У вытворчасці паўправаднікоў крыягенныя размеркавальныя сістэмы павінны рабіць больш, чым проста перадаваць вадкі азот або аргон з аднаго пункта ў іншы. Вадкасць павінна заставацца стабільнай, чыстай і аднафазнай на ўсім шляху да месца выкарыстання. Нават невялікая колькасць цяпла можа прывесці да ўспышкі газу, ваганняў ціску або забруджвання вільгаццю, што ўплывае на стабільнасць працэсу.

Вось чамуВакуумная ізаляваная трубасістэмы звычайна выкарыстоўваюцца на паўправадніковых заводах замест звычайных трубаправодаў з пенапластавай ізаляцыяй. У спалучэнні з належным кіраваннемДынамічная сістэма вакуумнага помпыагульная ўцечка цяпла можа заставацца ніжэй за 3 Вт/м², захоўваючы пры гэтым доўгатэрміновую стабільнасць вакууму па ўсёй перадатнай лініі.

У паўправадніковых прыладах вакуумную ізаляцыю нельга разглядаць як пасіўны пласт вакол трубы. Гэта актыўная цеплавая сістэма, якая патрабуе вымерных вакуумных характарыстык і доўгатэрміновай абслугоўваемасці. У асяроддзях вытворчасці высокадакладных мікрасхем нават нязначнае павышэнне тэмпературы насычэння вадкасцю можа прывесці да двухфазных умоў патоку, якія перашкаджаюць працы ахаладжальных контураў, сістэм ачысткі або абсталявання для кіравання працэсамі.

Чаму ўцечка цяпла мае значэнне ў крыягенных паўправадніковых сістэмах

На кожную крыягенную перадачу цяпла ўплываюць тры асноўныя формы цеплаперадачы:

• выпраменьванне праз кальцавую прастору
• газаправоднасць, выкліканая рэшткавымі малекуламі
• цвёрдая праводнасць праз апоры і распоркі

У правільна распрацаванымВакуумная ізаляваная труба, ціск у кальцавым памяшканні звычайна зніжаецца ніжэй за 1×10⁻⁴ Па. Пры гэтым узроўні вакууму астатнія малекулы газу маюць сярэдні вольны прабег, значна большы за кальцавую шчыліну, што значна зніжае цеплаправоднасць газу.

Прамянёвая цеплаперадача кантралюецца з дапамогай шматслаёвай ізаляцыі (МПС). Ізаляцыя складаецца з чаргуючыхся слаёў адбівальнай фальгі і нізкаправоднага распорнага матэрыялу. Пры правільнай шчыльнасці слаёў і спосабе ўстаноўкі радыяцыйны цеплавы паток можна знізіць да ўсяго некалькіх ват на квадратны метр.

Астатняя цеплавая пранікальнасць у асноўным паступае ад механічных апор. Каб мінімізаваць гэты эфект, звычайна выкарыстоўваюцца нізкаправодныя матэрыялы, такія як шкловалакно G-10 або Torlon®. Гэтыя апоры ўсё яшчэ павінны мець дастатковую механічную трываласць, каб вытрымліваць цеплавое сцісканне, вібрацыю і сейсмічныя нагрузкі падчас эксплуатацыі.

Пры вялікіх адлегласцях перадачы розніца паміж вакуумнай ізаляцыяй і пенапластавай ізаляцыяй становіцца вельмі прыкметнай. Добра абслугоўваная вакуумная сістэма можа падтрымліваць стабільныя цеплавыя характарыстыкі на працягу многіх гадоў, у той час як пенапластавая ізаляцыя паступова паглынае вільгаць з атмасферы. Пасля таго, як вільгаць трапляе ў ізаляцыйную канструкцыю і замярзае, цеплавая эфектыўнасць звычайна з часам зніжаецца.

У практычных паўправадніковых размеркавальных сістэмах LN₂,вакуумнаізаляваныя трубыможа значна знізіць выкіпанне ў параўнанні з традыцыйнымі трубаправодамі з пенапластавай ізаляцыяй, асабліва на доўгіх адкрытых участках або бесперапынна працуючых галоўных калектарах.

Дынамічная сістэма вакуумнага помпы

Адной з праблем статычных вакуумных кашуль з'яўляецца тое, што якасць вакууму можа паступова пагаршацца з гадамі з-за выдзялення газаў, пранікнення гелія або мікраскапічных уцечак.

Каб вырашыць гэтую праблему, вялікі дыяметрВакуумная ізаляваная трубасістэмы могуць быць абсталяваныДынамічная сістэма вакуумнага помпыЗвычайна сістэма ўключае ў сябе кампактную турбамалекулярную або спіральную помпу, якая перыядычна аднаўляе кальцавы вакуум да першапачатковага разліковага стану.

