יישום צינורות גז בטוהר גבוה במערכות הנדסה אלקטרוניות

מפעל המעגלים המשולבים בקנה מידה גדול מאוד של פרויקט 909 הוא פרויקט בנייה מרכזי של תעשיית האלקטרוניקה של ארצי במהלך תכנית החומש התשיעית לייצור שבבים ברוחב קו של 0.18 מיקרון ובקוטר של 200 מ"מ.

טכנולוגיית הייצור של מעגלים משולבים בקנה מידה גדול מאוד לא רק כרוכה בטכנולוגיות דיוק גבוהות כגון מיקרו-עיבוד, אלא גם מציבה דרישות גבוהות לטוהר הגז.
אספקת הגז בתפזורת לפרויקט 909 מסופקת על ידי מיזם משותף בין Praxair Utility Gas Co., Ltd. מארצות הברית וגורמים רלוונטיים בשנגחאי כדי להקים במשותף מפעל לייצור גז. מפעל ייצור הגז צמוד למפעל פרויקט 909 מבנה המשתרע על שטח של כ-15,000 מ"ר. דרישות הטוהר והתפוקה של גזים שונים

חנקן בטוהר גבוה (PN2), חנקן (N2) וחמצן בטוהר גבוה (PO2) מיוצרים על ידי הפרדת אוויר. מימן בטוהר גבוה (PH2) מיוצר על ידי אלקטרוליזה. ארגון (Ar) והליום (He) נרכשים במיקור חוץ. המעין-גז מטוהר ומסונן לשימוש בפרויקט 909. גז מיוחד מסופק בבקבוקים, וארון בקבוקי הגז ממוקם בבית המלאכה העזר של מפעל ייצור המעגלים המשולבים.
גזים אחרים כוללים גם מערכת CDA אוויר דחוס נקי ויבש, עם נפח שימוש של 4185m3/h, נקודת טל לחץ של -70°C וגודל חלקיקים של לא יותר מ-0.01um בגז בנקודת השימוש. מערכת אוויר דחוס לנשימה (BA), נפח שימוש 90m3/h, נקודת טל לחץ 2℃, גודל החלקיקים בגז בנקודת השימוש אינו גדול מ-0.3um, מערכת ואקום תהליך (PV), נפח שימוש 582m3/h, דרגת ואקום בנקודת השימוש -79993Pa. מערכת ואקום ניקוי (HV), נפח שימוש 1440m3/h, דרגת ואקום בנקודת השימוש -59995 Pa. חדר מדחס האוויר וחדר משאבות ואקום נמצאים שניהם באזור המפעל של פרויקט 909.

מבחר חומרי צינור ואביזרים
לגז המשמש בייצור VLSI דרישות ניקיון גבוהות במיוחד.צינורות גז בטוהר גבוהמשמשים בדרך כלל בסביבות ייצור נקיות, ובקרת הניקיון שלהם צריכה להיות עקבית או גבוהה מרמת הניקיון של החלל בשימוש! בנוסף, צינורות גז בטוהר גבוה משמשים לעתים קרובות בסביבות ייצור נקיות. מימן טהור (PH2), חמצן בטוהר גבוה (PO2) וכמה גזים מיוחדים הם גזים דליקים, נפיצים, תומכי בעירה או רעילים. אם מערכת צינורות הגז תוכננה בצורה לא נכונה או שהחומרים נבחרו בצורה לא נכונה, לא רק שטוהר הגז המשמש בנקודת הגז יפחת, אלא שהוא גם ייכשל. הוא עומד בדרישות התהליך, אך אינו בטוח לשימוש ויגרום לזיהום למפעל הנקי, שישפיע על הבטיחות והניקיון של המפעל הנקי.
הערבות לאיכות הגז הטוהר בנקודת השימוש תלויה לא רק ברמת הדיוק של הפקת הגז, ציוד הטיהור והמסננים, אלא גם מושפעת במידה רבה מגורמים רבים במערכת הצנרת. אם אנחנו מסתמכים על ציוד לייצור גז, ציוד טיהור ומסננים זה פשוט לא נכון להטיל דרישות דיוק גבוהות יותר לאין שיעור כדי לפצות על תכנון לא נכון של מערכת צנרת גז או בחירת חומר.
במהלך תהליך התכנון של פרויקט 909, עקבנו אחר "קוד לעיצוב מפעלים נקיים" GBJ73-84 (התקן הנוכחי הוא (GB50073-2001)), "קוד לתכנון תחנות אוויר דחוס" GBJ29-90, "קוד לתכנון תחנות חמצן" GB50030-91, "קוד לתכנון תחנות מימן וחמצן" GB50177-93, ואמצעים טכניים רלוונטיים לבחירת חומרים ואביזרים לצנרת. "קוד לתכנון מפעלים נקיים" קובע את בחירת חומרי הצנרת והשסתומים כדלקמן:

