تطبيق خطوط أنابيب الغاز عالية النقاء في أنظمة الهندسة الإلكترونية

مشروع 909 مصنع الدوائر المتكاملة الضخم هو مشروع بناء رئيسي لصناعة الإلكترونيات في بلدي خلال الخطة الخمسية التاسعة لإنتاج رقائق بعرض خط 0.18 ميكرون وقطر 200 ملم.

إن تكنولوجيا تصنيع الدوائر المتكاملة واسعة النطاق لا تنطوي فقط على تقنيات عالية الدقة مثل التصنيع الدقيق، بل تفرض أيضًا متطلبات عالية على نقاء الغاز.
يتم توفير إمدادات الغاز بالجملة للمشروع 909 من خلال مشروع مشترك بين شركة براكسير يوتيليتي غاز المحدودة الأمريكية والجهات المعنية في شنغهاي لإنشاء مصنع لإنتاج الغاز. يقع مصنع إنتاج الغاز بجوار مبنى مصنع المشروع 909، ويغطي مساحة تقارب 15,000 متر مربع. وتلبي متطلبات نقاء وإنتاج الغازات المختلفة.

يتم إنتاج النيتروجين عالي النقاء (PN2) والنيتروجين (N2) والأكسجين عالي النقاء (PO2) عن طريق فصل الهواء. ويُنتج الهيدروجين عالي النقاء (PH2) عن طريق التحليل الكهربائي. ويُشترى الأرجون (Ar) والهيليوم (He) من مصادر خارجية. يُنقى الغاز شبه المُستخدم ويُرشح للاستخدام في المشروع 909. يُوفر الغاز الخاص في أسطوانات، وتقع خزانة أسطوانات الغاز في الورشة المساعدة لمصنع إنتاج الدوائر المتكاملة.
تشمل الغازات الأخرى أيضًا نظام CDA للهواء المضغوط النظيف والجاف، بحجم استخدام يبلغ 4185 مترًا مكعبًا/ساعة، ونقطة ندى ضغط تبلغ -70 درجة مئوية، وحجم جسيمات لا يتجاوز 0.01 ميكرومتر في الغاز عند نقطة الاستخدام. أما نظام تنفس الهواء المضغوط (BA)، بحجم استخدام يبلغ 90 مترًا مكعبًا/ساعة، ونقطة ندى ضغط تبلغ 2 درجة مئوية، وحجم جسيمات الغاز عند نقطة الاستخدام لا يتجاوز 0.3 ميكرومتر، ونظام تفريغ المعالجة (PV)، بحجم استخدام يبلغ 582 مترًا مكعبًا/ساعة، ودرجة التفريغ عند نقطة الاستخدام -79993 باسكال. أما نظام التنظيف الفراغي (HV)، بحجم استخدام يبلغ 1440 مترًا مكعبًا/ساعة، ودرجة التفريغ عند نقطة الاستخدام -59995 باسكال. تقع كل من غرفة ضاغط الهواء وغرفة مضخة التفريغ في منطقة مصنع المشروع 909.

اختيار مواد الأنابيب والملحقات
يتطلب الغاز المستخدم في إنتاج VLSI مستوى نظافة عاليًا للغاية.خطوط أنابيب الغاز عالية النقاءتُستخدم عادةً في بيئات الإنتاج النظيفة، ويجب أن يكون مستوى نظافتها متوافقًا مع مستوى نظافة المساحة المستخدمة أو أعلى منه! بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم أنابيب الغاز عالية النقاء غالبًا في بيئات الإنتاج النظيفة. يُعد الهيدروجين النقي (PH2) والأكسجين عالي النقاء (PO2) وبعض الغازات الخاصة غازات قابلة للاشتعال أو الانفجار أو داعمة للاحتراق أو سامة. في حال تصميم نظام أنابيب الغاز بشكل غير صحيح أو اختيار المواد بشكل غير صحيح، فلن تنخفض نقاء الغاز المستخدم في نقطة الغاز فحسب، بل سيتعطل أيضًا. صحيح أنه يلبي متطلبات العملية، إلا أنه غير آمن للاستخدام وسيُسبب تلوثًا للمصنع النظيف، مما يؤثر على سلامته ونظافته.
إن ضمان جودة الغاز عالي النقاء عند الاستخدام لا يعتمد فقط على دقة إنتاج الغاز ومعدات التنقية والمرشحات، بل يتأثر أيضًا إلى حد كبير بعوامل عديدة في نظام الأنابيب. فإذا اعتمدنا على معدات إنتاج الغاز ومعدات التنقية والمرشحات، فمن الخطأ تمامًا فرض متطلبات دقة أعلى بكثير للتعويض عن سوء تصميم نظام أنابيب الغاز أو اختيار المواد.
خلال عملية تصميم مشروع 909، التزمنا بمعايير "كود تصميم محطات الطاقة النظيفة" GBJ73-84 (المعيار الحالي هو (GB50073-2001))، و"كود تصميم محطات الهواء المضغوط" GBJ29-90، و"كود تصميم محطات الأكسجين" GB50030-91، و"كود تصميم محطات الهيدروجين والأكسجين" GB50177-93، بالإضافة إلى الإجراءات الفنية ذات الصلة لاختيار مواد الأنابيب وملحقاتها. ينص "كود تصميم محطات الطاقة النظيفة" على اختيار مواد الأنابيب والصمامات على النحو التالي:

