تطبيق خطوط أنابيب الغاز عالية النقاء في أنظمة الهندسة الإلكترونية

يعد مشروع 909 مصنع الدوائر المتكاملة على نطاق واسع أحد مشاريع البناء الرئيسية لصناعة الإلكترونيات في بلدي خلال الخطة الخمسية التاسعة لإنتاج رقائق بعرض خط يبلغ 0.18 ميكرون وقطر 200 ملم.

إن تكنولوجيا تصنيع الدوائر المتكاملة واسعة النطاق لا تتضمن فقط تقنيات عالية الدقة مثل الآلات الدقيقة، ولكنها تفرض أيضًا متطلبات عالية على نقاء الغاز.
يتم توفير إمدادات الغاز بالجملة للمشروع 909 من خلال مشروع مشترك بين شركة Praxair Utility Gas Co., Ltd. الأمريكية والأطراف ذات الصلة في شنغهاي لإنشاء مصنع لإنتاج الغاز بشكل مشترك. يقع مصنع إنتاج الغاز بجوار مصنع المشروع 909. المبنى الذي تبلغ مساحته حوالي 15000 متر مربع. متطلبات النقاء والانتاج للغازات المختلفة

يتم إنتاج النيتروجين عالي النقاء (PN2)، والنيتروجين (N2)، والأكسجين عالي النقاء (PO2) عن طريق فصل الهواء. يتم إنتاج الهيدروجين عالي النقاء (PH2) عن طريق التحليل الكهربائي. يتم شراء الأرجون (Ar) والهيليوم (He) بمصادر خارجية. تتم تنقية شبه الغاز وتصفيته لاستخدامه في المشروع 909. ويتم توفير الغاز الخاص في زجاجات، وتقع خزانة زجاجات الغاز في الورشة المساعدة لمصنع إنتاج الدوائر المتكاملة.
تشمل الغازات الأخرى أيضًا نظام CDA للهواء المضغوط الجاف والنظيف، بحجم استخدام يبلغ 4185 م3/ساعة، ونقطة تكاثف ضغط تبلغ -70 درجة مئوية، وحجم جسيمات لا يزيد عن 0.01 ميكرومتر في الغاز عند نقطة الاستخدام. نظام تنفس الهواء المضغوط (BA)، حجم الاستخدام 90 م 3 / ساعة، نقطة تكاثف الضغط 2 درجة مئوية، حجم الجسيمات في الغاز عند نقطة الاستخدام لا يزيد عن 0.3 ميكرومتر، نظام فراغ العملية (PV)، حجم الاستخدام 582 م 3 / ساعة، درجة الفراغ عند نقطة الاستخدام -79993Pa. نظام فراغ التنظيف (HV)، حجم الاستخدام 1440 م 3 / ساعة، درجة الفراغ عند نقطة الاستخدام -59995 باسكال. تقع كل من غرفة ضاغط الهواء وغرفة مضخة التفريغ في منطقة مصنع المشروع 909.

