Приложение на газопроводи с висока чистота в електронните инженерни системи

Проектът 909 Very Large Scale Integrated Circuit Factory е основен строителен проект на електронната индустрия на моята страна по време на деветия петгодишен план за производство на чипове с ширина на линията 0,18 микрона и диаметър 200 mm.

Производствената технология на много големи интегрални схеми не само включва високо прецизни технологии като микрообработка, но също така поставя високи изисквания към чистотата на газа.
Доставката на газ в насипно състояние за проект 909 се осигурява от съвместно предприятие между Praxair Utility Gas Co., Ltd. от Съединените щати и съответните страни в Шанхай за съвместно създаване на завод за производство на газ. Заводът за производство на газ е в съседство с завода за проект 909 сграда, обхващаща площ от приблизително 15 000 квадратни метра. Изисквания за чистота и изход на различни газове

Азот с висока чистота (PN2), азот (N2) и кислород с висока чистота (PO2) се произвеждат чрез разделяне на въздуха. Водородът с висока чистота (PH2) се произвежда чрез електролиза. Аргон (Ar) и хелий (He) се закупуват на външни изпълнители. Квазигазът се пречиства и филтрира за използване в Проект 909. Специалният газ се доставя в бутилки, а шкафът за газови бутилки се намира в спомагателния цех на завода за производство на интегрални схеми.
Другите газове също включват CDA система за чист сух сгъстен въздух с използван обем от 4185 m3/h, точка на оросяване под налягане от -70°C и размер на частиците не повече от 0,01 um в газа в точката на употреба. Система за дишане със сгъстен въздух (BA), използван обем 90 m3/h, точка на оросяване под налягане 2 ℃, размерът на частиците в газа в точката на използване не е по-голям от 0,3 um, система за технологичен вакуум (PV), използван обем 582 m3/h, степен на вакуум в точката на използване -79993Pa. Почистваща вакуумна система (HV), използван обем 1440 m3/h, степен на вакуум в точката на използване -59995 Pa. Помещението за въздушен компресор и помещението за вакуумни помпи са разположени в зоната на фабриката по проекта 909.

Избор на тръбни материали и аксесоари
Газът, използван в производството на VLSI, има изключително високи изисквания за чистота.Газопроводи с висока чистотаобикновено се използват в чисти производствени среди и техният контрол на чистотата трябва да бъде в съответствие с или по-висок от нивото на чистота на използваното пространство! В допълнение, газопроводите с висока чистота често се използват в чисти производствени среди. Чистият водород (PH2), кислородът с висока чистота (PO2) и някои специални газове са запалими, експлозивни, поддържащи горенето или токсични газове. Ако газопроводната система е неправилно проектирана или материалите са неправилно избрани, не само ще намалее чистотата на газа, използван в газовата точка, но и ще се повреди. Той отговаря на изискванията на процеса, но не е безопасен за използване и ще причини замърсяване на чистата фабрика, засягайки безопасността и чистотата на чистата фабрика.
Гаранцията за качеството на газ с висока чистота в точката на употреба зависи не само от точността на производството на газ, оборудването за пречистване и филтрите, но също така се влияе до голяма степен от много фактори в тръбопроводната система. Ако разчитаме на оборудване за производство на газ, оборудване за пречистване и филтри, просто е неправилно да се налагат безкрайно по-високи изисквания за точност, за да се компенсира неправилен дизайн на газопроводната система или избор на материал.
По време на процеса на проектиране на проекта 909 ние следвахме „Кодекс за проектиране на чисти инсталации“ GBJ73-84 (настоящият стандарт е (GB50073-2001)), „Кодекс за проектиране на станции за сгъстен въздух“ GBJ29-90, „Кодекс за проектиране на кислородни станции” GB50030-91, „Кодекс за проектиране на водородни и кислородни станции” GB50177-93 и съответните технически мерки за избор на материали и аксесоари за тръбопроводи. „Кодекс за проектиране на чисти инсталации“ определя избора на тръбопроводни материали и клапани, както следва:

(1) Ако чистотата на газа е по-голяма или равна на 99,999% и точката на оросяване е по-ниска от -76°C, тръба от неръждаема стомана с ниско съдържание на въглерод 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) с електрополирана вътрешна стена или тръба от неръждаема стомана OCr18Ni9 (304) с трябва да се използва електрополирана вътрешна стена. Вентилът трябва да бъде мембранен или силфонен.