(1) אם טוהר הגז גדול מ-99.999% או שווה ל-99.999% ונקודת הטל נמוכה מ-76 מעלות צלזיוס, צינור נירוסטה 00Cr17Ni12Mo2Ti דל פחמן (316L) עם דופן פנימית מלוטשת אלקטרו, או צינור נירוסטה OCr18Ni9 (304) עם יש להשתמש בקיר פנימי מלוטש. השסתום צריך להיות שסתום דיאפרגמה או שסתום מפוח.

(2) אם טוהר הגז גדול או שווה ל-99.99% ונקודת הטל נמוכה מ-60°C, יש להשתמש בצינור נירוסטה OCr18Ni9 (304) עם דופן פנימית מלוטשת אלקטרו. למעט שסתומי מפוח שאמורים לשמש עבור צינורות גז דליק, יש להשתמש בשסתומי כדור עבור צינורות גז אחרים.

(3) אם נקודת הטל של אוויר דחוס יבש נמוכה מ-70°C, יש להשתמש בצינור נירוסטה OCr18Ni9 (304) עם דופן פנימית מלוטשת. אם נקודת הטל נמוכה מ-40℃, יש להשתמש בצינור נירוסטה OCr18Ni9 (304) או צינור פלדה מגולוון ללא תפרים. השסתום צריך להיות שסתום מפוח או שסתום כדורי.

(4) חומר השסתום צריך להיות תואם לחומר הצינור המחבר.

על פי דרישות המפרט והאמצעים הטכניים הרלוונטיים, אנו שוקלים בעיקר את ההיבטים הבאים בבחירת חומרי צינור:

(1) חדירות האוויר של חומרי צינור צריכה להיות קטנה. לצינורות מחומרים שונים יש חדירות אוויר שונה. אם נבחרים צינורות עם חדירות אוויר גבוהה יותר, לא ניתן להסיר זיהום. צינורות נירוסטה וצינורות נחושת טובים יותר במניעת חדירת חמצן וקורוזיה באטמוספרה. עם זאת, מכיוון שצינורות נירוסטה פחות פעילים מצינורות נחושת, צינורות נחושת פעילים יותר במתן ללחות באטמוספירה לחדור לתוך המשטחים הפנימיים שלהם. לכן, בבחירת צינורות לצנרת גז בטוהר גבוה, צינורות נירוסטה צריכים להיות הבחירה הראשונה.

(2) המשטח הפנימי של חומר הצינור נספג ויש לו השפעה קטנה על ניתוח הגז. לאחר עיבוד צינור הנירוסטה, כמות מסוימת של גז תישמר בסריג המתכת שלו. כאשר עובר גז בטוהר גבוה, חלק זה של הגז ייכנס לזרימת האוויר ויגרום לזיהום. יחד עם זאת, עקב ספיחה וניתוח, המתכת על פני השטח הפנימיים של הצינור תייצר גם כמות מסוימת של אבקה, שתגרום לזיהום הגז בעל הטוהר הגבוה. עבור מערכות צנרת עם טוהר מעל 99.999% או רמת ppb, יש להשתמש בצינור נירוסטה 00Cr17Ni12Mo2Ti דל פחמן (316L).

