Továrna na velmi velké integrované obvody v rámci projektu 909 je významným stavebním projektem elektronického průmyslu mé země během deváté pětiletky, jehož cílem je vyrábět čipy s šířkou čáry 0,18 mikronu a průměrem 200 mm.
Technologie výroby velmi rozsáhlých integrovaných obvodů zahrnuje nejen vysoce přesné technologie, jako je mikroobrábění, ale klade také vysoké požadavky na čistotu plynu.
Dodávky plynu pro Projekt 909 ve velkém zajišťuje společný podnik společnosti Praxair Utility Gas Co., Ltd. ze Spojených států a příslušných stran v Šanghaji za účelem společného vybudování závodu na výrobu plynu. Závod na výrobu plynu se nachází v těsné blízkosti tovární budovy projektu 909 a rozkládá se na ploše přibližně 15 000 metrů čtverečních. Požadavky na čistotu a výstup různých plynů...
Vysoce čistý dusík (PN2), dusík (N2) a vysoce čistý kyslík (PO2) se vyrábějí separací vzduchu. Vysoce čistý vodík (PH2) se vyrábí elektrolýzou. Argon (Ar) a helium (He) se nakupují externě. Kvaziplyn se čistí a filtruje pro použití v Projektu 909. Speciální plyn se dodává v lahvích a skříň na plynové lahve se nachází v pomocné dílně závodu na výrobu integrovaných obvodů.
Mezi další plyny patří také systém čistého suchého stlačeného vzduchu CDA s objemem využití 4185 m3/h, tlakovým rosným bodem -70 °C a velikostí částic plynu v místě použití nejvýše 0,01 μm. Systém dýchání stlačeného vzduchu (BA), objem využití 90 m3/h, tlakový rosný bod 2 °C, velikost částic plynu v místě použití nejvýše 0,3 μm, systém procesního vakua (PV), objem využití 582 m3/h, stupeň vakua v místě použití -79 993 Pa. Systém čisticího vakua (HV), objem využití 1440 m3/h, stupeň vakua v místě použití -59 995 Pa. Místnost vzduchové kompresorovny a místnost s vakuovou pumpou se nacházejí v areálu továrny projektu 909.
Výběr potrubních materiálů a příslušenství
Plyn používaný při výrobě VLSI má extrémně vysoké požadavky na čistotu.Potrubí pro vysoce čistý plynObvykle se používají v čistých výrobních prostředích a jejich kontrola čistoty by měla být shodná s úrovní čistoty používaného prostoru nebo vyšší! Kromě toho se v čistých výrobních prostředích často používají vysoce čisté plynovody. Čistý vodík (PH2), vysoce čistý kyslík (PO2) a některé speciální plyny jsou hořlavé, výbušné, podporující hoření nebo toxické plyny. Pokud je systém plynovodu nesprávně navržen nebo jsou materiály nesprávně vybrány, nejenže se sníží čistota plynu použitého v místě dodávky plynu, ale také dojde k jeho selhání. Splňuje procesní požadavky, ale jeho použití je nebezpečné a způsobí znečištění čisté továrny, což ovlivní bezpečnost a čistotu čisté továrny.
Záruka kvality vysoce čistého plynu v místě spotřeby nezávisí pouze na přesnosti výroby plynu, čisticích zařízení a filtrů, ale je také do značné míry ovlivněna mnoha faktory v potrubním systému. Pokud se spoléháme na zařízení pro výrobu plynu, čisticí zařízení a filtry, je prostě nesprávné klást nekonečně vyšší požadavky na přesnost, aby se kompenzoval nesprávný návrh plynovodního systému nebo výběr materiálu.
Během procesu návrhu projektu 909 jsme se řídili „Předpisy pro návrh čistých zařízení“ GBJ73-84 (aktuální norma je (GB50073-2001)), „Předpisy pro návrh stanic stlačeného vzduchu“ GBJ29-90, „Předpisy pro návrh kyslíkových stanic“ GB50030-91, „Předpisy pro návrh vodíkových a kyslíkových stanic“ GB50177-93 a příslušnými technickými opatřeními pro výběr materiálů pro potrubí a příslušenství. „Předpisy pro návrh čistých zařízení“ stanoví výběr materiálů pro potrubí a armatur takto:
(1) Pokud je čistota plynu vyšší nebo rovna 99,999 % a rosný bod je nižší než -76 °C, měla by být použita trubka z nízkouhlíkové nerezové oceli 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) s elektrolyticky leštěnou vnitřní stěnou nebo trubka z nerezové oceli OCr18Ni9 (304) s elektrolyticky leštěnou vnitřní stěnou. Ventil by měl být membránový nebo vlnovcový.
