Flusssteuerung für das flussmittelfreie (Ameisensäure-)Löten und das Chip-Bonding
Flussmittelfreies Löten und Chip-Bonding mit Ameisensäure
Beim flussmittelfreien Oxid-Reduktions-Löten und beim Die-Bonding wird das chemische Flussmittel durch eine reduzierende Atmosphäre ersetzt, sodass die Verbindung sauber entsteht und nach dem Bonding keine Flussmittelrückstände entfernt werden müssen. Im Bereich der fortschrittlichen Verpackungstechnik, dem am schnellsten wachsenden Back-End-Segment, wird als Reduktionsmittel meist Ameisensäuredampf in Stickstoff verwendet, wobei Formiergas (Wasserstoff in Stickstoff) als Alternative dient. Bei Bondtemperatur reduziert Ameisensäure Kupfer- und Zinnoxide zu blankem Metall sowie Kohlendioxid und Wasser; der Mechanismus verläuft in zwei Schritten: Formiat bildet sich auf dem Oxid etwa zwischen 150 °C und 200 °C und zersetzt sich oberhalb dieser Temperatur, wodurch eine benetzbare Oberfläche entsteht. Das Ergebnis sind oxidfreie, porenarme und rückstandsfreie Verbindungen.
Zwei Prozessfamilien fallen in den Anwendungsbereich, und beide stellen dieselben Anforderungen an den Reduktionsgasstrom: das Ameisensäure-Reflow-Löten (Lötperlen, Chip-Befestigung, Leistungsbauelemente) sowie das flussmittelfreie Thermokompressions- und Hybrid-Bonding (Fine-Pitch, Kupfer-zu-Kupfer, Chiplets und Speicher mit hoher Bandbreite). Was die Durchflussregelung hier von der Dosierung eines Inertgases unterscheidet, ist die Tatsache, dass das Reagenz am Einsatzort nicht genau dosiert werden kann. Die Reduktionsdosis muss ohne Messung des Dampfes festgelegt und dann verlustfrei in die Kammer geleitet werden.
Herausforderung
Ameisensäure lässt sich nicht wie ein Inertgas dosieren
Die Reduktionskraft wird durch die Konzentration bestimmt, und die Konzentration ist ebenso wie die Einweichtemperatur eine Prozessvariable: Bei flussmittelfreien Verfahren wird der Stickstoffträger mit einem Anteil von wenigen Prozent Ameisensäuredampf betrieben, wobei die Patentliteratur, in der ein Bereich von etwa 3 bis 15 Prozent beschrieben wird. Ameisensäure wird aus thermischen Gründen in der fortschrittlichen Verpackungstechnik bevorzugt: Wasserstoff in Stickstoff reduziert Kupfer- und Nickeloxide nur bei Temperaturen ab 350 °C effektiv, während Legierungen auf Zinnbasis bereits deutlich unterhalb dieser Temperatur schmelzen. Daher eignet sich Formiergas für die Gold-Zinn- und bleireiche Chipbefestigung, ist jedoch für den Großteil des Back-End-Prozesses ungeeignet.
Eine falsche Wahl der Konzentration hat in beiden Fällen kostspielige Folgen. Bei einer zu geringen Dosierung führt das verbleibende Oxid zu einer unvollständigen Benetzung und einem höheren Hohlraumanteil unter dem Röntgenmikroskop oder bei der akustischen Mikroskopie; eine gute Atmosphäre liegt unter 1 Prozent auf direkt verbundenem Kupfer. Bei Überdosierung führt der Überschuss zu Zinn-Dämpfen, ein Nebel aus wieder abgelagerten Zinn- und Zinnoxidpartikeln, der sich auf den Oberflächen rund um die Lötstelle absetzt. Keiner der beiden Fehler macht sich am Werkzeug bemerkbar; er zeigt sich erst später als verschobene Hohlraumverteilung über eine gesamte Charge hinweg, nachdem die Matrize angebracht wurde, und dann bleiben nur noch Ausschuss oder Nacharbeit als Optionen.
Das Problem dabei ist, dass die Konzentration am Einsatzort nicht gemessen werden kann. Ameisensäuredampf bildet über Wasserstoffbrückenbindungen verbundene Dimere, und das Verhältnis von Monomer zu Dimer ändert sich mit der Temperatur und dem Partialdruck, sodass sich die effektive Molmasse, die Viskosität und die Wärmeleitfähigkeit des Gemischs je nach Betriebspunkt verändern und in den Standarddaten zu Gaseigenschaften, auf die Durchflussmessgeräte zurückgreifen, nicht berücksichtigt sind. Jedes Messgerät, das den Durchfluss aus diesen Eigenschaften ableitet – sei es ein laminarer Differenzdruckmesser oder ein thermischer Massendurchflussregler –, misst den gemischten Strom im Vergleich zu einem Ersatzgas und weist einen systematischen, konzentrationsabhängigen Offset auf. Ein Coriolis-Messgerät bildet hier eine Ausnahme, da es die Masse direkt misst und kein Gasmodell benötigt; bei der verdünnten, nahezu atmosphärischen Dichte eines Reduktionsgasstroms ist eine Coriolis-Messung in der Gasphase jedoch nicht praktikabel. Daher liefert kein Messgerät im Dampf eine absolute Konzentration, und die Dosis muss auf andere Weise ermittelt werden.