(2) Ако чистотата на газа е по-голяма или равна на 99,99% и точката на оросяване е по-ниска от -60°C, трябва да се използва тръба от неръждаема стомана OCr18Ni9 (304) с електрополирана вътрешна стена. С изключение на силфонните клапани, които трябва да се използват за тръбопроводи за горими газове, сферичните кранове трябва да се използват за други газопроводи.

(3) Ако точката на оросяване на сухия сгъстен въздух е по-ниска от -70°C, трябва да се използва тръба от неръждаема стомана OCr18Ni9 (304) с полирана вътрешна стена. Ако точката на оросяване е по-ниска от -40 ℃, трябва да се използва тръба от неръждаема стомана OCr18Ni9 (304) или горещо поцинкована безшевна стоманена тръба. Вентилът трябва да е със силфонен вентил или сферичен кран.

(4) Материалът на вентила трябва да е съвместим с материала на свързващата тръба.

Съгласно изискванията на спецификациите и съответните технически мерки, ние разглеждаме главно следните аспекти при избора на материали за тръбопроводи:

(1) Въздушната пропускливост на тръбните материали трябва да е малка. Тръбите от различни материали имат различна въздухопропускливост. Ако се изберат тръби с по-голяма въздухопропускливост, замърсяването не може да бъде отстранено. Тръбите от неръждаема стомана и медните тръби са по-добри за предотвратяване на проникването и корозията на кислорода в атмосферата. Въпреки това, тъй като тръбите от неръждаема стомана са по-малко активни от медните тръби, медните тръби са по-активни в позволяването на влагата в атмосферата да проникне във вътрешните им повърхности. Следователно, когато избирате тръби за газопроводи с висока чистота, тръбите от неръждаема стомана трябва да бъдат първият избор.

(2) Вътрешната повърхност на материала на тръбата е адсорбирана и има малък ефект върху анализа на газа. След като тръбата от неръждаема стомана бъде обработена, определено количество газ ще се задържи в металната й решетка. Когато преминава газ с висока чистота, тази част от газа ще навлезе във въздушния поток и ще причини замърсяване. В същото време, поради адсорбция и анализ, металът на вътрешната повърхност на тръбата също ще произведе определено количество прах, причинявайки замърсяване на газа с висока чистота. За тръбопроводни системи с чистота над 99,999% или ниво на ppb трябва да се използва тръба от неръждаема стомана с ниско съдържание на въглерод 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L).

(3) Износоустойчивостта на тръбите от неръждаема стомана е по-добра от тази на медните тръби, а металният прах, генериран от ерозията на въздушния поток, е относително по-малък. Производствени цехове с по-високи изисквания за чистота могат да използват тръби от неръждаема стомана с ниско съдържание на въглерод 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) или тръби от неръждаема стомана OCr18Ni9 (304), медни тръби не трябва да се използват.

(4) За тръбопроводни системи с чистота на газа над 99,999% или нива на ppb или ppt, или в чисти помещения с нива на чистота на въздуха N1-N6, посочени в „Кодекс за проектиране на чиста фабрика“, ултрачисти тръби илиEP ултра-чисти тръбитрябва да се използва. Почистете „чиста тръба с изключително гладка вътрешна повърхност“.

(5) Някои от специалните газопроводни системи, използвани в производствения процес, са силно корозивни газове. Тръбите в тези тръбопроводни системи трябва да използват устойчиви на корозия тръби от неръждаема стомана като тръби. В противен случай тръбите ще се повредят поради корозия. Ако по повърхността се появят петна от корозия, не трябва да се използват обикновени безшевни стоманени тръби или поцинковани заварени стоманени тръби.

(6) По принцип всички връзки на газопровода трябва да бъдат заварени. Тъй като заваряването на поцинковани стоманени тръби ще разруши поцинкования слой, поцинкованите стоманени тръби не се използват за тръби в чисти помещения.

