Dalam pembuatan semikonduktor, sistem pengedaran kriogenik dijangka melakukan lebih daripada sekadar memindahkan nitrogen cecair atau argon dari satu titik ke titik lain. Bendalir perlu kekal stabil, bersih dan fasa tunggal sehingga ke titik penggunaan. Walaupun sedikit kemasukan haba boleh menghasilkan gas kilat, turun naik tekanan atau pencemaran kelembapan yang menjejaskan kestabilan proses.

Itulah sebabnyaPaip Bertebat Vakumsistem biasanya digunakan dalam fabrikasi semikonduktor dan bukannya paip bertebat buih konvensional. Apabila digabungkan dengan sistem yang diuruskan dengan betulSistem Pam Vakum Dinamik, kebocoran haba keseluruhan boleh kekal di bawah 3 W/m sambil mengekalkan kestabilan vakum jangka panjang merentasi keseluruhan talian pemindahan.

Bagi aplikasi semikonduktor, penebat vakum tidak boleh dilihat sebagai lapisan pasif di sekeliling paip. Ia merupakan sistem terma aktif yang memerlukan prestasi vakum yang boleh diukur dan kebolehpenyelenggaraan jangka panjang. Dalam persekitaran pembuatan cip berketepatan tinggi, walaupun sedikit peningkatan dalam suhu tepu bendalir boleh menyebabkan keadaan aliran dua fasa yang mengganggu litar penyejukan, sistem penulenan atau peralatan kawalan proses.

Mengapa Kebocoran Haba Penting dalam Sistem Semikonduktor Kriogenik

Setiap talian pemindahan kriogenik dipengaruhi oleh tiga bentuk utama pemindahan haba:

• sinaran merentasi ruang anulus
• pengaliran gas yang disebabkan oleh molekul sisa
• pengaliran pepejal melalui sokongan dan spacer

Dalam reka bentuk yang betulPaip Bertebat Vakum, tekanan anulus biasanya dikurangkan di bawah 1×10⁻⁴ Pa. Pada aras vakum tersebut, molekul gas yang tinggal mempunyai laluan bebas min yang jauh lebih besar daripada jurang anulus, yang dapat mengurangkan pengaliran haba gas dengan ketara.

Pemindahan haba radiasi dikawal menggunakan penebat berbilang lapisan (MLI). Penebat terdiri daripada lapisan kerajang pantulan dan bahan spacer kekonduksian rendah yang berselang-seli. Dengan ketumpatan lapisan dan kaedah pemasangan yang betul, fluks haba radiasi boleh dikurangkan kepada hanya beberapa watt setiap meter persegi.

Laluan terma yang selebihnya datang terutamanya daripada sokongan mekanikal. Untuk meminimumkan kesan ini, bahan kekonduksian rendah seperti gentian kaca G-10 atau Torlon® biasanya digunakan. Sokongan ini masih memerlukan kekuatan mekanikal yang mencukupi untuk bertolak ansur dengan pengecutan terma, getaran dan beban seismik semasa operasi.

Dalam jarak pemindahan yang jauh, perbezaan antara penebat vakum dan penebat busa menjadi sangat ketara. Sistem vakum yang diselenggara dengan baik dapat mengekalkan prestasi terma yang stabil selama bertahun-tahun, sementara penebat busa secara beransur-ansur menyerap kelembapan dari atmosfera. Sebaik sahaja kelembapan memasuki struktur penebat dan membeku, kecekapan terma biasanya menurun dari semasa ke semasa.

Dalam sistem pengedaran LN₂ semikonduktor praktikal,paip bertebat vakumboleh mengurangkan pendidihan dengan ketara berbanding talian berpenebat buih tradisional, terutamanya pada larian luar yang jauh atau pengepala utama yang beroperasi secara berterusan.

Sistem Pam Vakum Dinamik

Satu isu dengan jaket vakum statik ialah kualiti vakum mungkin merosot secara perlahan-lahan selama bertahun-tahun disebabkan oleh pengeluaran gas, permeasi helium atau kebocoran mikroskopik.