اختيار مواد الأنابيب وملحقاتها
يتمتع الغاز المستخدم في إنتاج VLSI بمتطلبات نظافة عالية للغاية.خطوط أنابيب الغاز عالية النقاءتُستخدم عادةً في بيئات إنتاج نظيفة، ويجب أن يكون التحكم في نظافتها متسقًا مع مستوى نظافة المساحة المستخدمة أو أعلى منه! بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تستخدم خطوط أنابيب الغاز عالية النقاء في بيئات الإنتاج النظيفة. الهيدروجين النقي (PH2) والأكسجين عالي النقاء (PO2) وبعض الغازات الخاصة هي غازات قابلة للاشتعال أو الانفجار أو داعمة للاحتراق أو سامة. إذا تم تصميم نظام خط أنابيب الغاز بشكل غير صحيح أو تم اختيار المواد بشكل غير صحيح، فلن تنخفض نقاء الغاز المستخدم عند نقطة الغاز فحسب، بل ستفشل أيضًا. إنها تلبي متطلبات العملية، ولكنها غير آمنة للاستخدام وسوف تسبب التلوث للمصنع النظيف، مما يؤثر على سلامة ونظافة المصنع النظيف.
إن ضمان جودة الغاز عالي النقاء عند نقطة الاستخدام لا يعتمد فقط على دقة إنتاج الغاز ومعدات التنقية والمرشحات، بل يتأثر أيضًا إلى حد كبير بالعديد من العوامل في نظام خطوط الأنابيب. إذا اعتمدنا على معدات إنتاج الغاز ومعدات التنقية والمرشحات، فمن غير الصحيح ببساطة فرض متطلبات دقة أعلى بلا حدود للتعويض عن التصميم غير المناسب لنظام أنابيب الغاز أو اختيار المواد.
أثناء عملية تصميم مشروع 909، اتبعنا "كود تصميم محطات الهواء المضغوط" GBJ73-84 (المعيار الحالي هو (GB50073-2001))، "كود تصميم محطات الهواء المضغوط" GBJ29-90، "كود تصميم محطات الهواء المضغوط" GBJ29-90، "كود تصميم محطات الهواء المضغوط" "لتصميم محطات الأكسجين" GB50030-91، "كود تصميم محطات الهيدروجين والأكسجين" GB50177-93، والتدابير الفنية ذات الصلة لاختيار مواد خطوط الأنابيب وملحقاتها. وينص "كود تصميم المحطات النظيفة" على اختيار مواد خطوط الأنابيب والصمامات على النحو التالي:

(1) إذا كانت نقاء الغاز أكبر من أو يساوي 99.999% ونقطة الندى أقل من -76 درجة مئوية، فإن الأنابيب الفولاذية المقاومة للصدأ منخفضة الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) مع جدار داخلي مصقول كهربائيًا أو الأنابيب الفولاذية المقاومة للصدأ OCr18Ni9 (304) مع وينبغي استخدام الجدار الداخلي المصقول كهربائيا. يجب أن يكون الصمام صمامًا غشائيًا أو صمامًا منفاخًا.

(2) إذا كانت نقاء الغاز أكبر من أو يساوي 99.99% ونقطة الندى أقل من -60 درجة مئوية، فيجب استخدام أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ OCr18Ni9 (304) مع جدار داخلي مصقول كهربائيًا. باستثناء الصمامات المنفاخية التي ينبغي استخدامها لخطوط أنابيب الغاز القابلة للاحتراق، يجب استخدام الصمامات الكروية لخطوط أنابيب الغاز الأخرى.

(3) إذا كانت نقطة الندى للهواء المضغوط الجاف أقل من -70 درجة مئوية، فيجب استخدام الأنابيب الفولاذية المقاومة للصدأ OCr18Ni9 (304) ذات الجدار الداخلي المصقول. إذا كانت نقطة الندى أقل من -40 درجة مئوية، فيجب استخدام الأنابيب الفولاذية المقاومة للصدأ OCr18Ni9 (304) أو الأنابيب الفولاذية غير الملحومة المجلفنة بالغمس الساخن. يجب أن يكون الصمام صمامًا منفاخًا أو صمامًا كرويًا.

(4) يجب أن تكون مادة الصمام متوافقة مع مادة أنبوب التوصيل.

وفقًا لمتطلبات المواصفات والتدابير الفنية ذات الصلة، فإننا نأخذ في الاعتبار الجوانب التالية بشكل أساسي عند اختيار مواد خطوط الأنابيب:

(1) يجب أن تكون نفاذية الهواء لمواد الأنابيب صغيرة. الأنابيب المصنوعة من مواد مختلفة لها نفاذية هواء مختلفة. إذا تم اختيار الأنابيب ذات نفاذية هواء أكبر، فلا يمكن إزالة التلوث. تعتبر الأنابيب المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ والأنابيب النحاسية أفضل في منع تغلغل الأكسجين في الغلاف الجوي وتآكله. ومع ذلك، نظرًا لأن أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ أقل نشاطًا من الأنابيب النحاسية، فإن الأنابيب النحاسية أكثر نشاطًا في السماح للرطوبة الموجودة في الغلاف الجوي بالتغلغل في أسطحها الداخلية. لذلك، عند اختيار الأنابيب لخطوط أنابيب الغاز عالية النقاء، يجب أن تكون الأنابيب المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ هي الخيار الأول.