(1) إذا كانت نقاء الغاز أكبر من أو تساوي 99.999% ونقطة الندى أقل من -76 درجة مئوية، فينبغي استخدام أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) بجدار داخلي مصقول كهربائيًا، أو أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ OCr18Ni9 (304) بجدار داخلي مصقول كهربائيًا. يجب أن يكون الصمام من نوع صمام الحجاب الحاجز أو صمام المنفاخ.

(2) إذا كانت نقاء الغاز أكبر من أو تساوي 99.99% ونقطة الندى أقل من -60 درجة مئوية، فيُرجى استخدام أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ OCr18Ni9 (304) بجدار داخلي مصقول كهربائيًا. باستثناء صمامات المنفاخ المستخدمة في أنابيب الغاز القابل للاحتراق، تُستخدم صمامات الكرة لأنابيب الغاز الأخرى.

(3) إذا كانت نقطة الندى للهواء المضغوط الجاف أقل من -70 درجة مئوية، فيُرجى استخدام أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ OCr18Ni9 (304) بجدار داخلي مصقول. أما إذا كانت نقطة الندى أقل من -40 درجة مئوية، فيُرجى استخدام أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ OCr18Ni9 (304) أو أنبوب فولاذي ملحوم مجلفن بالغمس الساخن. يجب أن يكون الصمام منفاخًا أو كرويًا.

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

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

(1) يجب أن تكون نفاذية الهواء لمواد الأنابيب منخفضة. تختلف نفاذية الهواء باختلاف المواد. عند اختيار أنابيب ذات نفاذية هواء أعلى، لا يمكن إزالة التلوث. تتميز أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ والنحاس بفعاليتها في منع تغلغل الأكسجين وتآكله في الغلاف الجوي. ومع ذلك، نظرًا لأن أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ أقل فعالية من أنابيب النحاس، فإن أنابيب النحاس أكثر فعالية في السماح للرطوبة في الغلاف الجوي بالتغلغل في أسطحها الداخلية. لذلك، عند اختيار أنابيب الغاز عالية النقاء، يُنصح باستخدام أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ.

(2) السطح الداخلي لمادة الأنبوب مُمتَزّز، وله تأثير طفيف على تحليل الغاز. بعد معالجة أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ، تُحتَجَز كمية معينة من الغاز في شبكته المعدنية. عند مرور غاز عالي النقاء، يدخل هذا الجزء من الغاز إلى تيار الهواء مُسبِّبًا التلوث. في الوقت نفسه، وبسبب الامتزاز والتحليل، يُنتِج المعدن الموجود على السطح الداخلي للأنبوب أيضًا كمية معينة من المسحوق، مما يُسبِّب تلوثًا للغاز عالي النقاء. بالنسبة لأنظمة الأنابيب ذات النقاء الذي يزيد عن 99.999% أو مستوى جزء في المليار، يُفضَّل استخدام أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L).

(3) تتميز أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاومة تآكل أفضل من أنابيب النحاس، كما أن غبار المعدن الناتج عن تآكل الهواء أقل نسبيًا. يمكن لورش الإنتاج ذات متطلبات النظافة العالية استخدام أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفضة الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) أو أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ OCr18Ni9 (304)، مع تجنب استخدام أنابيب النحاس.

(4) بالنسبة لأنظمة الأنابيب ذات نقاء الغاز فوق 99.999% أو مستويات جزء في المليار أو جزء في الألف، أو في الغرف النظيفة ذات مستويات نظافة الهواء من N1 إلى N6 المحددة في "قانون تصميم المصنع النظيف"، فإن الأنابيب فائقة النظافة أوأنابيب EP فائقة النظافةيجب استخدامه. "أنبوب نظيف ذو سطح داخلي فائق النعومة".

(5) بعض أنظمة أنابيب الغاز الخاصة المستخدمة في عملية الإنتاج تحتوي على غازات شديدة التآكل. يجب أن تكون أنابيب هذه الأنظمة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للتآكل، وإلا ستتعرض للتلف بسبب التآكل. في حال ظهور بقع تآكل على السطح، يُمنع استخدام أنابيب فولاذية عادية غير ملحومة أو أنابيب فولاذية مجلفنة ملحومة.