(3) עמידות הבלאי של צינורות נירוסטה טובה יותר מזו של צינורות נחושת, ואבק המתכת הנוצר משחיקת זרימת האוויר קטן יחסית. סדנאות ייצור עם דרישות גבוהות יותר לניקיון יכולות להשתמש בצינורות נירוסטה 00Cr17Ni12Mo2Ti דלי פחמן (316L) או OCr18Ni9 בצינורות נירוסטה (304), אין להשתמש בצינורות נחושת.

(4) למערכות צנרת עם טוהר גז מעל 99.999% או רמות ppb או ppt, או בחדרים נקיים עם רמות ניקיון אוויר של N1-N6 המפורטות ב"קוד עיצוב מפעל נקי", צינורות נקיים במיוחד אוצינורות EP נקיים במיוחדצריך להשתמש. נקי "צינור נקי עם משטח פנימי חלק במיוחד".

(5) חלק ממערכות צינורות הגז המיוחדות המשמשות בתהליך הייצור הן גזים קורוזיביים ביותר. על הצינורות במערכות צנרת אלו להשתמש בצינורות נירוסטה עמידים בפני קורוזיה כצינורות. אחרת, הצינורות ייפגעו עקב קורוזיה. אם מתרחשים כתמי קורוזיה על פני השטח, אין להשתמש בצינורות פלדה רגילים ללא תפרים או בצינורות פלדה מרותכת מגולוונת.

(6) באופן עקרוני, יש לרתך את כל חיבורי צינור הגז. מאחר וריתוך של צינורות פלדה מגולוונת יהרוס את השכבה המגולוונת, לא נעשה שימוש בצינורות פלדה מגולוונת לצנרת בחדרים נקיים.

בהתחשב בגורמים לעיל, הצינורות והשסתומים של צינור הגז שנבחרו בפרויקט &7& הם כדלקמן:

צינורות מערכת החנקן (PN2) בטוהר גבוה עשויים מצינורות נירוסטה 00Cr17Ni12Mo2Ti דל פחמן (316L) עם קירות פנימיים מלוטשים אלקטרו, והשסתומים עשויים משסתומי מפוח נירוסטה מאותו החומר.
צינורות מערכת החנקן (N2) עשויים מצינורות נירוסטה 00Cr17Ni12Mo2Ti דל פחמן (316L) עם קירות פנימיים מלוטשים אלקטרו, והשסתומים עשויים משסתומי מפוח נירוסטה מאותו החומר.
צינורות מערכת המימן בטוהר גבוה (PH2) עשויים מצינורות נירוסטה 00Cr17Ni12Mo2Ti דל פחמן (316L) עם קירות פנימיים מלוטשים אלקטרו, והשסתומים עשויים משסתומי מפוח נירוסטה מאותו החומר.
צינורות מערכת החמצן בטוהר גבוה (PO2) עשויים מצינורות נירוסטה 00Cr17Ni12Mo2Ti דל פחמן (316L) עם קירות פנימיים מלוטשים אלקטרו, והשסתומים עשויים משסתומי מפוח נירוסטה מאותו החומר.
צינורות מערכת ארגון (Argon) עשויים מצינורות נירוסטה 00Cr17Ni12Mo2Ti דל פחמן (316L) עם דפנות פנימיות מלוטשות אלקטרו, ונעשה שימוש בשסתומי מפוח נירוסטה מאותו חומר.
צינורות מערכת ההליום (He) עשויים מצינורות נירוסטה 00Cr17Ni12Mo2Ti דל פחמן (316L) עם קירות פנימיים מלוטשים אלקטרו, והשסתומים עשויים משסתומי מפוח נירוסטה מאותו החומר.
צינורות מערכת האוויר הדחוס והיבש (CDA) עשויים מצינורות נירוסטה OCr18Ni9 (304) עם קירות פנימיים מלוטשים, והשסתומים עשויים משסתומי מפוח מנירוסטה מאותו החומר.
צינורות מערכת האוויר הדחוס לנשימה (BA) עשויים מצינורות נירוסטה OCr18Ni9 (304) עם קירות פנימיים מלוטשים, והשסתומים עשויים משסתומי כדור נירוסטה מאותו החומר.
צינורות מערכת הוואקום בתהליך (PV) עשויים מצינורות UPVC, והשסתומים עשויים משסתומי פרפר ואקום העשויים מאותו חומר.
צינורות מערכת הניקיון ואקום (HV) עשויים מצינורות UPVC, והשסתומים עשויים משסתומי פרפר ואקום העשויים מאותו חומר.
הצינורות של מערכת הגז המיוחדת עשויים כולם מצינורות נירוסטה 00Cr17Ni12Mo2Ti דל פחמן (316L) עם קירות פנימיים מלוטשים אלקטרו, והשסתומים עשויים משסתומי מפוח נירוסטה מאותו החומר.