Die Förderung ist ebenso ein Materialproblem wie ein thermisches Problem. Ameisensäure greift Messing, Aluminium und Fluorelastomere wie FKM an, daher besteht der mit der Flüssigkeit in Berührung kommende Teil aus Edelstahl mit einem für den Einsatzzweck ausgewählten Elastomer. Der Dampf kondensiert überall dort, wo die Temperatur des Leitungsabschnitts unter den Taupunkt des Gemisches fällt, wodurch der gesamte atmosphärische Leitungsabschnitt – einschließlich der Messgeräte – in eine beheizte Zone gerät. Ein Regler, der bei Raumtemperatur in einer 75 °C heißen Leitung sitzt, ist ein massiver Metallkörper mit großer Oberfläche und kühlt sich daher stärker ab als der Rest der Leitung.
Nicht der Durchschnittswert, sondern der kälteste Punkt im Förderweg bestimmt, was die Kammer erreicht. Überprüfen Sie die Temperatur am Gerätekörper und dessen Anschlüssen statt am Sollwert der Leitungsheizung und halten Sie sie mit ausreichendem Spielraum über dem Taupunkt des Dampfes. An den Anschlüssen und am Gerätekörper endet die Begleitheizung und beginnt die thermische Masse.
Optionen
Wo die Konzentration festgelegt wird
Wenn Ameisensäure als Reagenz verwendet wird, besteht die architektonische Entscheidung darin, wo die Konzentration festgelegt wird: thermodynamisch durch Sättigung eines Trägers über der Flüssigkeit oder gravimetrisch, indem die Flüssigkeit und der Träger unabhängig voneinander dosiert werden und ihr Verhältnis die Konzentration bestimmt.
| Architektur | Wenn die Dosis feststeht | Was schränkt die Wiederholbarkeit von Lauf zu Lauf ein? | Wann man es pflücken sollte |
|---|---|---|---|
| Durchströmter Träger: mit Stickstoff über flüssiger Ameisensäure gesättigt, Massendurchflussregelung am kombinierten Strom | Im Säurebehälter. Die Konzentration richtet sich nach dem Sättigungsdruck der Flüssigkeit bei Behältertemperatur; der Regler stellt lediglich den Gesamtdurchfluss ein. | Die Temperaturregelung des Kochkessels und die Spüleffizienz – beides erfolgt vor der Messung und ist für diese nicht sichtbar. | Die Konzentration ist fest vorgegeben und wurde bereits durch die gemeinsame Qualitätskontrolle validiert, und der Reaktionskessel wird gut geregelt. Einfachste Handhabung der Reagenzien: keine Flüssigkeitsleitung, keine Pumpe, kein Verdampfer und nur ein Gerät statt zwei. |
| Dosiert: unabhängige Dosierung der Flüssigkeits- und Trägersubstanzmasse in einen Verdampfer | Im Verhältnis zweier unabhängig voneinander gemessener Massenströme. In der Kette ist kein Sättigungsschritt enthalten, sodass keine Behältertemperatur vorliegt, an die sich die Dosierung anpassen müsste. | Die beiden Massenmessungen und die Frage, ob der Verdampfer die Flüssigkeit vollständig in die Gasphase überführt. | Die Konzentration ist selbst eine Rezepturvariable, oder das Konzentrationsfenster hat sich verengt, und die Atmosphäre muss in einem Prozessprotokoll nachvollziehbar sein. Die Wartung erfordert einen Verdampfer, eine Flüssigkeitsleitung und einen Vorratsbehälter. |
Das Spülverfahren eignet sich für eine Konzentration, die feststeht und durch die gemeinsame Qualitätssicherung validiert wurde; das Dosierverfahren eignet sich für eine Konzentration, die als Wert festgelegt oder aufrechterhalten werden muss.
Auswahl
Einrichtung der beiden Lieferwege
Beide Routen basieren auf Alicat-Controllern und unterscheiden sich hauptsächlich darin, wie viele Instrumente vorhanden sind und wo diese platziert sind.
