Pooljuhtide tootmises eeldatakse, et krüogeensed jaotussüsteemid teevad enamat kui lihtsalt vedela lämmastiku või argooni ühest punktist teise ülekandmist. Vedelik peab jääma stabiilseks, puhtaks ja ühefaasiliseks kogu teekonnal kuni kasutuspunktini. Isegi väike kogus soojust võib tekitada gaasipurset, rõhukõikumisi või niiskuse saastumist, mis mõjutab protsessi stabiilsust.

SellepärastVaakumisolatsiooniga torusüsteeme kasutatakse pooljuhtide tehastes tavaliselt tavapäraste vahuga isoleeritud torude asemel. Koos korralikult hallatudDünaamiline vaakumpumba süsteem, võib üldine soojusleke jääda alla 3 W/m, säilitades samal ajal pikaajalise vaakumstabiilsuse kogu ülekandeliini ulatuses.

Pooljuhtide rakenduste puhul ei tohiks vaakumisolatsiooni vaadelda kui passiivset kihti toru ümber. See on aktiivne termiline süsteem, mis nõuab mõõdetavat vaakumjõudlust ja pikaajalist hooldatavust. Suure täpsusega kiipide tootmiskeskkondades võib isegi väike vedeliku küllastustemperatuuri tõus põhjustada kahefaasilise voolu tingimusi, mis häirivad jahutusahelaid, puhastussüsteeme või protsessi juhtimisseadmeid.

Miks on krüogeensetes pooljuhtsüsteemides oluline soojusleke?

Iga krüogeenset ülekandeliini mõjutavad kolm peamist soojusülekande vormi:

• kiirgus läbi rõngakujulise ruumi
• jääkmolekulide põhjustatud gaasijuhtivus
• tahke juhtivus tugede ja vahetükkide kaudu

Korralikult disainitudVaakumisolatsiooniga toru, rõngasrõhk langeb tavaliselt alla 1×10⁻⁴ Pa. Sellel vaakumtasemel on ülejäänud gaasimolekulide keskmine vaba tee pikkus oluliselt suurem kui rõngaspilu, mis vähendab oluliselt gaasilist soojusjuhtivust.

Soojuskiirgust kontrollitakse mitmekihilise isolatsiooni (MLI) abil. Isolatsioon koosneb peegeldava fooliumi ja madala juhtivusega vahematerjali vahelduvatest kihtidest. Õige kihitiheduse ja paigaldusmeetodi korral saab soojuskiirgust vähendada vaid mõne vatini ruutmeetri kohta.

Ülejäänud termiline tee tuleb peamiselt mehaanilistest tugedest. Selle efekti minimeerimiseks kasutatakse tavaliselt madala juhtivusega materjale, näiteks G-10 klaaskiudu või Torlon®-i. Need toed peavad siiski olema piisavalt mehaaniliselt tugevad, et taluda töö ajal termilist kokkutõmbumist, vibratsiooni ja seismilist koormust.

Pikkade ülekandevahemaade korral muutub vaakum- ja vahtplastist isolatsiooni erinevus väga märgatavaks. Hästi hooldatud vaakumsüsteem suudab säilitada stabiilse soojusomaduse aastaid, samas kui vahtplastist isolatsioon imab atmosfäärist järk-järgult niiskust. Kui niiskus satub isolatsioonistruktuuri ja külmub, väheneb soojusefektiivsus tavaliselt aja jooksul.

Praktilistes pooljuhtide LN₂ jaotussüsteemidesvaakumisolatsiooniga torustikvõib aurustumist märkimisväärselt vähendada võrreldes traditsiooniliste vahuga isoleeritud liinidega, eriti pikkade välitingimuste või pidevalt töötavate peakollektorite puhul.

Dünaamiline vaakumpumba süsteem

Üks staatiliste vaakumsärkide probleem on see, et vaakumi kvaliteet võib aastate jooksul aeglaselt halveneda gaaside eraldumise, heeliumi läbitungimise või mikroskoopilise lekke tõttu.

