse von Chemlock sind starke Säuren, starke Laugen und Photoresist-Entfernungslösungen aufgeführt. Mit anderen Worten: Jeder Flussweg der Nasschemie, der „stark korrosiv ist, eine hohe Reinheit erfordert und anfällig für Metallauswaschung ist“, fällt im Allgemeinen in den Hochfrequenzanwendungsbereich von PFA.

(4) CMP: PFA muss nicht nur korrosionsbeständig sein, sondern auch Schlammbedingungen standhalten

Bei der CMP geht es sowohl um korrosive chemische Lösungen als auch um die stabile Abgabe von Schlamm. Daher sind PFA-/Fluorpolymer-Komponenten in Schläuchen, Armaturen, Ventilen, Durchflusskontrollgeräten und Pumpen konzentriert. Entegris positioniert ausdrücklich ultrahochreine PFA-Schläuche für hochkorrosive CMP-Umgebungen; Asahi positioniert seine Dymatrix PFA/PTFE-Ventile für CMP-Schlamm, entionisiertes Wasser und chemische Prozesse; Die hochreinen Pumpen von Iwaki zielen auch auf CMP, Ätzen/Strippen und die Verarbeitung von Kupferlösungen als ihre Hauptanwendungen ab.

(5) Nassprozess-Waferträger: PFA wird zur Herstellung von Trägern verwendet, aber nicht „alle Träger bestehen aus PFA“.

PFA wird nicht nur für Schläuche, sondern auch für Waferträger und Waferboxen im Nassprozess verwendet. Die 200-mm-Prozesswaferträger von Entegris bestehen aus explizit geformtem PFA und sind für die nasschemische Verarbeitung konzipiert. Die 100-mm-Waferträger sind jedoch in PFA, PP, STAT-PRO und anderen Versionen erhältlich, wobei die Auswahlkriterien auf den Anforderungen der chemischen Kompatibilität basieren. Dies weist darauf hin, dass die Auswahl des Trägermaterials auf „Anforderungen an chemische Kompatibilität und Sauberkeit“ und nicht auf der pauschalen Verwendung von PFA basiert.

(6) Antistatische sichere Lösungsmittel-Flüssigkeitspfade: Dies ist ein wichtiger Upgrade-Zweig für PFA

In Lösungsmittelsystemen mit geringer Leitfähigkeit reicht der hohe Reinheitsvorteil von Standard-PFA nicht aus; Auch statische Elektrizität muss bekämpft werden. Entegris bietet ausdrücklich kontinuierlich leitfähige PFA-Schläuche, Armaturen, Ventile, Filter und Erdungsbänder für den Umgang mit brennbaren Lösungsmitteln und anderen nicht leitenden Halbleiterchemikalien an. Zu den Anwendungen gehören Lithographie, Massentransport von Chemikalien, Nassätzen und Reinigen sowie Lösungsmittel-/Chemikalienmanagement in modernen Verpackungen. Die PFA-Produktfamilie von Chemours umfasst auch eine separate Kategorie für statisch ableitende Typen.

(7) Die Grenzen der PFA-Auswahl verstehen

PFA ist kein „Einheitsmaterial“ für alle hochreinen Anwendungen. Beispielsweise bleibt elektropolierter 316L das Hauptmaterial für Systeme mit ultrahochreinem Gas; in hochreinen Wassersystemen ist PVDF ebenfalls eine gute Option; Die Filtergehäuse von Entegris spezifizieren sogar PP-Gehäuse für Lösungsmittel, Schlämme, Fotochemikalien und entionisiertes Wasser. Ein genaueres Verständnis ist, dass PFA die Schnittstelle zwischen „hoher Reinheit + starker Korrosion + flüssigen Chemikalien + komplexen thermoplastischen Teilen“ anspricht.

Wenn wir daher die Anwendung von PFA in der Halbleiterindustrie in einen einzigen, klaren Thread unterteilen, wäre dieser: PFA-Harz → Schläuche/Armaturen/Ventile/Verteiler/Pumpen/Filtergehäuse/Träger/Auskleidungen → Massentransport von Chemikalien / Nassätzen und Reinigen / CMP / Photolithographie-Chemikalien / fortschrittliche Lösungsmittel- und Flüssigkeitspfade für Verpackungen.