(٦) من حيث المبدأ، يجب لحام جميع وصلات أنابيب الغاز. ولأن لحام أنابيب الفولاذ المجلفنة سيؤدي إلى إتلاف الطبقة المجلفنة، فلا تُستخدم أنابيب الفولاذ المجلفنة في الأنابيب الموجودة في الغرف النظيفة.

مع الأخذ في الاعتبار العوامل المذكورة أعلاه، فإن أنابيب وصمامات خط أنابيب الغاز المختارة في مشروع &7& هي كما يلي:

تتكون أنابيب نظام النيتروجين عالي النقاء (PN2) من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفضة الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) بجدران داخلية مصقولة كهربائيًا، والصمامات مصنوعة من صمامات منفاخ الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.
تتكون أنابيب نظام النيتروجين (N2) من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفضة الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) بجدران داخلية مصقولة كهربائيًا، والصمامات مصنوعة من صمامات منفاخ الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.
تتكون أنابيب نظام الهيدروجين عالي النقاء (PH2) من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفضة الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) بجدران داخلية مصقولة كهربائيًا، والصمامات مصنوعة من صمامات منفاخ الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.
تُصنع أنابيب نظام الأكسجين عالي النقاء (PO2) من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفضة الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) بجدران داخلية مصقولة كهربائيًا، والصمامات مصنوعة من صمامات منفاخ الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.
تتكون أنابيب نظام الأرجون (Ar) من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفضة الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) بجدران داخلية مصقولة كهربائيًا، ويتم استخدام صمامات منفاخ الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.
تتكون أنابيب نظام الهيليوم (He) من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفضة الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) بجدران داخلية مصقولة كهربائيًا، والصمامات مصنوعة من صمامات منفاخ الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.
تتكون أنابيب نظام الهواء المضغوط الجاف النظيف (CDA) من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ OCr18Ni9 (304) بجدران داخلية مصقولة، والصمامات مصنوعة من صمامات منفاخ الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.
تتكون أنابيب نظام تنفس الهواء المضغوط (BA) من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ OCr18Ni9 (304) بجدران داخلية مصقولة، والصمامات مصنوعة من صمامات كروية من الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.
تُصنع أنابيب نظام الفراغ العملي (PV) من أنابيب UPVC، وتُصنع الصمامات من صمامات الفراشة الفراغية المصنوعة من نفس المادة.
تُصنع أنابيب نظام التنظيف الفراغي (HV) من أنابيب UPVC، وتُصنع الصمامات من صمامات الفراشة الفراغية المصنوعة من نفس المادة.
تُصنع جميع أنابيب نظام الغاز الخاص من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفضة الكربون 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) بجدران داخلية مصقولة كهربائيًا، والصمامات مصنوعة من صمامات منفاخ الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس المادة.

3 إنشاء وتركيب خطوط الأنابيب
3.1 ينص القسم 8.3 من "قانون تصميم مباني المصانع النظيفة" على الأحكام التالية لتوصيلات خطوط الأنابيب:
(1) يجب أن تكون وصلات الأنابيب ملحومة، ولكن يجب أن تكون أنابيب الفولاذ المجلفنة بالغمس الساخن ملولبة. يجب أن تتوافق مادة مانعة التسرب للوصلات الملولبة مع متطلبات المادة 8.3.3 من هذه المواصفة.
(2) يجب توصيل أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ عن طريق اللحام القوسي بالأرجون واللحام اللاحق أو اللحام المقبس، ولكن يجب توصيل خطوط أنابيب الغاز عالية النقاء عن طريق اللحام اللاحق بدون علامات على الجدار الداخلي.
(3) يجب أن يتوافق التوصيل بين خطوط الأنابيب والمعدات مع متطلبات توصيل المعدات. عند استخدام توصيلات الخرطوم، يجب استخدام خراطيم معدنية
(4) يجب أن يتوافق التوصيل بين خطوط الأنابيب والصمامات مع اللوائح التالية