Като се имат предвид горните фактори, избраните газопроводни тръби и клапани в проекта &7& са както следва:

Тръбите на системата за азот с висока чистота (PN2) са направени от тръби от неръждаема стомана с ниско съдържание на въглерод 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) с електрополирани вътрешни стени, а клапаните са изработени от клапани със силфон от неръждаема стомана от същия материал.
Тръбите на системата за азот (N2) са изработени от нисковъглеродни тръби от неръждаема стомана 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) с електрополирани вътрешни стени, а клапаните са изработени от силфонни клапани от неръждаема стомана от същия материал.
Тръбите на системата за водород с висока чистота (PH2) са направени от 00Cr17Ni12Mo2Ti нисковъглеродни тръби от неръждаема стомана (316L) с електрополирани вътрешни стени, а клапаните са изработени от силфонни клапани от неръждаема стомана от същия материал.
Тръбите на системата за кислород с висока чистота (PO2) са направени от 00Cr17Ni12Mo2Ti нисковъглеродни тръби от неръждаема стомана (316L) с електрополирани вътрешни стени, а клапаните са изработени от силфонни клапани от неръждаема стомана от същия материал.
Тръбите на системата Argon (Ar) са изработени от тръби от нисковъглеродна неръждаема стомана 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) с електрополирани вътрешни стени и се използват силфонни клапани от неръждаема стомана от същия материал.
Тръбите на хелиевата (He) система са изработени от тръби от нисковъглеродна неръждаема стомана 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) с електрополирани вътрешни стени, а клапаните са изработени от силфонни клапани от неръждаема стомана от същия материал.
Тръбите на системата за чист сух сгъстен въздух (CDA) са изработени от тръби от неръждаема стомана OCr18Ni9 (304) с полирани вътрешни стени, а клапаните са изработени от силфонни клапани от неръждаема стомана от същия материал.
Тръбите на системата за дишане със сгъстен въздух (BA) са направени от тръби от неръждаема стомана OCr18Ni9 (304) с полирани вътрешни стени, а клапаните са направени от сферични кранове от неръждаема стомана от същия материал.
Тръбите на технологичната вакуумна (PV) система са изработени от UPVC тръби, а вентилите са направени от вакуумни дроселови клапи, изработени от същия материал.
Тръбите на почистващата вакуумна (HV) система са изработени от UPVC тръби, а клапаните са направени от вакуумни дроселови клапи, изработени от същия материал.
Всички тръби на специалната газова система са изработени от 00Cr17Ni12Mo2Ti нисковъглеродни тръби от неръждаема стомана (316L) с електрополирани вътрешни стени, а клапаните са изработени от силфонни клапани от неръждаема стомана от същия материал.

3 Изграждане и монтаж на тръбопроводи
3.1 Раздел 8.3 от „Кодекс за проектиране на чиста фабрика“ определя следните разпоредби за тръбопроводни връзки:
(1) Тръбните връзки трябва да бъдат заварени, но горещо поцинкованите стоманени тръби трябва да са с резба. Уплътнителният материал на резбовите съединения трябва да отговаря на изискванията на член 8.3.3 от тази спецификация
(2) Тръбите от неръждаема стомана трябва да бъдат свързани чрез заваряване с аргонова дъга и челно заваряване или заваряване на муфа, но газопроводите с висока чистота трябва да бъдат свързани чрез челно заваряване без следи по вътрешната стена.
(3) Връзката между тръбопроводите и оборудването трябва да отговаря на изискванията за свързване на оборудването. При използване на маркучни връзки трябва да се използват метални маркучи
(4) Връзката между тръбопроводите и вентилите трябва да отговаря на следните разпоредби