(2) السطح الداخلي لمادة الأنبوب ممتص وله تأثير بسيط على تحليل الغاز. بعد معالجة الأنبوب الفولاذي المقاوم للصدأ، سيتم الاحتفاظ بكمية معينة من الغاز في شبكته المعدنية. عندما يمر غاز عالي النقاء، سيدخل هذا الجزء من الغاز إلى تدفق الهواء ويسبب التلوث. في نفس الوقت، بسبب الامتصاص والتحليل، فإن المعدن الموجود على السطح الداخلي للأنبوب سوف ينتج أيضًا كمية معينة من المسحوق، مما يسبب تلوث الغاز عالي النقاء. بالنسبة لأنظمة الأنابيب ذات درجة نقاء أعلى من 99.999% أو مستوى ppb، يجب استخدام أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفضة الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L).

(3) مقاومة التآكل لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ أفضل من مقاومة الأنابيب النحاسية، والغبار المعدني الناتج عن تآكل تدفق الهواء أقل نسبيًا. يمكن لورش الإنتاج ذات المتطلبات العالية للنظافة استخدام أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفضة الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) أو أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ OCr18Ni9 (304)، ولا يجوز استخدام الأنابيب النحاسية.

(4) بالنسبة لأنظمة الأنابيب ذات نقاء غاز أعلى من 99.999% أو مستويات ppb أو ppt، أو في الغرف النظيفة بمستويات نظافة الهواء N1-N6 المحددة في "كود تصميم المصنع النظيف"، أو الأنابيب فائقة النظافة أوأنابيب EP فائقة النظافةيجب أن تستخدم. قم بتنظيف "أنبوب نظيف بسطح داخلي فائق النعومة".

(5) بعض أنظمة خطوط أنابيب الغاز الخاصة المستخدمة في عملية الإنتاج هي غازات شديدة التآكل. يجب أن تستخدم الأنابيب في أنظمة خطوط الأنابيب هذه أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ مقاومة للتآكل كأنابيب. وإلا فإن الأنابيب سوف تتضرر بسبب التآكل. في حالة ظهور بقع تآكل على السطح، لا يجوز استخدام الأنابيب الفولاذية غير الملحومة العادية أو الأنابيب الفولاذية الملحومة المجلفنة.

(6) من حيث المبدأ، يجب أن تكون جميع توصيلات خطوط أنابيب الغاز ملحومة. بما أن لحام الأنابيب الفولاذية المجلفنة سيؤدي إلى تدمير الطبقة المجلفنة، فلا يتم استخدام الأنابيب الفولاذية المجلفنة للأنابيب في الغرف النظيفة.

مع أخذ العوامل المذكورة أعلاه بعين الاعتبار، فإن أنابيب وصمامات خط أنابيب الغاز المختارة في المشروع &7& هي كما يلي:

أنابيب نظام النيتروجين عالي النقاء (PN2) مصنوعة من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفضة الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) مع جدران داخلية مصقولة كهربائيًا، والصمامات مصنوعة من صمامات منفاخ من الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.
أنابيب نظام النيتروجين (N2) مصنوعة من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) مع جدران داخلية مصقولة كهربائيًا، والصمامات مصنوعة من صمامات منفاخ من الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.
أنابيب نظام الهيدروجين عالي النقاء (PH2) مصنوعة من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفضة الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) مع جدران داخلية مصقولة كهربائيًا، والصمامات مصنوعة من صمامات منفاخ من الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.
أنابيب نظام الأكسجين عالي النقاء (PO2) مصنوعة من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفضة الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) مع جدران داخلية مصقولة كهربائيًا، والصمامات مصنوعة من صمامات منفاخ من الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.
أنابيب نظام الأرجون (Ar) مصنوعة من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) مع جدران داخلية مصقولة كهربائيًا، ويتم استخدام صمامات منفاخ من الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.
أنابيب نظام الهيليوم (He) مصنوعة من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) مع جدران داخلية مصقولة كهربائيًا، والصمامات مصنوعة من صمامات منفاخ من الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.
أنابيب نظام الهواء المضغوط الجاف النظيف (CDA) مصنوعة من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ OCr18Ni9 (304) مع جدران داخلية مصقولة، والصمامات مصنوعة من صمامات منفاخ من الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.
أنابيب نظام التنفس المضغوط للهواء (BA) مصنوعة من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ OCr18Ni9 (304) بجدران داخلية مصقولة، والصمامات مصنوعة من صمامات كروية من الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.
أنابيب نظام فراغ العملية (PV) مصنوعة من أنابيب UPVC، والصمامات مصنوعة من صمامات فراشة فراغية مصنوعة من نفس المادة.
أنابيب نظام فراغ التنظيف (HV) مصنوعة من أنابيب UPVC، والصمامات مصنوعة من صمامات فراشة مفرغة مصنوعة من نفس المادة.
جميع أنابيب نظام الغاز الخاص مصنوعة من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) مع جدران داخلية مصقولة كهربائيًا، والصمامات مصنوعة من صمامات منفاخ من الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.