3 בנייה והתקנת צינורות
3.1 סעיף 8.3 ל"קוד עיצוב בניין מפעל נקי" קובע את ההוראות הבאות לחיבורי צנרת:
(1) יש לרתך חיבורי צינור, אך יש להשחיל צינורות פלדה מגולוונת בחום. חומר האיטום של חיבורי הברגה יעמוד בדרישות סעיף 8.3.3 למפרט זה
(2) צינורות נירוסטה צריכים להיות מחוברים באמצעות ריתוך קשת ארגון וריתוך קת או ריתוך שקעים, אך יש לחבר צינורות גז בטוהר גבוה באמצעות ריתוך קת ללא סימנים על הקיר הפנימי.
(3) החיבור בין צינורות לציוד צריך לעמוד בדרישות החיבור של הציוד. בעת שימוש בחיבורי צינור, יש להשתמש בצינורות מתכת
(4) החיבור בין צינורות לשסתומים צריך לעמוד בתקנות הבאות

① חומר האיטום המחבר בין צינורות ושסתומי גז בטוהר גבוה צריך להשתמש באטמי מתכת או חוזים כפולים בהתאם לדרישות תהליך הייצור ומאפייני הגז.
②חומר האיטום בחיבור ההברגה או האוגן צריך להיות פוליטטראפלואורואתילן.
3.2 על פי דרישות המפרט והאמצעים הטכניים הרלוונטיים, יש לרתך את החיבור של צינורות גז בטוהר גבוה ככל האפשר. יש להימנע מריתוך קת ישיר במהלך הריתוך. יש להשתמש בשרוולי צינור או במפרקים מוגמרים. שרוולי הצינור צריכים להיות עשויים מאותו חומר ומחלקות פני השטח הפנימיים כמו הצינורות. רמה, במהלך הריתוך, על מנת למנוע חמצון של חלק הריתוך, יש להכניס גז מגן טהור לצינור הריתוך. עבור צינורות נירוסטה, יש להשתמש בריתוך ארגון בקשת, ולהכניס לצינור גז ארגון באותו טוהר. יש להשתמש בחיבור מושחל או חיבור מושחל. בעת חיבור אוגנים, יש להשתמש בחוזים לחיבורי הברגה. למעט צינורות חמצן וצינורות מימן, שצריכים להשתמש באטמי מתכת, צינורות אחרים צריכים להשתמש באטמי פוליטטראפלואורואתילן. גם מריחת כמות קטנה של גומי סיליקון על האטמים תהיה יעילה. שפר את אפקט האיטום. יש לנקוט באמצעים דומים בעת ביצוע חיבורי אוגן.
לפני תחילת עבודת ההתקנה, בדיקה ויזואלית מפורטת של צינורות,אביזרייש לבצע , שסתומים וכו'. יש לכבוש את הקיר הפנימי של צינורות נירוסטה רגילים לפני ההתקנה. יש לאסור בתכלית האיסור על שמן בצינורות, אביזרי, שסתומים וכו' של צינורות חמצן, ויש להפיל אותם לחלוטין על פי הדרישות הרלוונטיות לפני ההתקנה.
לפני התקנת המערכת וכניסה לשימוש, יש לטהר לחלוטין את מערכת צינורות ההולכה והחלוקה עם הגז המועבר בטוהר גבוה. זה לא רק מפוצץ את חלקיקי האבק שנפלו בטעות לתוך המערכת במהלך תהליך ההתקנה, אלא גם ממלא תפקיד מייבש במערכת הצנרת, ומסיר חלק מהגז המכיל לחות שנספג בדופן הצינור ואפילו חומר הצינור.