(2) Pokud je čistota plynu vyšší nebo rovna 99,99 % a rosný bod je nižší než -60 °C, měla by být použita trubka z nerezové oceli OCr18Ni9 (304) s elektrolyticky leštěnou vnitřní stěnou. S výjimkou vlnovcových ventilů, které by se měly používat pro potrubí hořlavých plynů, by se pro ostatní plynovody měly používat kulové ventily.
(3) Pokud je rosný bod suchého stlačeného vzduchu nižší než -70 °C, měla by být použita trubka z nerezové oceli OCr18Ni9 (304) s leštěnou vnitřní stěnou. Pokud je rosný bod nižší než -40 °C, měla by být použita trubka z nerezové oceli OCr18Ni9 (304) nebo žárově pozinkovaná bezešvá ocelová trubka. Ventil by měl být vlnovcový nebo kulový ventil.
(4) Materiál ventilu by měl být kompatibilní s materiálem připojovacího potrubí.
V souladu s požadavky specifikací a příslušnými technickými opatřeními při výběru materiálů pro potrubí zohledňujeme zejména následující aspekty:
(1) Propustnost vzduchu u materiálů potrubí by měla být malá. Potrubí z různých materiálů má různou propustnost vzduchu. Pokud se vyberou potrubí s větší propustností vzduchu, nelze odstranit znečištění. Nerezové a měděné potrubí lépe zabraňují pronikání a korozi kyslíku v atmosféře. Vzhledem k tomu, že nerezové potrubí je méně aktivní než měděné potrubí, měděné potrubí aktivněji umožňuje pronikání vlhkosti z atmosféry do jejich vnitřních povrchů. Proto by při výběru potrubí pro vysoce čisté plynovody měly být nerezové potrubí první volbou.
(2) Vnitřní povrch materiálu potrubí je adsorbován, což má malý vliv na analýzu plynu. Po zpracování nerezové trubky se určité množství plynu zadrží v její kovové mřížce. Když jí prochází vysoce čistý plyn, tato část plynu se dostane do proudu vzduchu a způsobí znečištění. Současně v důsledku adsorpce a analýzy kov na vnitřním povrchu trubky také produkuje určité množství prášku, což způsobuje znečištění vysoce čistého plynu. Pro potrubní systémy s čistotou nad 99,999 % nebo úrovní ppb by se měla použít nízkouhlíková nerezová trubka 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L).
(3) Odolnost nerezových trubek proti opotřebení je lepší než u měděných trubek a kovový prach generovaný erozí prouděním vzduchu je relativně menší. Výrobní dílny s vyššími požadavky na čistotu mohou používat nízkouhlíkové nerezové trubky 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) nebo nerezové trubky OCr18Ni9 (304), měděné trubky se nesmí používat.
(4) Pro potrubní systémy s čistotou plynu nad 99,999 % nebo úrovněmi ppb či ppt, nebo v čistých prostorách s úrovněmi čistoty vzduchu N1–N6 specifikovanými v „Kodexu pro návrh čistých továrních prostor“, ultračisté potrubí neboUltračisté trubky EPby se měla používat. Vyčistěte „čistou tubu s ultra hladkým vnitřním povrchem“.
(5) Některé speciální plynovodní systémy používané ve výrobním procesu obsahují vysoce korozivní plyny. Potrubí v těchto plynovodních systémech musí být vyrobeno z korozivzdorné nerezové oceli. V opačném případě dojde k poškození potrubí v důsledku koroze. Pokud se na povrchu objeví korozní skvrny, nesmí se používat běžné bezešvé ocelové trubky ani pozinkované svařované ocelové trubky.
(6) V zásadě by všechny spoje plynovodů měly být svařované. Protože svařování pozinkovaných ocelových trubek zničí vrstvu pozinkovaného plechu, nepoužívají se pozinkované ocelové trubky pro potrubí v čistých prostorách.