Das Sparging-Verfahren: ein Regler für den gemischten Strom
Die Sparging-Methode ist die einfachste Art, das Reduktionsgas zuzuführen, und bei einer festen Rezeptur ist sie häufig die richtige Wahl. Stickstoff wird durch einen temperaturgeregelten Behälter mit Ameisensäure geleitet, und ein einziges korrosionsbeständiges MCS am kombinierten Strom regelt den gesamten Reduktionsgasfluss zum Werkzeug. Es gibt keine Flüssigkeitsleitung, keine Pumpe und keinen Verdampfer, die gewartet werden müssen: Ein einziger Regler erledigt die gesamte Aufgabe.
Die Reproduzierbarkeit hängt vom Schmelzgefäß ab, nicht vom Messgerät, da die Konzentration der Temperatur im Schmelzgefäß folgt. Bei einer Schmelzgefäßtemperatur von 25 °C beträgt die NIST Chemistry WebBook: Antoine-Modell für Ameisensäure Der Dampfdruck beträgt 57 mbar, was etwa 5,6 Molprozent eines atmosphärischen Stroms entspricht, und in diesem Bereich schwankt die Konzentration um etwa 4,7 Prozent pro Grad. Eine Schwankung von ±1 °C führt also zu einer Schwankung von ±4,7 Prozent bei der zugeführten Reagenzmenge, während das MCS am kombinierten Strom den Durchfluss auf etwa ±0,4 Prozent hält und die ganze Zeit über absolut stabil anzeigt. Die Kesseltemperatur ist der um etwa das Zwölffache größere Einflussfaktor, und sie ist derjenige, den der Durchflusswert nicht berücksichtigt; das ist sogar noch der optimistische Fall, da dabei davon ausgegangen wird, dass der Sprühstrom vollständig gesättigt ist, während die tatsächliche Sprüheffizienz geringer ausfällt und mit dem Flüssigkeitsstand sowie der Trägergasrate schwankt.
Nichts davon macht den Messweg unbrauchbar, wenn das Verfahren festgelegt und durch gemeinsame Qualitätssicherung validiert ist: Die Abweichung ist zwar real, liegt aber innerhalb des Prozessfensters, und das MCS am Nassstrom liefert einen wiederholbaren Durchfluss statt einer absoluten Konzentration, gemessen anhand eines Ersatzgases. Dimensionieren Sie den Skalenendwert auf den maximalen Förderdurchfluss und nicht auf eine gelegentliche Spülung, damit er den oberen Grenzwert erreicht, während die Sollwerte bei niedrigem Durchfluss weiterhin kontrollierbar bleiben; legen Sie für die beheizte Leitung eine korrosionsbeständige Ausführung mit Hochtemperatur-Elektronik fest; das Ergebnis ist eine robuste, wartungsarme Förderung.
Die dosierte Leitung: zwei Massenströme in einen Verdampfer
Durch die Verlagerung der Messtechnik auf die Flüssigkeit wird das Reagenz auf ein Coriolis-Messgerät übertragen, das die Masse direkt misst und überhaupt kein Modell der Flüssigkeitseigenschaften benötigt. Durch die Verlagerung des Trägers auf einen laminaren Gasdifferenzdruckregler wird der Stickstoff auf ein Gas übertragen, für das ein rückverfolgbares Modell vorliegt, das anhand des vom Gerät selbst gemessenen Drucks und der Temperatur ausgewertet wird. Die Konzentration ergibt sich dann aus zwei Werten, die dem Gerät bereits vorliegen. Die Temperatur des Säurebehälters, die im Fall der Durchperlung die Wiederholbarkeit der Dosierung bestimmte, wird nicht kompensiert; sie fehlt in der Kette, da kein Sättigungsschritt folgt, an den sich die Dosierung anlehnen könnte. Die Temperatur muss weiterhin geregelt werden: Der Verdampfer muss heiß genug bleiben, um die Flüssigkeit vollständig zu verdampfen, und der Durchflussweg heiß genug, um den Dampf über seinem Taupunkt zu halten; dies wird jedoch zu einer Schwelle, die mit einer gewissen Sicherheitsmarge überschritten werden muss, anstatt zu einem Sollwert, dem die Konzentration Grad für Grad folgt.
Als Fehlerquellen verbleiben die beiden Massenmessungen sowie die Fähigkeit des Verdampfers, die Flüssigkeit vollständig in die Gasphase zu überführen – beides lässt sich beobachten. Der Flüssigkeitsregler meldet seinen eigenen Massenstrom und die Flüssigkeitstemperatur; der Trägergasregler meldet den Absolutdruck und die Gastemperatur an seinem Gehäuse, wo sich ein Kaltpunkt als Erstes zeigen würde.