Узровень вакууму пастаянна кантралюецца з дапамогай манометраў з халодным катодам. Помпа ўключаецца толькі тады, калі ціск перавышае мэтавае ўстаноўленае значэнне, таму спажыванне энергіі і патрабаванні да тэхнічнага абслугоўвання застаюцца адносна нізкімі.

У адным праекце мадэрнізацыі паўправадніковага завода ў горадзе Сіньчжу (Тайвань) актыўна кіраваная сістэма вакуумнай адпампоўкі дазволіла састарэламу калектару перадачы LN₂ аднавіць цеплавыя характарыстыкі, блізкія да першапачатковага эксплуатацыйнага стану, без спынення вытворчай лініі. У новых праектах актыўнае падтрыманне вакууму таксама дае аператарам большую ўпэўненасць у доўгатэрміновай стабільнасці ізаляцыі на працягу ўсяго тэрміну службы сістэмы.

Матэрыялы і канструкцыя сістэмы

Для паўправадніковых і звышвысокачыстых прымяненняў унутраная тэхналагічная труба звычайна вырабляецца з нержавеючай сталі 304L або 316L. Унутраныя паверхні ачышчаюцца, прадзімаюцца і пасівуюцца, каб адпавядаць патрабаванням чыстай кіслароднай чысціні і мінімізаваць рызыку забруджвання.

Знешняя абалонка можа быць выраблена з афарбаванай вугляродзістай сталі або нержавеючай сталі ў залежнасці ад асяроддзя ўстаноўкі. У зонах, прылеглых да чыстых памяшканняў, часта перавага аддаецца вонкавай абалонцы з нержавеючай сталі, каб пазбегнуць карозіі або забруджвання паверхні.

Таксама неабходна ўважліва ўлічваць цеплавое сцісканне. Лінія перадачы LN₂ можа сціскацца прыкладна на 2,5–3 мм на метр паміж тэмпературай навакольнага асяроддзя і рабочай тэмпературай. Каб кампенсаваць гэтае зрушэнне, у разлічаных месцах анкераў па ўсёй трубаправоднай сетцы звычайна ўсталёўваюцца кампенсатары пашырэння сильфоннага тыпу.

Там, дзе патрабуецца рух або гнуткасць,Вакуумны ізаляваны гнуткі шлангЗвычайна выкарыстоўваюцца вузлы. Тыповыя месцы размяшчэння ўключаюць падлучэнні рэзервуараў, падключэнні абсталявання, адгалінаванні калектараў і мабільныя тэхналагічныя платформы.

Гэтыя гнуткія шлангі выкарыстоўваюць гафрыраваны ўнутраны стрыжань разам з вакуумнай абалонкай і структурай MLI, падобнай да жорсткай вакуумнай трубы. Правільна распрацаваныя вузлы могуць падтрымліваць цэласнасць вакууму пасля шматразовых крыягенных тэрмічных цыклаў, адначасова прадухіляючы ўтварэнне знешняга лёду, якое звычайна з'яўляецца для неізаляваных аплётаных шлангаў.

Вакуумна-ізаляваныя клапаныіФазавыя сепаратары

Кіраванне ўцечкай цяпла не абмяжоўваецца прамымі ўчасткамі труб. Клапаны іфазавыя сепаратарытаксама адыгрываюць важную ролю ў падтрыманні стабільных крыягенных умоў патоку.

A Вакуумны ізаляваны клапанзвычайна выкарыстоўвае падоўжаны вечка і корпус з вакуумнай абалонкай, каб абараніць крытычныя ўшчыльняльныя зоны ад надзвычай нізкіх тэмператур. Гэта дапамагае прадухіліць замярзанне вакол сальніка штока і памяншае непажаданую кандэнсацыю ўнутры канструкцыі клапана.

Без вакуумнай ізаляцыі клапаны могуць стаць месцамі канцэнтраванай уцечкі цяпла ў сістэме. У крыягенных умовах эксплуатацыі вадкасных вадкасцей гэта можа прывесці да ўзнікнення лакальных паравых кішэняў, нестабільных умоў патоку або гідраўлічных удараў.

Для паўправадніковых працэсных сістэм звычайна выкарыстоўваюцца шаравыя клапаны з падоўжаным вечкам і шаравыя клапаны з верхнім уваходам у адпаведнасці з патрабаваннямі ASME B31.3 і EN 13480.