Untuk menangani perkara ini, diameter besarPaip Bertebat Vakumsistem boleh dilengkapi denganSistem Pam Vakum DinamikSistem ini biasanya merangkumi susunan pam turbomolekul atau pam skrol padat yang secara berkala memulihkan vakum anulus kepada keadaan reka bentuk asalnya.

Tahap vakum dipantau secara berterusan menggunakan tolok katod sejuk. Pam hanya diaktifkan apabila tekanan meningkat melebihi titik set sasaran, jadi penggunaan kuasa dan keperluan penyelenggaraan kekal agak rendah.

Dalam satu projek naik taraf kemudahan semikonduktor di Hsinchu, Taiwan, sistem pam vakum yang diuruskan secara aktif membolehkan pengepala pemindahan LN₂ yang lama memulihkan prestasi haba hampir kepada keadaan operasi asalnya tanpa mematikan barisan pengeluaran. Bagi projek baharu, penyelenggaraan vakum aktif juga memberikan keyakinan yang lebih baik kepada pengendali terhadap kestabilan penebat jangka panjang sepanjang hayat perkhidmatan sistem.

Reka Bentuk Bahan dan Sistem

Bagi aplikasi semikonduktor dan ketulenan ultra tinggi, paip proses dalaman biasanya diperbuat daripada keluli tahan karat 304L atau 316L. Permukaan dalaman dibersihkan, disingkirkan dan dipasifkan untuk memenuhi keperluan perkhidmatan bersih oksigen dan meminimumkan risiko pencemaran.

Jaket luar mungkin menggunakan keluli karbon yang dicat atau keluli tahan karat bergantung pada persekitaran pemasangan. Di kawasan bersebelahan bilik bersih, jaket luar keluli tahan karat sering diutamakan untuk mengelakkan kakisan atau pencemaran permukaan.

Pengecutan haba juga perlu dipertimbangkan dengan teliti. Talian pemindahan LN₂ boleh mengecut kira-kira 2.5–3 mm setiap meter antara suhu ambien dan suhu operasi. Untuk menyerap pergerakan ini, pemampas pengembangan jenis belos biasanya dipasang di lokasi sauh yang dikira di seluruh rangkaian perpaipan.

Apabila pergerakan atau fleksibiliti diperlukan,Hos Fleksibel Bertebat Vakumpemasangan biasa digunakan. Lokasi tipikal termasuk sambungan tangki, sambungan peralatan, cabang manifold dan skid proses mudah alih.

Hos fleksibel ini menggunakan teras dalaman beralun bersama-sama dengan jaket vakum dan struktur MLI yang serupa dengan paip vakum tegar. Perhimpunan yang direka bentuk dengan betul boleh mengekalkan integriti vakum selepas kitaran terma kriogenik berulang di samping mencegah pembentukan ais luaran yang biasa berlaku pada hos jalinan bukan bertebat.

Injap Bertebat VakumdanPemisah Fasa

Menguruskan kebocoran haba tidak terhad kepada bahagian paip lurus. Injap danpemisah fasajuga memainkan peranan utama dalam mengekalkan keadaan aliran kriogenik yang stabil.

A Injap Bertebat Vakumbiasanya menggunakan bonet yang dipanjangkan dan badan berjaket vakum untuk menjauhkan kawasan pengedap kritikal daripada suhu yang sangat rendah. Ini membantu mencegah pembekuan di sekitar pembungkusan batang dan mengurangkan pemeluwapan yang tidak diingini di dalam struktur injap.

Tanpa penebat vakum, injap boleh menjadi titik kebocoran haba yang pekat di dalam sistem. Dalam perkhidmatan kriogenik cecair, ini boleh menghasilkan poket wap setempat, keadaan aliran yang tidak stabil atau kejadian tukul air.

Bagi sistem proses semikonduktor, injap glob bonet lanjutan dan injap bebola masuk atas biasanya digunakan mengikut keperluan ASME B31.3 dan EN 13480.