S ohledem na výše uvedené faktory byly v projektu &7& zvoleny následující trubky a armatury pro plynovody:
Trubky systému s vysoce čistým dusíkem (PN2) jsou vyrobeny z nízkouhlíkové nerezové oceli 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) s elektrolyticky leštěnými vnitřními stěnami a ventily jsou vyrobeny z vlnovcových ventilů z nerezové oceli ze stejného materiálu.
Trubky systému dusíku (N2) jsou vyrobeny z nízkouhlíkové nerezové oceli 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) s elektrolyticky leštěnými vnitřními stěnami a ventily jsou vyrobeny z vlnovců z nerezové oceli ze stejného materiálu.
Trubky systému pro vysoce čistý vodík (PH2) jsou vyrobeny z nízkouhlíkové nerezové oceli 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) s elektrolyticky leštěnými vnitřními stěnami a ventily jsou vyrobeny z vlnovců z nerezové oceli ze stejného materiálu.
Trubky systému s vysoce čistým kyslíkem (PO2) jsou vyrobeny z nízkouhlíkové nerezové oceli 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) s elektrolyticky leštěnými vnitřními stěnami a ventily jsou vyrobeny z vlnovcových ventilů z nerezové oceli ze stejného materiálu.
Trubky argonového (Ar) systému jsou vyrobeny z nízkouhlíkové nerezové oceli 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) s elektrolyticky leštěnými vnitřními stěnami a jsou použity vlnovcové ventily z nerezové oceli ze stejného materiálu.
Trubky heliového (He) systému jsou vyrobeny z nízkouhlíkové nerezové oceli 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) s elektrolyticky leštěnými vnitřními stěnami a ventily jsou vyrobeny z vlnovců z nerezové oceli ze stejného materiálu.
Trubky systému čistého suchého stlačeného vzduchu (CDA) jsou vyrobeny z nerezových trubek OCr18Ni9 (304) s leštěnými vnitřními stěnami a ventily jsou vyrobeny z vlnovcových ventilů z nerezové oceli ze stejného materiálu.
Trubky systému stlačeného vzduchu pro dýchání (BA) jsou vyrobeny z nerezových trubek OCr18Ni9 (304) s leštěnými vnitřními stěnami a ventily jsou vyrobeny z nerezových kulových kohoutů ze stejného materiálu.
Trubky procesního vakuového (PV) systému jsou vyrobeny z UPVC trubek a ventily jsou vyrobeny z vakuových klapek ze stejného materiálu.
Trubky čisticího vakuového (HV) systému jsou vyrobeny z UPVC trubek a ventily jsou vyrobeny z podtlakových motýlkových klapek ze stejného materiálu.
Trubky speciálního plynového systému jsou vyrobeny z nízkouhlíkové nerezové oceli 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) s elektrolyticky leštěnými vnitřními stěnami a ventily jsou vyrobeny z vlnovcových ventilů z nerezové oceli ze stejného materiálu.
3 Výstavba a instalace potrubí
3.1 Oddíl 8.3 „Předpisů pro navrhování čistých továrních budov“ stanoví následující ustanovení pro připojení potrubí:
(1) Potrubní spoje by měly být svařované, ale žárově pozinkované ocelové trubky by měly být závitové. Těsnicí materiál závitových spojů musí splňovat požadavky článku 8.3.3 této specifikace.
(2) Trubky z nerezové oceli by měly být spojovány argonovým obloukovým svařováním a tupým svařováním nebo svařováním do hrdla, ale potrubí pro vysoce čistý plyn by mělo být spojováno tupým svařováním bez značek na vnitřní stěně.
(3) Spojení mezi potrubím a zařízením by mělo splňovat požadavky na připojení zařízení. Při použití hadicových spojů by se měly používat kovové hadice.
(4) Spojení mezi potrubím a ventily by mělo splňovat následující předpisy
① Těsnicí materiál spojující potrubí s vysoce čistým plynem a ventily by měl používat kovová těsnění nebo dvojité objímky v souladu s požadavky výrobního procesu a vlastnostmi plynu.
②Těsnicí materiál na závitovém nebo přírubovém spoji by měl být polytetrafluorethylen.