Da die Konzentration das Verhältnis zweier Massenströme ist, ergibt sich ihre Unsicherheit aus der Summe der beiden Messgeräteanteile: im mittleren Messbereich etwa 0,81 TP4T des Messwerts für den Träger und 0,61 TP4T für die Flüssigkeit, was zusammen etwa 1,01 TP4T des Messwerts für die gelieferte Konzentration ergibt. Die Auslegung des Trägers auf seinen tatsächlichen Betriebspunkt trägt stärker zur Verbesserung dieses Wertes bei als der Wechsel in eine höhere Genauigkeitsklasse.
Ein Aspekt ist in diesem Budget nicht enthalten und lässt sich auch nicht aus den veröffentlichten Spezifikationen ableiten: ob der Verdampfer die gesamte dosierte Flüssigkeit bei dem Durchfluss, der Einlasstemperatur und dem Druck, mit denen die Leitung tatsächlich betrieben wird, in die Gasphase überführt. Eine unvollständige Verdampfung führt zu einer zu niedrigen gemessenen Konzentration, ohne dass dies in den Anzeigen der beiden Messgeräte sichtbar wird; daher fällt dieser Aspekt in den Zuständigkeitsbereich des Verdampferherstellers und der Inbetriebnahmedaten. Die dosierte Variante erfordert zudem eine Flüssigkeitsleitung, einen Vorratsbehälter und diesen Verdampfer, der vom Hersteller des Messgeräts bereitgestellt wird und nicht von uns stammt; diese Hardware lohnt sich dort, wo die Konzentration als numerischer Wert festgelegt oder aufrechterhalten werden muss.
Die Konzentration muss sich innerhalb eines Durchgangs verändern. Ein Bubbler hält pro Kessel-Temperatur eine bestimmte Konzentration bei und kann diese nicht schnell ändern oder hochfahren. Wenn das Rezept die Reduktionsdosis spontan ändert oder diese als rückverfolgbare Zahl protokolliert werden muss, dosieren Sie die Flüssigkeit und das Trägermedium so, dass sich das Verhältnis auf Befehl ändert.
Umgebungs- und Gehäusetemperatur über 60 °C am Flüssigkeitsmessgerät. Der Coriolis ist für eine Umgebungstemperatur von 60 °C ausgelegt, was deutlich unter den 85 °C liegt, die ein Hochtemperatur-Elektronik-Gasmessgerät verträgt. Wenn die Reagenzleitung nicht in einen kühleren Bereich verlegt oder mit einer thermischen Trennung versehen werden kann, lässt sich die dosierte Leitung nicht realisieren, und die mit Gas gespülte Variante – mit einem ausschließlich gasseitigen Messgerät – ist die Lösung.
Spitzentemperatur des Prozesses bei 350 °C oder darüber. Wasserstoff wirkt dort als wirksames Reduktionsmittel, und eine Formiergasatmosphäre beseitigt kondensierbare und korrosive Stoffe vollständig. Die Befestigung von Gold-Zinn- und bleireichen Chips erfolgt in der Regel auf diese Weise, und die Durchflussregelung ist eine unkomplizierte Gasanwendung.
Am Messpunkt kann kein elektronisches Gerät in Betrieb gehalten werden. Ein Nadelventil und ein Durchflussmesser mit variablem Querschnitt an einem Sprühstrom funktionieren weiterhin. Sie zeigen den Volumenstrom unter Referenzbedingungen an und bieten weder einen Sollwert noch eine Protokollierung, doch bei einem festen Rezept mit einem breiten Prozessfenster reicht das oft aus.
Eine Qualifizierung des Geräts hinsichtlich Sauberkeit oder hoher Reinheit. Eine korrosionsbeständige Alicat-Ausführung ist eine Ausführung, die auf Materialverträglichkeit ausgelegt ist, ohne Reinraumverarbeitung, Vorgaben zur Oberflächenbeschaffenheit oder Qualifizierung hinsichtlich hoher Reinheit. Eine Reagenzleitung, die ein Gaspanel versorgt, für das ein Reinheitsstandard gilt, erfordert Messgeräte, die für diesen Standard qualifiziert sind.