3 بناء وتركيب خطوط الأنابيب
3.1 ينص القسم 8.3 من "كود تصميم مبنى المصنع النظيف" على الأحكام التالية لتوصيلات خطوط الأنابيب:
(1) يجب أن تكون وصلات الأنابيب ملحومة، ولكن يجب أن تكون الأنابيب الفولاذية المجلفنة بالغمس الساخن ملولبة. ويجب أن تتوافق مادة الختم الخاصة بالوصلات الملولبة مع متطلبات المادة 8.3.3 من هذه المواصفات
(2) يجب توصيل الأنابيب الفولاذية المقاومة للصدأ عن طريق لحام قوس الأرجون واللحام التناكبي أو اللحام بالمقبس، ولكن يجب توصيل خطوط أنابيب الغاز عالية النقاء عن طريق اللحام التناكبي بدون علامات على الجدار الداخلي.
(3) يجب أن يتوافق الاتصال بين خطوط الأنابيب والمعدات مع متطلبات توصيل المعدات. عند استخدام وصلات الخراطيم، يجب استخدام الخراطيم المعدنية
(4) يجب أن يتوافق الاتصال بين خطوط الأنابيب والصمامات مع اللوائح التالية

① يجب أن تستخدم مواد الختم التي تربط خطوط أنابيب الغاز والصمامات عالية النقاء حشوات معدنية أو حلقات مزدوجة وفقًا لمتطلبات عملية الإنتاج وخصائص الغاز.
②يجب أن تكون مادة الختم عند الوصلة الملولبة أو ذات الحافة من مادة البولي تترافلوروإيثيلين.
3.2 وفقًا لمتطلبات المواصفات والتدابير الفنية ذات الصلة، يجب أن تكون وصلات خطوط أنابيب الغاز عالية النقاء ملحومة قدر الإمكان. يجب تجنب اللحام التناكبي المباشر أثناء اللحام. يجب استخدام أكمام الأنابيب أو الوصلات النهائية. يجب أن تكون أغطية الأنابيب مصنوعة من نفس المادة ونعومة السطح الداخلي للأنابيب. المستوى، أثناء اللحام، من أجل منع أكسدة جزء اللحام، يجب إدخال غاز وقائي نقي في أنبوب اللحام. بالنسبة لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ، يجب استخدام لحام قوس الأرجون، ويجب إدخال غاز الأرجون بنفس درجة النقاء في الأنبوب. يجب استخدام اتصال ملولب أو اتصال ملولب. عند توصيل الشفاه، ينبغي استخدام الحلقات للاتصالات المترابطة. باستثناء أنابيب الأكسجين وأنابيب الهيدروجين، التي يجب أن تستخدم حشوات معدنية، يجب أن تستخدم الأنابيب الأخرى حشوات بولي تترافلوروإيثيلين. سيكون تطبيق كمية صغيرة من مطاط السيليكون على الحشيات فعالاً أيضًا. تعزيز تأثير الختم. وينبغي اتخاذ تدابير مماثلة عند إجراء اتصالات الحافة.
قبل البدء في أعمال التركيب، يتم إجراء فحص بصري تفصيلي للأنابيب،التجهيزاتيجب تنفيذ الصمامات وما إلى ذلك. يجب أن يتم تخليل الجدار الداخلي لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ العادية قبل التثبيت. يجب منع الزيت بشكل صارم من الأنابيب والتجهيزات والصمامات وغيرها من خطوط أنابيب الأكسجين، ويجب إزالة الشحوم منها بشكل صارم وفقًا للمتطلبات ذات الصلة قبل التثبيت.
قبل تركيب النظام ووضعه قيد الاستخدام، يجب تطهير نظام خطوط أنابيب النقل والتوزيع بالكامل بالغاز عالي النقاء الذي يتم تسليمه. هذا لا يؤدي فقط إلى إزالة جزيئات الغبار التي سقطت عن طريق الخطأ في النظام أثناء عملية التثبيت، بل يلعب أيضًا دورًا تجفيفًا في نظام خطوط الأنابيب، مما يؤدي إلى إزالة جزء من الغاز المحتوي على الرطوبة الذي يمتصه جدار الأنبوب وحتى مادة الأنبوب.