① يجب أن تستخدم مادة الختم التي تربط خطوط أنابيب الغاز عالية النقاء والصمامات حشوات معدنية أو حلقات مزدوجة وفقًا لمتطلبات عملية الإنتاج وخصائص الغاز.
②يجب أن تكون مادة الختم عند الاتصال الملولب أو الشفة عبارة عن بولي تترافلوروإيثيلين.
٣.٢ وفقًا لمتطلبات المواصفات والمقاييس الفنية ذات الصلة، يجب لحام وصلات أنابيب الغاز عالية النقاء قدر الإمكان. يجب تجنب اللحام التناكبي المباشر أثناء اللحام. يجب استخدام أكمام الأنابيب أو الوصلات النهائية. يجب أن تكون أكمام الأنابيب مصنوعة من نفس مادة الأنابيب وأن يكون سطحها الداخلي أملسًا. لمنع أكسدة جزء اللحام، يجب إدخال غاز واقي نقي في أنبوب اللحام أثناء اللحام. بالنسبة لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ، يجب استخدام لحام قوس الأرجون، مع إدخال غاز الأرجون بنفس النقاء. يجب استخدام وصلة ملولبة أو توصيلة ملولبة. عند توصيل الحواف، يجب استخدام حلقات وصل للوصلات الملولبة. باستثناء أنابيب الأكسجين والهيدروجين، التي يجب أن تستخدم حشوات معدنية، يجب استخدام حشوات بولي تترافلوروإيثيلين في الأنابيب الأخرى. كما أن وضع كمية صغيرة من مطاط السيليكون على الحشيات سيكون فعالًا. لتعزيز فعالية الختم. يجب اتخاذ تدابير مماثلة عند توصيل الحواف.
قبل البدء بأعمال التركيب، يتم إجراء فحص بصري مفصل للأنابيب،التجهيزاتيجب تركيب الصمامات، وما إلى ذلك. يجب تنظيف الجدار الداخلي لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ العادية قبل التركيب. يجب منع تسرب الزيت من أنابيب ووصلات وصمامات أنابيب الأكسجين، وما إلى ذلك، ويجب إزالة الشحوم منها بدقة وفقًا للمتطلبات ذات الصلة قبل التركيب.
قبل تركيب النظام وتشغيله، يجب تطهير نظام أنابيب النقل والتوزيع بالكامل بالغاز عالي النقاء المُسلّم. هذا لا يزيل جزيئات الغبار التي سقطت سهوًا في النظام أثناء التركيب فحسب، بل يُجفف أيضًا نظام الأنابيب، إذ يزيل جزءًا من الغاز المحتوي على الرطوبة الذي يمتصه جدار الأنبوب وحتى مادة الأنبوب.

4. اختبار ضغط الأنابيب وقبوله
(1) بعد تركيب النظام، يجب إجراء فحص شعاعي كامل (100%) لأنابيب نقل السوائل شديدة السمية في خطوط أنابيب الغاز الخاصة، ويجب ألا تقل جودتها عن المستوى الثاني. تخضع الأنابيب الأخرى لفحص شعاعي لأخذ العينات، ويجب ألا تقل نسبة فحص أخذ العينات عن 5%، ويجب ألا تقل الجودة عن الدرجة الثالثة.
(2) بعد اجتياز الفحص غير المدمر، يجب إجراء اختبار الضغط. لضمان 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 اختبار خط الأنابيب 1.15 مرة من الضغط التصميمي، ويجب أن يكون ضغط اختبار خط الأنابيب المفرغ 0.2 ميجا باسكال. أثناء الاختبار، يجب زيادة الضغط تدريجيًا 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، واستقر الضغط لمدة 3 دقائق عند كل مستوى حتى ضغط الاختبار. ثبت الضغط لمدة 10 دقائق، ثم قلل الضغط إلى ضغط التصميم. يجب تحديد وقت توقف الضغط وفقًا لاحتياجات اكتشاف التسرب. يكون عامل الرغوة مؤهلاً إذا لم يكن هناك تسرب.
(3) بعد اجتياز نظام الفراغ لاختبار الضغط، يجب عليه أيضًا إجراء اختبار درجة الفراغ لمدة 24 ساعة وفقًا لوثائق التصميم، ويجب ألا يكون معدل الضغط أكبر من 5٪.
(4) اختبار التسرب. بالنسبة لأنظمة الأنابيب من صنفي ppb وppt، ووفقًا للمواصفات ذات الصلة، لا يُعتبر أي تسرب مؤهلًا، ولكن يُستخدم اختبار كمية التسرب أثناء التصميم، أي يُجرى بعد اختبار إحكام الهواء. الضغط هو ضغط التشغيل، ويُوقف لمدة 24 ساعة. متوسط ​​التسرب في الساعة أقل من أو يساوي 50 جزءًا في المليون مؤهلًا. يُحسب التسرب كما يلي:
أ=(1-P2T1/P1T2)*100/T
في الصيغة:
تسرب في الساعة (%)
P1- الضغط المطلق في بداية الاختبار (باسكال)
P2- الضغط المطلق في نهاية الاختبار (باسكال)
T1- درجة الحرارة المطلقة في بداية الاختبار (K)
T2- درجة الحرارة المطلقة في نهاية الاختبار (K)