| Fähigkeiten auf Familienebene | Welche Funktion hat es in einem Modul zur Abgabe von Ameisensäure? |
|---|---|
| Durchflussweg aus Edelstahl 316L / 303 / 430FR, serienmäßig mit FFKM-Dichtungen, bei Bedarf mit FKM- oder EPDM-Dichtungen (EPDM für Ameisensäure) | Schützt den mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden Bereich vor den angreifenden Materialien der Ameisensäure: Messing, Aluminium und FKM. |
| Option „Hochtemperatur-Elektronik“: Gas bis 100 °C und Umgebungstemperatur bis 85 °C, mit Fernanzeige oder ohne | Dadurch bleibt das Gasmessgerät im beheizten Gehäuse und wird nicht zur kältesten Stelle in einem Heißkanal. |
| Gasmassenmessung der MCS-Serie: ±0,41 TP4T des Messwerts und 0,21 TP4T des Skalenendwerts, mit 128 vorinstallierten Kalibrierungen, einschließlich korrosiver Gase | Misst den Stickstoffgehalt präzise anhand eines rückverfolgbaren Gasmodells. |
| Coriolis-Flüssigkeitsmassenmessung: ±0,61 TP4T des Messwerts (Standard), ±0,21 TP4T des Messwerts (hohe Genauigkeit), ±0,11 TP4T der Wiederholgenauigkeit im Vollbereich | Bei der dosierten Zuführung wird die Reagenzmenge anhand der tatsächlichen Masse festgelegt, unabhängig von Dichte, Viskosität, Druck und Temperatur der Flüssigkeit; es erfolgt keine Ersatzkalibrierung. |
| Gleichzeitige Messung von Massenstrom, Volumenstrom, Absolutdruck und Gastemperatur | Die am Gehäuse des Messgeräts gemessenen Druck- und Temperaturwerte sind die Signale, die Aufschluss darüber geben, ob der beheizte Durchgang ordnungsgemäß funktioniert. |
Massendurchflussregler der MCS-Serie
Stickstoff-Zuleitung und Kombinationsbetrieb bei Sparging-Anlagen
Ein laminarer Gasdruckregler mit Differenzdruckmessung und einem reduzierten Anteil an medienberührten Bauteilen für den Einsatz in aggressiven Umgebungen, der von seiner Luftkalibrierung auf das ausgewählte Gas umrechnet, wobei NIST-rückführbare Eigenschaftsdaten herangezogen werden, die anhand der vom Gerät selbst gemessenen Druck- und Temperaturwerte ausgewertet werden.
- Durchflussweg aus Edelstahl 316L / 303 / 430FR, serienmäßig mit FFKM-Dichtungen, bei Bedarf mit FKM- oder EPDM-Dichtungen (EPDM für Ameisensäure)
- 128 vorinstallierte Gaskalibrierungen (Gas Select), einschließlich korrosiver Gase; Wechsel des aktiven Gases ohne Neukalibrierung
- Genauigkeit von ±0,41 TP4T des Messwerts und 0,21 TP4T des Skalenendwerts, auf das NIST rückführbar
- Regelreaktion in nur 30 ms
- Option „Hochtemperatur-Elektronik“ für Gas bis 100 °C und Umgebungstemperatur bis 85 °C, mit oder ohne Fernanzeige
- Metall-Flanschdichtung (VCR) als einer der verfügbaren Prozessanschlüsse; analoge und serielle Schnittstellen (RS-232 oder RS-485, die das native ASCII-Protokoll von Alicat oder Modbus RTU verwenden) sowie industrielle Netzwerkoptionen wie EtherCAT und EtherNet/IP
- Auf Bestellung gefertigt, die aktuelle Lieferzeit wird im Angebot bestätigt
Flüssigkeitsregler der CODA-Serie
Reine Ameisensäure in einen Verdampfer mit direkter Flüssigkeitseinspritzung einfüllen
Ein miniaturisierter Coriolis-Regler, der den Massenstrom der Flüssigkeit direkt misst, sodass kein Eigenschaftsmodell zwischen dem Reagenz und dem Messwert steht und die zugeführte Dampfkonzentration nachvollziehbar ist, ohne dass der Dampf jemals gemessen werden muss.
- Der gesamte Bereich reicht von 40 g/h bis 300 kg/h und deckt damit den für die Reagenzieninjektion typischen Bereich von mehreren hundert Gramm pro Stunde ab
- Genauigkeit von ±0,61 TP4T des Messwerts bei der Standardausführung bzw. ±0,21 TP4T des Messwerts bei der hochgenauen Variante
- Wiederholgenauigkeit des Durchflusses: ±0,11 TP4T des Skalenendwerts; ±0,051 TP4T des Messwerts (oder ±0,0251 TP4T des Skalenendwerts) bei der hochgenauen Variante
- Reaktionszeit von bis zu 140 ms
- Materialien im Medienkontakt aus 316L-Edelstahl und PCTFE, optional mit einer Nickel-Legierung für den Einsatz mit reiner Ameisensäure; Metall-Gleitringdichtung (VCRM) an den Prozessanschlüssen
- Mediumstemperatur −35 °C bis 70 °C; Umgebungstemperatur 0 °C bis 60 °C, wodurch bestimmt wird, an welcher Stelle im Gehäuse das Gerät montiert werden kann
Verwandte Familien: die MC-Serie wenn die Einschränkung hinsichtlich des mit dem Medium in Berührung kommenden Materials nicht bis zum Tragstrang reicht und dieselbe Hardware der MC- oder MCS-Serie für ein Formiergas-Rezept verwendet wird, bei dem das aktive Gas ausgetauscht wurde. Wenn der Druckspielraum zwischen einem Einlass mit einem Druck im zweistelligen PSIG-Bereich und einem Auslass mit nahezu atmosphärischem Druck knapp bemessen ist, stehen Konfigurationen mit geringem Druckabfall zur Verfügung. Sprechen Sie mit einem Ingenieur um die Passform zu überprüfen und eine Konfiguration auszuwählen.