A Вакуумны ізаляваны фазавы сепаратарвыкарыстоўваецца для выдалення імгненнага газу перад тым, як вадкасць паступіць у адчувальнае абсталяванне пасля аварыйнай сістэмы. У паўправадніковых прыладах нестабільны двухфазны паток можа ствараць ваганні ціску, дастаткова вялікія, каб выклікаць сігналізацыю працэсу або блакіроўку абсталявання.

У большасці канструкцый сепаратараў выкарыстоўваецца тангенцыяльны ўваход разам з унутранай структурай дэмістэра для павышэння эфектыўнасці падзелу пароў і вадкасці. У многіх праектах сепаратар спалучаецца з міні-рэзервуарам, усталяваным паблізу вытворчай пляцоўкі. Міні-рэзервуар выступае ў якасці лакальнага буфернага аб'ёму, які дапамагае стабілізаваць кароткатэрміновыя ваганні попыту без увядзення значнай дадатковай цеплавой нагрузкі.

Прыклад паўправадніковага праекта

Праект пашырэння вытворчасці DRAM у Паўднёвай Карэі запатрабаваў новай размеркавальнай сеткі LN₂, якая абслугоўвала б выпрабавальнае абсталяванне з астуджэннем пагружэннем і інструменты для апрацоўкі пласцін.

Устаноўка ўключала прыблізна 180 метраў жорсткай вакуумна-ізаляванай трубы, падлучанай да некалькіх адгалінаванняў інструментаў з дапамогай гнуткіх вакуумна-ізаляваных шлангаў. Вакуумна-ізаляваны фазавы сепаратар і міні-рэзервуар аб'ёмам 2 м³ былі ўсталяваныя побач з зонай захоўвання сыпкіх матэрыялаў.

Дынамічная вакуумная помпавая сістэма падтрымлівала ціск у кальцавым памяшканні на асноўных 6-цалевых перадаткавых трубаправодах ніжэй за 5×10⁻⁶ мбар.

Падчас уводу ў эксплуатацыю вымераная ўцечка цяпла на першасным калектары ў сярэднім складала прыблізна 1,3 Вт/м² пры стабільных умовах эксплуатацыі. Пасля аднаго года бесперапыннай працы перыядычныя цыклы аднаўлення вакууму падтрымлівалі характарыстыкі ізаляцыі блізкімі да зыходнага стану.

У параўнанні з папярэдняй канцэпцыяй пенапластавай ізаляцыі, на аб'екце паведамлялася пра прыкметна меншыя страты вадкага азоту і паляпшэнне эксплуатацыйнай стабільнасці. У тэхналагічных журналах таксама не было выяўлена забруджвання, звязанага з вільгаццю і дэградацыяй ізаляцыі.

Прыкладанні

Вакуумна-ізаляваныя крыягенныя сістэмы перадачы шырока выкарыстоўваюцца ў вытворчасці паўправаднікоў, інфраструктуры звадкаванага прыроднага газу, размеркаванні прамысловага газу і ўжыванні вадкага вадароду.

Нягледзячы на ​​тое, што аперацыйныя асяроддзі адрозніваюцца, інжынерная мэта застаецца нязменнай:

• падтрымліваць стабільнасць вакууму
• мінімізаваць паступленне цяпла
• захаваць фазавую стабільнасць на працягу ўсяго працэсу пераносу

Праектаванне сістэмы звычайна адпавядае міжнародным стандартам, такім як ASME B31.3, EN 13480 і ISO 21029, у залежнасці ад аб'ёму праекта і рэгіянальных патрабаванняў.

Для паўправадніковых установак прадукцыйнасць крыягеннай размеркавальнай сістэмы непасрэдна ўплывае на эфектыўнасць працы, спажыванне вадкасці і доўгатэрміновую надзейнасць працэсу. З-за гэтага трубаправоды, клапаны, сепаратары і сістэмы падтрымання вакууму павінны быць распрацаваны як адна інтэграваная цеплавая сістэма, а не як незалежныя кампаненты.

At Крыягеніка HLМы супрацоўнічаем з падрадчыкамі па праектаванні, будаўніцтве і будаўніцтве, газавымі кампаніямі і паўправадніковымі заводамі, каб распрацоўваць крыягенныя рашэнні па пераносе матэрыялаў на аснове рэальных умоў эксплуатацыі, мэтавых паказчыкаў цеплавой нагрузкі і патрабаванняў да ўстаноўкі, а не стандартных канфігурацый па каталогу.

Калі вы плануеце новы праект па вытворчасці паўправаднікоў або мадэрнізацыю існуючай размеркавальнай сеткі LN₂, наша інжынерная каманда можа дапамагчы ацаніць характарыстыкі ўцечкі цяпла, стратэгію вакууму і канфігурацыю сістэмы для доўгатэрміновай эксплуатацыі.