A Pemisah Fasa Bertebat Vakumdigunakan untuk menyingkirkan gas kilat sebelum cecair memasuki peralatan hiliran yang sensitif. Dalam aplikasi semikonduktor, aliran dua fasa yang tidak stabil boleh menghasilkan ayunan tekanan yang cukup besar untuk mencetuskan penggera proses atau saling kunci peralatan.

Kebanyakan reka bentuk pemisah menggunakan salur masuk tangen bersama-sama dengan struktur demister dalaman untuk meningkatkan kecekapan pemisahan wap-cecair. Dalam banyak projek, pemisah digabungkan dengan Tangki Mini yang dipasang berhampiran lantai proses. Tangki mini bertindak sebagai isipadu penimbal tempatan yang membantu menstabilkan turun naik permintaan jangka pendek tanpa memperkenalkan beban haba tambahan yang ketara.

Contoh Projek Semikonduktor

Projek pengembangan kemudahan DRAM di Korea Selatan memerlukan rangkaian pengedaran LN₂ baharu yang menyediakan peralatan ujian penyejukan rendaman dan alat pemprosesan wafer.

Pemasangan tersebut merangkumi kira-kira 180 meter Paip Bertebat Vakum tegar yang disambungkan ke pelbagai cabang alat melalui pemasangan Hos Fleksibel Bertebat Vakum. Pemisah Fasa Bertebat Vakum dan Tangki Mini 2 m³ telah dipasang berhampiran kawasan penyimpanan pukal.

Sistem Pam Vakum Dinamik mengekalkan tekanan anulus di bawah 5×10⁻⁶ mbar pada talian pemindahan utama 6 inci.

Semasa pentauliahan, kebocoran haba yang diukur pada pengepala utama adalah purata kira-kira 1.3 W/m di bawah keadaan operasi yang stabil. Selepas satu tahun perkhidmatan berterusan, kitaran pemulihan vakum berkala mengekalkan prestasi penebat hampir dengan keadaan garis dasar asal.

Berbanding dengan konsep penebat busa sebelumnya, kemudahan tersebut melaporkan kehilangan nitrogen cecair yang jauh lebih rendah dan kestabilan operasi yang lebih baik. Log proses juga tidak menunjukkan sebarang kejadian pencemaran berkaitan kelembapan yang berkaitan dengan degradasi penebat.

Aplikasi

Sistem pemindahan kriogenik berpenebat vakum digunakan secara meluas dalam pembuatan semikonduktor, infrastruktur LNG, pengedaran gas perindustrian dan aplikasi hidrogen cecair.

Walaupun persekitaran operasi berbeza, objektif kejuruteraan tetap sama:

• mengekalkan kestabilan vakum
• meminimumkan kemasukan haba
• mengekalkan kestabilan fasa sepanjang proses pemindahan

Reka bentuk sistem biasanya mematuhi piawaian antarabangsa seperti ASME B31.3, EN 13480 dan ISO 21029 bergantung pada skop projek dan keperluan serantau.

Bagi kemudahan semikonduktor, prestasi sistem pengedaran kriogenik secara langsung mempengaruhi kecekapan operasi, penggunaan cecair dan kebolehpercayaan proses jangka panjang. Oleh kerana itu, sistem perpaipan, injap, pemisah dan penyelenggaraan vakum harus direka bentuk sebagai satu sistem terma bersepadu dan bukannya komponen bebas.

At HL Cryogenics, kami bekerjasama dengan kontraktor EPC, syarikat gas dan kemudahan semikonduktor untuk membangunkan penyelesaian pemindahan kriogenik berdasarkan keadaan operasi sebenar, sasaran beban terma dan keperluan pemasangan dan bukannya konfigurasi katalog standard.

Jika anda merancang projek fabrikasi semikonduktor baharu atau menaik taraf rangkaian pengedaran LN₂ sedia ada, pasukan kejuruteraan kami boleh membantu menilai prestasi kebocoran haba, strategi vakum dan konfigurasi sistem untuk operasi jangka panjang.