Konfigurieren Sie die passende Kombination aus MCS-Serie und CODA-Serie für Ihre flusslose Anlage.
Geben Sie den Konzentrationsbereich des Reagenzes, den Trägerstrombereich einschließlich seiner Untergrenze, die Durchflussrate der unverdünnten Flüssigkeit in Gramm pro Stunde, die Umgebungsbedingungen am jeweiligen Aufstellungsort des Geräts sowie den Prozessanschlussstandard des Geräts an. Sie erhalten daraufhin eine Produktfamilien- und Vollumfangsempfehlung, eine Aufstellung der medienberührten Werkstoffe für Ihre Anwendung, eine Ausführung, die zur beheizten Zone passt, sowie die aktuelle Lieferzeit.
Ergebnisse
Anpassung der Route an die Strecke
Welcher Ansatz geeignet ist, hängt von der jeweiligen Linie ab. Für ein festes Rezept, das bereits durch die gemeinsame Qualitätssicherung validiert wurde, eignet sich der Sparging-Ansatz gut: ein Messgerät, kein Verdampfer und ein reproduzierbarer Durchfluss, wobei die Konzentration durch einen gut geregelten Behälter aufrechterhalten wird. Ein Rezept, bei dem die Konzentration selbst eine Variable ist oder bei dem sich der Konzentrationsbereich verengt hat und die Atmosphäre in einem Prozessprotokoll nachweisbar sein muss, eignet sich besser für das dosierte Verfahren, bei dem die Konzentration das Verhältnis zweier gemessener Massenströme ist und keine Behältertemperatur in der Kette vorkommt.
So oder so handelt es sich um dieselbe Gerätefamilie und denselben Anbieter: ein korrosionsbeständiges MCS am Träger oder im kombinierten Strom und, sofern die Flüssigkeit dosiert werden muss, ein Coriolis-CODA, das den Verdampfer speist. Das MCS verarbeitet zudem ein wasserstoffbildendes Gasgemisch ohne zusätzliche Hardware für die Hochtemperaturlegierungen, die auf diesem Weg verarbeitet werden.
Erzielter Mehrwert
- Wiederholbare Dosierung – eine stabile, von Durchlauf zu Durchlauf sinkende Dosis mit präziser Regelung bis in den Bereich unter 1 SLPM, was für den Bondprozess erforderlich ist.
- Genauigkeit der tatsächlichen Masse – Ein Coriolis-Regler dosiert reine Ameisensäure nach Masse, sodass die zugeführte Dampfkonzentration nachweisbar ist, ohne dass der Dampf jemals gemessen werden muss.
- Korrosionsbeständige Ausführung – ein Durchflussweg aus 316L mit Elastomeren, die für den Einsatz mit Ameisensäure ausgewählt wurden und als tatsächlich mit der Flüssigkeit in Berührung kommende Werkstoffe angegeben sind, anstatt als idealisierter Durchflussweg.
- Für den beheizten Bereich konzipiert – Die für hohe Temperaturen ausgelegte Elektronik wird im beheizten Fördergehäuse betrieben, anstatt dort als „Kaltstelle“ zu wirken.
- Zwei Routen, ein Anbieter – Ameisensäuredampf und Formiergas werden auf derselben Gerätefamilie verarbeitet, wobei ein korrosionsbeständiger Gasregler und ein Coriolis-Flüssigkeitsregler einen Verdampfer versorgen.
Hinweise zum Einsatz vor Ort
Technische Überlegungen
- Das Instrument ist in der Regel der kalte Punkt
- Die Begleitheizung passt sich gut an die Rohrleitungen an, folgt jedoch Ventilkörpern, Armaturen und Instrumentengehäusen nur schlecht. In einem auf etwa 75 °C gehaltenen Förderweg kondensiert an einem Instrument bei Raumtemperatur Reagenz auf dessen benetzten Oberflächen, wodurch sowohl Ameisensäure aus dem Strom entfernt wird als auch flüssige Säure auf das Durchflusselement gelangt. Wählen Sie die Option für Hochtemperatur-Elektronik und platzieren Sie das Messgerät im beheizten Gehäuse; überprüfen Sie dann die Temperatur am Gehäuse selbst, anstatt sich auf den Sollwert der Leitungsheizung zu verlassen.