Selle probleemi lahendamiseks suure läbimõõdugaVaakumisolatsiooniga torusüsteeme saab varustadaDünaamiline vaakumpumba süsteemSüsteem sisaldab tavaliselt kompaktset turbomolekulaarset või spiraalpumba süsteemi, mis taastab perioodiliselt rõngakujulise vaakumi algsele kavandatud olekule.

Vaakumitaset jälgitakse pidevalt külmkatoodmõõturite abil. Pump aktiveerub ainult siis, kui rõhk tõuseb üle sihtväärtuse, seega jäävad energiatarve ja hooldusvajadus suhteliselt madalaks.

Ühes pooljuhtide tehase uuendamise projektis Hsinchus Taiwanis võimaldas aktiivselt hallatud vaakumpumpamissüsteem vananeval LN₂ ülekandekollektoril taastada soojusomadused peaaegu algsele tööolekule ilma tootmisliini seiskamata. Uute projektide puhul annab aktiivne vaakumhooldus operaatoritele ka suurema kindluse pikaajalise isolatsiooni stabiilsuse osas kogu süsteemi kasutusea jooksul.

Materjalid ja süsteemi disain

Pooljuhtide ja ülikõrge puhtusastmega rakenduste puhul on sisemine protsessitoru tavaliselt valmistatud 304L või 316L roostevabast terasest. Sisepinnad puhastatakse, läbipuhutakse ja passiveeritakse, et need vastaksid hapnikupuhta teenuse nõuetele ja minimeeriksid saastumisohtu.

Väliskest võib olla valmistatud värvitud süsinikterasest või roostevabast terasest, olenevalt paigalduskeskkonnast. Puhasruumiga külgnevates piirkondades eelistatakse sageli roostevabast terasest väliskesta, et vältida korrosiooni või pinna saastumist.

Samuti tuleb hoolikalt arvestada termilise kokkutõmbumisega. LN₂ ülekandetoru võib ümbritseva õhu temperatuuri ja töötemperatuuri vahel kokku tõmbuda umbes 2,5–3 mm meetri kohta. Selle liikumise kompenseerimiseks paigaldatakse torustikuvõrgu arvutatud ankrukohtadesse tavaliselt lõõtstüüpi paisukompensaatorid.

Kui on vaja liikumist või paindlikkust,Vaakumisolatsiooniga painduv voolikTavaliselt kasutatakse seadmeid. Tüüpilisteks asukohtadeks on mahutiühendused, seadmete ühendused, jaotuskollektori harud ja mobiilsed protsessiplatvormid.

Need painduvad voolikud kasutavad gofreeritud sisemist südamikku koos vaakumkesta ja MLI-struktuuriga, mis sarnaneb jäiga vaakumtoruga. Õigesti konstrueeritud sõlmed säilitavad vaakumi terviklikkuse ka pärast korduvaid krüogeenseid termilisi tsükleid, vältides samal ajal ka välise jää teket, mis on tavaline isoleerimata punutud voolikute puhul.

Vaakumisolatsiooniga ventiilidjaFaasieraldajad

Soojuslekete haldamine ei piirdu ainult sirgete torulõikudega. Ventiilid jafaasieraldajadmängivad samuti olulist rolli stabiilsete krüogeensete voolutingimuste säilitamisel.

A Vaakumisolatsiooniga ventiiltavaliselt kasutab pikendatud kaant ja vaakumkestaga korpust, et hoida kriitilisi tihendusalasid äärmiselt madalate temperatuuride eest eemal. See aitab vältida külmumist varretihendi ümbruses ja vähendab soovimatut kondenseerumist klapi konstruktsiooni sees.

Ilma vaakumisolatsioonita võivad ventiilid muutuda süsteemi kontsentreeritud soojuslekkekohtadeks. Krüogeensetes vedelkütusesüsteemides võib see tekitada lokaalseid aurutaskuid, ebastabiilseid voolutingimusi või hüdraulilisi lööke.

Pooljuhtide protsessisüsteemide puhul kasutatakse ASME B31.3 ja EN 13480 nõuete kohaselt tavaliselt pikendatud kapotiga kuulventiile ja ülalt avatavaid kuulventiile.