3.2 V souladu s požadavky specifikací a příslušnými technickými opatřeními by mělo být spojení potrubí s vysokou čistotou plynu co nejvíce svařováno. Při svařování je třeba se vyhnout přímému tupému svařování. Měly by se používat objímky trubek nebo hotové spoje. Objímky trubek by měly být vyrobeny ze stejného materiálu a s hladkým vnitřním povrchem jako trubky. Během svařování by měl být do svařované trubky zaváděn čistý ochranný plyn, aby se zabránilo oxidaci svařované části. U trubek z nerezové oceli by se mělo používat argonové obloukové svařování a do trubky by měl být zaváděn argonový plyn stejné čistoty. Musí být použito závitové spojení. Při spojování přírub by se pro závitové spoje měly používat objímky. S výjimkou kyslíkových a vodíkových trubek, u kterých by se měla používat kovová těsnění, by se u ostatních trubek měla používat polytetrafluorethylenová těsnění. Účinné bude také nanesení malého množství silikonové pryže na těsnění. Pro zvýšení těsnicího účinku. Podobná opatření by měla být přijata i při vytváření přírubových spojů, aby se zabránilo oxidaci svařované části.
Před zahájením instalačních prací je nutné provést podrobnou vizuální kontrolu potrubí,kování, ventily atd. musí být provedeny. Vnitřní stěna běžných nerezových trubek by měla být před instalací mořena. Trubky, armatury, ventily atd. kyslíkových potrubí by měly být přísně zakázány v kontaktu s olejem a před instalací by měly být důkladně odmaštěny v souladu s příslušnými požadavky.
Před instalací a uvedením systému do provozu by měl být systém přenosového a distribučního potrubí kompletně propláchnut dodaným vysoce čistým plynem. Tím se nejen odfouknou prachové částice, které se náhodou dostaly do systému během instalace, ale také se v potrubním systému vysouší část plynu obsahujícího vlhkost absorbovanou stěnou potrubí a dokonce i materiálem potrubí.
4. Tlaková zkouška a přejímka potrubí
(1) Po instalaci systému se provede 100% radiografická kontrola potrubí přepravujícího vysoce toxické kapaliny ve speciálních plynovodech a jeho kvalita nesmí být nižší než stupeň II. Ostatní potrubí se podrobí vzorkovací radiografické kontrole a poměr vzorkovací kontroly nesmí být nižší než 5 %, kvalita nesmí být nižší než stupeň III.
(2) Po absolvování nedestruktivní kontroly by měla být provedena tlaková zkouška. Aby se zajistila suchost a čistota potrubního systému, nesmí se provádět hydraulická tlaková zkouška, ale měla by se použít pneumatická tlaková zkouška. Zkouška tlakem vzduchu by se měla provádět pomocí dusíku nebo stlačeného vzduchu, který odpovídá úrovni čistoty čisté místnosti. Zkušební tlak potrubí by měl být 1,15násobek návrhového tlaku a zkušební tlak vakuového potrubí by měl být 0,2 MPa. Během zkoušky by se měl tlak postupně a pomalu zvyšovat. Pokud tlak stoupne na 50 % zkušebního tlaku a nezjistí se žádná abnormalita ani netěsnost, pokračujte ve zvyšování tlaku krok za krokem o 10 % zkušebního tlaku a stabilizujte tlak na každé úrovni po dobu 3 minut, dokud nedosáhnete zkušebního tlaku. Tlak stabilizujte po dobu 10 minut a poté snižte tlak na návrhový tlak. Doba zastavení tlaku by měla být stanovena podle potřeb detekce netěsností. Pěnidlo je kvalifikované, pokud nedochází k netěsnosti.
(3) Poté, co vakuový systém projde tlakovou zkouškou, by měl také provést 24hodinovou zkoušku stupně vakua podle projektové dokumentace a míra natlakování by neměla být vyšší než 5 %.
(4) Zkouška těsnosti. U potrubních systémů třídy ppb a ppt by se podle příslušných specifikací neměla žádná netěsnost považovat za kvalifikovanou, ale zkouška množství netěsnosti se používá během návrhu, tj. zkouška množství netěsnosti se provádí po zkoušce vzduchotěsnosti. Tlak je provozní tlak a tlak se zastaví na 24 hodin. Průměrná hodinová netěsnost je menší nebo rovna 50 ppm, jak je kvalifikované. Výpočet netěsnosti je následující:
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
Ve vzorci:
Únik za hodinu (%)
P1 - Absolutní tlak na začátku zkoušky (Pa)
P2 - Absolutní tlak na konci zkoušky (Pa)
T1 - absolutní teplota na začátku zkoušky (K)
T2 - absolutní teplota na konci zkoušky (K)
Čas zveřejnění: 12. prosince 2023