- Passen Sie den Gesamtumfang an den Lieferbereich an, nicht an eine Spülung.
- Der gesamte Messbereich muss den maximalen Reagenzdurchfluss abdecken, jedoch nicht mehr als diesen. Korrosionsbeständige Laminar-Differenzdruckregler regeln ab 1 Prozent des Skalenendwerts, sodass ein Gerät mit 20 SLPM bis auf 0,2 SLPM regelt und ein Sollwert von 0,5 SLPM bei 2,5 Prozent des Skalenendwerts liegt – also innerhalb des Bandes mit Spielraum. Diese Sicherheitsmarge schwindet schnell, wenn der Messbereich auf die höchste Spülrate ausgelegt wird, die das Gerät jemals erreicht, wodurch die Dosier-Sollwerte an das untere Ende des Bereichs gedrückt werden. Legen Sie den Messbereich auf den oberen Wert des Reagenzienzufuhrbereichs fest und führen Sie eine Hochleistungsspülung über einen separaten Pfad durch.
- Wo der Coriolis physisch leben kann
- Coriolis-Flüssigkeitsregler haben eine maximale Umgebungstemperatur von 60 °C, obwohl die Flüssigkeit selbst bis zu 70 °C erreichen kann, da sich die Antriebs- und Messelektronik auf der Sensorbaugruppe befindet. In einem Modul, in dem sowohl der Verdampfer als auch die Förderleitung heiß sind, wird das Flüssigkeitsmessgerät vor der beheizten Zone auf der kühlen Seite einer thermischen Trennung angeordnet. Dies ist eine Anordnungsentscheidung und keine Konfigurationsoption, die vor der Erstellung der Gehäusezeichnung festgelegt werden sollte.
- Die Auswahl des Elastomers stellt eine Offenlegung dar, keine Zertifizierung.
- FFKM ist die Standarddichtung für die korrosionsbeständige Gas-Produktfamilie, wobei FKM oder EPDM verwendet werden, wenn eine bestimmte Anwendung dies erfordert; bei Ameisensäure werden Fluorelastomere in der Regel ausgeschlossen und stattdessen EPDM gewählt. Alicat gibt die tatsächlich mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden Materialien einer bestimmten Ausführung an. Dabei handelt es sich um Informationen zur Materialverträglichkeit, anhand derer Ingenieure die Eignung für ihre jeweiligen chemischen Anwendungen beurteilen können – nicht um eine Zertifizierung gemäß einem Reinheits- oder Sauberkeitsstandard.
- Der Widerstand von Edelstahl ist konzentrations- und temperaturabhängig
- Die mit dem Medium in Berührung kommenden Metallteile des korrosionsbeständigen Gasreglers bestehen aus Edelstahl, hauptsächlich aus 316L sowie teilweise aus 303 und 430FR, und für einen verdünnten Dampfstrom ist 316L gut geeignet: Veröffentlichte Testergebnisse zeigten nur geringfügige Korrosion ohne messbaren Gewichtsverlust an 316L, das in 0,5 bis 15 Prozent Ameisensäure bei 90 °C für 1200 Stunden. Das aggressivere Medium ist die reine Flüssigkeit, nicht der Dampf: Konzentrierte Ameisensäure, höhere Temperaturen und jegliche Halogenidverunreinigungen führen dazu, dass Edelstahl von passiver in aktive Korrosion übergeht. Passen Sie die mit der Flüssigkeit in Kontakt kommenden Metalle an die tatsächlichen Einsatzbedingungen des jeweiligen Geräts an, die je nach Ausführung angegeben sind. Für Anwendungen mit hohen Anforderungen an den Einsatz mit reiner Flüssigkeit ist für den Coriolis-Flüssigkeitsregler eine Ausführung mit Kontaktteilen aus einer Nickellegierung erhältlich.
- Was ist bei einer Dampfstrommessung zu erfassen?
- Jeder im kombinierten Ameisensäure- und Stickstoffstrom gemessene Durchflusswert wird auf ein Referenzgas bezogen und weist einen systematischen, konzentrationsabhängigen Versatz auf. Tragen Sie diesen Wert in der Prozessdatei als Wiederholbarkeitsindex in Verbindung mit einem Konzentrationssollwert ein – nicht als absolute Konzentration – und stellen Sie die Referenz bei jeder Änderung der Rezepturkonzentration neu her. Ein auf ein Ersatzgas bezogener Wert, der als absoluter Wert behandelt wird, verliert bei Rezepturänderungen seine Rückverfolgbarkeit.