A Vaakumisolatsiooniga faasieraldajakasutatakse välkgaasi eemaldamiseks enne, kui vedelik siseneb tundlikku allavoolu seadmesse. Pooljuhtide rakendustes võib ebastabiilne kahefaasiline vool tekitada piisavalt suuri rõhukõikumisi, et käivitada protsessialarme või seadmete blokeeringuid.

Enamik separaatori konstruktsioone kasutab auru ja vedeliku eraldamise efektiivsuse parandamiseks tangentsiaalset sisselaskeava koos sisemise udukogumissüsteemiga. Paljudes projektides kombineeritakse separaator minipaagiga, mis on paigaldatud protsessipõranda lähedale. Minipaak toimib kohaliku puhvermahuna, mis aitab stabiliseerida lühiajalisi nõudluse kõikumisi ilma märkimisväärset täiendavat soojuskoormust tekitamata.

Pooljuhtide projekti näide

Lõuna-Koreas DRAM-i tehase laiendusprojekt nõudis uut LN₂ jaotusvõrku, mis teenindaks sukeldusjahutusega katseseadmeid ja kiipide töötlemise tööriistu.

Paigaldus hõlmas ligikaudu 180 meetrit jäika vaakumisolatsiooniga toru, mis oli vaakumisolatsiooniga painduvate voolikute abil ühendatud mitme tööriistaharuga. Mahtmaterjalide ladustamisala lähedale paigaldati vaakumisolatsiooniga faasiseparaator ja 2 m³ minipaak.

Dünaamiline vaakumpumba süsteem hoidis rõngasrõhku peamistes 6-tollistes ülekandeliinides alla 5 × 10⁻⁶ mbar.

Kasutuselevõtu ajal oli primaarkollektori mõõdetud soojusleke stabiilsetes töötingimustes keskmiselt ligikaudu 1,3 W/m². Pärast üheaastast pidevat kasutamist hoidsid perioodilised vaakumi taastamise tsüklid isolatsiooni toimivuse algse baasseisundi lähedal.

Võrreldes eelmise vahtisolatsiooniga kontseptsiooniga teatas rajatis märgatavalt väiksematest vedela lämmastiku kadudest ja paremast tööstabiilsusest. Protsessilogid ei näidanud ka niiskusega seotud saastumisjuhtumeid, mis oleksid seotud isolatsiooni lagunemisega.

Rakendused

Vaakum-isolatsiooniga krüogeenseid ülekandesüsteeme kasutatakse laialdaselt pooljuhtide tootmises, veeldatud maagaasi infrastruktuuris, tööstusliku gaasijaotuses ja vedela vesiniku rakendustes.

Kuigi töökeskkonnad on erinevad, jääb inseneritöö eesmärk samaks:

• säilitada vaakumi stabiilsus
• minimeerida soojuse sissetungimist
• säilitada faasi stabiilsus kogu ülekandeprotsessi vältel

Süsteemi projekteerimine järgib tavaliselt rahvusvahelisi standardeid, nagu ASME B31.3, EN 13480 ja ISO 21029, olenevalt projekti ulatusest ja piirkondlikest nõuetest.

Pooljuhtide tootmisrajatiste puhul mõjutab krüogeense jaotussüsteemi jõudlus otseselt töö efektiivsust, vedeliku tarbimist ja pikaajalist protsessi töökindlust. Seetõttu tuleks torustik, ventiilid, separaatorid ja vaakumsüsteemid projekteerida ühe integreeritud termilise süsteemina, mitte iseseisvate komponentidena.

At HL krüogeenikaTeeme koostööd EPC töövõtjate, gaasiettevõtete ja pooljuhtide tehastega, et töötada välja krüogeense ülekande lahendusi, mis põhinevad tegelikel töötingimustel, soojuskoormuse eesmärkidel ja paigaldusnõuetel, mitte standardsetel kataloogikonfiguratsioonidel.

Kui plaanite uut pooljuhtide tehaseprojekti või uuendate olemasolevat LN₂ jaotusvõrku, saab meie insenerimeeskond aidata hinnata soojuslekke jõudlust, vaakumstrateegiat ja süsteemi konfiguratsiooni pikaajaliseks tööks.