4. בדיקת לחץ צינור וקבלה
(1) לאחר התקנת המערכת תתבצע בדיקה רנטגנית של 100% של הצינורות המובילים נוזלים רעילים מאוד בצינורות גז מיוחדים, ואיכותם לא תהיה נמוכה מרמה II. צינורות אחרים יהיו כפופים לבדיקת דגימה רדיוגרפית, ויחס בדיקת הדגימה לא יפחת מ-5%, האיכות לא תהיה נמוכה מדרגה III.
(2) לאחר מעבר הבדיקה הלא-הרסנית יש לבצע בדיקת לחץ. על מנת להבטיח את היובש והניקיון של מערכת הצנרת, אין לבצע בדיקת לחץ הידראולית אלא להשתמש בבדיקת לחץ פניאומטית. את בדיקת לחץ האוויר יש לבצע באמצעות חנקן או אוויר דחוס התואם את רמת הניקיון של החדר הנקי. לחץ הבדיקה של הצינור צריך להיות פי 1.15 מלחץ התכנון, ולחץ הבדיקה של צינור הוואקום צריך להיות 0.2MPa. במהלך הבדיקה יש להגביר את הלחץ בהדרגה ובאטיות. כאשר הלחץ עולה ל-50% מלחץ הבדיקה, אם לא נמצאה חריגה או דליפה, יש להמשיך להעלות את הלחץ שלב אחר שלב ב-10% מלחץ הבדיקה, ולייצב את הלחץ למשך 3 דקות בכל רמה עד ללחץ הבדיקה. . ייצב את הלחץ למשך 10 דקות, ולאחר מכן הפחית את הלחץ ללחץ התכנון. יש לקבוע את זמן עצירת הלחץ בהתאם לצרכי איתור נזילות. סוכן הקצף מוסמך אם אין דליפה.
(3) לאחר שמערכת הוואקום עוברת את בדיקת הלחץ, עליה לבצע גם בדיקת דרגת ואקום של 24 שעות לפי מסמכי התכנון, ושיעור הלחץ לא יעלה על 5%.
(4) בדיקת דליפה. עבור מערכות צנרת בדרגת ppb ו-ppt, לפי המפרט הרלוונטי, אין לראות בדליפה ככשירה, אלא נעשה שימוש בבדיקת כמות הדליפה במהלך התכנון, כלומר, בדיקת כמות הדליפה מתבצעת לאחר בדיקת אטימות האוויר. הלחץ הוא לחץ העבודה, והלחץ מופסק למשך 24 שעות. הדליפה הממוצעת לשעה קטנה או שווה ל-50ppm לפי הסמכה. חישוב הנזילה הוא כדלקמן:
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
בנוסחה:
דליפה של שעה (%)
P1-לחץ מוחלט בתחילת הבדיקה (Pa)
P2-לחץ מוחלט בסוף הבדיקה (Pa)
טמפרטורה מוחלטת של T1 בתחילת הבדיקה (K)
טמפרטורה מוחלטת של T2 בסוף הבדיקה (K)