- Geben Sie die Absperrleistung an, gehen Sie nicht einfach davon aus
- Wenn der Regler auf „Zu“ geschaltet wird, gelangt durch eventuelle Leckagen weiterhin Reagenz in die Kammer, was zu einer Verschwendung von Ameisensäure führt und die reduzierende Atmosphäre zwischen den Zyklen destabilisiert. Sowohl der Gas- als auch der Flüssigkeitsregler verwenden ein normalgeschlossenes Ventil, doch die Leckage im geschlossenen Zustand ist keine veröffentlichte Spezifikation. Wenn der Prozess auf ein dichtes Absperrverhalten bei geringem Durchfluss angewiesen ist, sollte dies in den Anforderungen angegeben und für die jeweilige Konfiguration bestätigt werden, anstatt davon auszugehen.
Häufig gestellte Fragen
Kann ein Massendurchflussregler Ameisensäuredampf genau messen?
Ein thermischer oder laminarer Differenzdruckregler misst Ameisensäuredampf nicht anhand eines rückverfolgbaren absoluten Standards. Die Säure bildet über Wasserstoffbrückengebundene Dimere, deren Anteil sich mit Temperatur und Partialdruck verschiebt, und sie ist in den Standarddaten zu Gaseigenschaften, auf die sich diese Messgeräte stützen, nicht berücksichtigt. Daher wird ein im Dampfstrom platziertes Messgerät auf ein Ersatzgas kalibriert und liefert eher Wiederholbarkeit als absolute Genauigkeit. Ein Coriolis-Durchflussmesser benötigt kein Gasmodell, doch eine Coriolis-Messung in der Gasphase ist bei der verdünnten, nahezu atmosphärischen Dichte dieses Stroms nicht praktikabel. Der zuverlässige Weg zu einem fundierten absoluten Wert besteht darin, die reine Flüssigkeit nach ihrer tatsächlichen Masse und das Trägergas separat zu messen und die Konzentration dann anhand ihres Verhältnisses zu bestimmen.
Welche Konzentration an Ameisensäure wird beim flussmittelfreien Löten verwendet?
In veröffentlichten flusslosen Verfahren wird der Stickstoffträger mit einem Anteil von wenigen Prozent Ameisensäuredampf betrieben, wobei die Patentliteratur, in der ein Bereich von etwa 3 bis 15 Prozent beschrieben wird. Der richtige Wert für eine bestimmte Linie wird durch die Oxidbeladung, die Haltezeit und die Legierung bestimmt, nicht durch einen allgemeingültigen Wert. Eine zu hohe Konzentration oder zu lange Einwirkzeit birgt ein eigenes Risiko für Defekte, daher ist der Bereich beidseitig begrenzt.
Benötigen Sie einen beheizten Massendurchflussregler für Ameisensäure?
Sie benötigen ein Gerät, das für den Betrieb in einer beheizten Zone ausgelegt ist – was nicht dasselbe ist wie ein beheiztes Gerät. Die Option für Hochtemperatur-Elektronik von Alicat ist für Gas bis 100 °C und Umgebungsluft bis 85 °C ausgelegt, wobei die gesamte Wärme von der Leitung und dem Gehäuse stammt, die der Gerätehersteller bereitstellt. Integrierte Displays sind nicht mit der Hochtemperatur-Option kompatibel, daher werden bei diesen Ausführungen entweder ein externes Display oder gar kein Display verwendet.
Was eignet sich besser für das flussmittelfreies Löten: Formiergas oder Ameisensäure?
Formiergas ist die bessere Wahl, wenn die Prozesstemperatur bei 350 °C oder darüber liegt, da Wasserstoff ab dieser Temperatur als wirksames Reduktionsmittel für Kupfer- und Nickeloxide wirkt; unterhalb dieser Temperatur ist Ameisensäure die bessere Wahl, was auch für Zinnlegierungen gilt, die darunter gut aufschmelzen. Der Kompromiss betrifft die Chemie und das Wärmebudget, nicht die Qualität der Anlagen. Formiergas vermeidet zudem vollständig kondensierbare und korrosive Stoffe, allerdings auf Kosten der Wasserstoff-Zonenklassifizierung.
Welche Materialien, die mit der Substanz in Kontakt kommen, sind mit Ameisensäuredampf verträglich?
Ameisensäure greift Messing, Aluminium und Fluorelastomere wie FKM an, daher wird ein Leitungsweg in der Regel aus Edelstahl 316L gefertigt, wobei ein für den jeweiligen Einsatzzweck ausgewähltes Elastomer zum Einsatz kommt; EPDM ist die übliche Wahl, wenn FKM nicht in Frage kommt. Fittings mit Metall-Gleitringdichtung gewährleisten die Dichtheit der Verbindungen auch bei Temperaturwechselbeanspruchung. Überprüfen Sie die Eignung des jeweiligen Elastomers unter Berücksichtigung Ihrer Reagenzkonzentration und Betriebstemperatur, anstatt davon auszugehen, dass eine einzige Lösung für alle Anwendungen geeignet ist.