4. اختبار ضغط خط الأنابيب وقبوله
(1) بعد تركيب النظام، يجب إجراء فحص إشعاعي بنسبة 100% للأنابيب التي تنقل السوائل شديدة السمية في خطوط أنابيب الغاز الخاصة، ويجب ألا تقل جودتها عن المستوى الثاني. وتخضع الأنابيب الأخرى للفحص الشعاعي للعينات، ويجب ألا تقل نسبة فحص العينات عن 5%، وألا تقل الجودة عن الدرجة الثالثة.
(2) بعد اجتياز الفحص غير المدمر، يجب إجراء اختبار الضغط. من أجل التأكد من جفاف ونظافة نظام الأنابيب، يجب عدم إجراء اختبار الضغط الهيدروليكي، ولكن يجب استخدام اختبار الضغط الهوائي. يجب إجراء اختبار ضغط الهواء باستخدام النيتروجين أو الهواء المضغوط الذي يتوافق مع مستوى نظافة الغرفة النظيفة. يجب أن يكون ضغط الاختبار لخط الأنابيب 1.15 مرة من الضغط التصميمي، ويجب أن يكون ضغط الاختبار لخط الأنابيب الفراغي 0.2 ميجا باسكال. أثناء الاختبار، ينبغي زيادة الضغط تدريجيا وببطء. عندما يرتفع الضغط إلى 50% من ضغط الاختبار، إذا لم يتم العثور على أي خلل أو تسرب، استمر في زيادة الضغط خطوة بخطوة بنسبة 10% من ضغط الاختبار، وتثبيت الضغط لمدة 3 دقائق عند كل مستوى حتى يصل ضغط الاختبار . ثبتي الضغط لمدة 10 دقائق، ثم خففي الضغط إلى الضغط التصميمي. يجب تحديد وقت توقف الضغط وفقًا لاحتياجات اكتشاف التسرب. عامل الرغوة مؤهل إذا لم يكن هناك تسرب.
(3) بعد اجتياز نظام الفراغ لاختبار الضغط، يجب أيضًا إجراء اختبار درجة الفراغ لمدة 24 ساعة وفقًا لوثائق التصميم، ويجب ألا يزيد معدل الضغط عن 5%.
(4) اختبار التسرب. بالنسبة لأنظمة خطوط الأنابيب من فئة ppb وppt، وفقًا للمواصفات ذات الصلة، لا ينبغي اعتبار أي تسرب مؤهلاً، ولكن يتم استخدام اختبار كمية التسرب أثناء التصميم، أي أنه يتم إجراء اختبار كمية التسرب بعد اختبار ضيق الهواء. الضغط هو ضغط العمل، ويتوقف الضغط لمدة 24 ساعة. متوسط ​​التسرب في الساعة أقل من أو يساوي 50 جزء في المليون حسب المؤهل. حساب التسرب هو كما يلي:
أ=(1-P2T1/P1T2)*100/ت
في الصيغة:
تسرب لمدة ساعة (٪)
P1- الضغط المطلق في بداية الاختبار (Pa)
P2-الضغط المطلق في نهاية الاختبار (Pa)
T1- درجة الحرارة المطلقة في بداية الاختبار (K)
T2- درجة الحرارة المطلقة في نهاية الاختبار (K)