① Уплътнителният материал, свързващ газопроводи с висока чистота и клапани, трябва да използва метални уплътнения или двойни накрайници в съответствие с изискванията на производствения процес и характеристиките на газа.
②Уплътнителният материал при резбовата или фланцовата връзка трябва да бъде политетрафлуоретилен.
3.2 Съгласно изискванията на спецификациите и съответните технически мерки, връзката на газопроводи с висока чистота трябва да бъде заварена колкото е възможно повече. Директното челно заваряване трябва да се избягва по време на заваряване. Трябва да се използват тръбни маншети или готови съединения. Гилзите на тръбите трябва да бъдат направени от същия материал и гладка вътрешна повърхност като тръбите. ниво, по време на заваряване, за да се предотврати окисляването на заваръчната част, в заваръчната тръба трябва да се въведе чист защитен газ. За тръби от неръждаема стомана трябва да се използва заваряване с аргонова дъга и в тръбата трябва да се въведе газ аргон със същата чистота. Трябва да се използва резбова връзка или резбова връзка. При свързване на фланци трябва да се използват накрайници за резбови съединения. С изключение на тръбите за кислород и водород, които трябва да използват метални уплътнения, другите тръби трябва да използват уплътнения от политетрафлуоретилен. Нанасянето на малко количество силиконова гума върху уплътненията също ще бъде ефективно. Подобряване на запечатващия ефект. Подобни мерки трябва да се вземат, когато се правят фланцови връзки.
Преди да започнат монтажните работи, подробна визуална проверка на тръбите,фитинги, клапани и т.н. Вътрешната стена на обикновените тръби от неръждаема стомана трябва да се ецва преди монтажа. Тръбите, фитингите, клапаните и т.н. на кислородните тръбопроводи трябва да бъдат строго забранени от масло и трябва да бъдат строго обезмаслени според съответните изисквания преди монтажа.
Преди системата да бъде инсталирана и пусната в експлоатация, преносната и разпределителната тръбопроводна система трябва да бъдат напълно прочистени с доставения газ с висока чистота. Това не само издухва частиците прах, които случайно са попаднали в системата по време на инсталационния процес, но също така играе изсушаваща роля в тръбопроводната система, като премахва част от съдържащия влага газ, абсорбиран от стената на тръбата и дори от материала на тръбата.

4. Изпитване под налягане на тръбопровода и приемане
(1) След инсталиране на системата се извършва 100% радиографски контрол на тръбите, транспортиращи силно токсични течности в специални газопроводи, като качеството им не трябва да бъде по-ниско от II ниво. Други тръби трябва да бъдат подложени на радиографска проверка за вземане на проби и коефициентът на проверка на вземане на проби не трябва да бъде по-малък от 5%, качеството не трябва да бъде по-ниско от степен III.
(2) След преминаване на безразрушителния контрол трябва да се извърши изпитване под налягане. За да се осигури сухота и чистота на тръбопроводната система, не трябва да се извършва тест за хидравлично налягане, а трябва да се използва пневматичен тест за налягане. Тестът за въздушно налягане трябва да се извърши с помощта на азот или сгъстен въздух, който отговаря на нивото на чистота на чистото помещение. Изпитвателното налягане на тръбопровода трябва да бъде 1,15 пъти проектното налягане, а изпитвателното налягане на вакуумния тръбопровод трябва да бъде 0,2MPa. По време на теста налягането трябва да се увеличава постепенно и бавно. Когато налягането се повиши до 50% от изпитвателното налягане, ако не се открие аномалия или изтичане, продължете да увеличавате налягането стъпка по стъпка с 10% от изпитвателното налягане и стабилизирайте налягането за 3 минути на всяко ниво, докато изпитвателното налягане достигне . Стабилизирайте налягането за 10 минути, след което намалете налягането до проектното налягане. Времето за спиране на налягането трябва да се определи според нуждите за откриване на течове. Пенообразуващият агент е квалифициран, ако няма изтичане.
(3) След като вакуумната система премине теста за налягане, тя също трябва да проведе 24-часов тест за степен на вакуум съгласно проектните документи и степента на херметизиране не трябва да бъде по-голяма от 5%.
(4) Тест за течове. За тръбопроводни системи с клас ppb и ppt, съгласно съответните спецификации, не трябва да се счита за квалифицирано изтичане, но тестът за количеството на изтичане се използва по време на проектирането, т.е. изпитването за количеството на изтичане се извършва след теста за херметичност. Налягането е работното налягане и налягането се спира за 24 часа. Средното почасово изтичане е по-малко или равно на 50ppm, както е определено. Изчисляването на изтичането е както следва:
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
Във формулата:
A-час изтичане (%)
P1-Абсолютно налягане в началото на изпитването (Pa)
P2-Абсолютно налягане в края на изпитването (Pa)
T1-абсолютна температура в началото на изпитването (K)
T2-абсолютна температура в края на изпитването (K)