La Fábrica de Circuitos Integrados a Gran Escala del Proyecto 909 es un importante proyecto de construcción de la industria electrónica de mi país durante el Noveno Plan Quinquenal para producir chips con un ancho de línea de 0,18 micrones y un diámetro de 200 mm.
La tecnología de fabricación de circuitos integrados a muy gran escala no sólo implica tecnologías de alta precisión como el micromecanizado, sino que también impone altos requisitos en cuanto a la pureza del gas.
El suministro de gas a granel para el Proyecto 909 lo proporciona una empresa conjunta entre Praxair Utility Gas Co., Ltd. de los Estados Unidos y partes relevantes en Shanghai para establecer conjuntamente una planta de producción de gas. La planta de producción de gas está adyacente a la fábrica del proyecto 909. Edificio, con una superficie aproximada de 15.000 metros cuadrados. Los requisitos de pureza y salida de varios gases.
El nitrógeno de alta pureza (PN2), el nitrógeno (N2) y el oxígeno de alta pureza (PO2) se producen mediante la separación del aire. El hidrógeno de alta pureza (PH2) se produce mediante electrólisis. El argón (Ar) y el helio (He) se compran subcontratados. El cuasigas se purifica y filtra para su uso en el Proyecto 909. El gas especial se suministra en botellas y el gabinete de las botellas de gas está ubicado en el taller auxiliar de la planta de producción de circuitos integrados.
Otros gases también incluyen el sistema CDA de aire comprimido limpio y seco, con un volumen de uso de 4185 m3/h, un punto de rocío a presión de -70 °C y un tamaño de partícula de no más de 0,01 um en el gas en el punto de uso. Sistema de aire comprimido respirable (BA), volumen de uso 90 m3/h, punto de rocío a presión 2 ℃, tamaño de partícula en el gas en el punto de uso no es superior a 0,3 um, sistema de vacío de proceso (PV), volumen de uso 582 m3/h, Grado de vacío en el punto de uso -79993Pa. Sistema de vacío de limpieza (HV), volumen de uso 1440 m3/h, grado de vacío en el punto de uso -59995 Pa. La sala de compresores de aire y la sala de bombas de vacío están ubicadas en el área de fábrica del proyecto 909.
Selección de materiales y accesorios para tuberías.
El gas utilizado en la producción de VLSI tiene requisitos de limpieza extremadamente altos.Gasoductos de alta purezaSe utilizan generalmente en entornos de producción limpios y su control de limpieza debe ser consistente o superior al nivel de limpieza del espacio en uso. Además, los gasoductos de alta pureza se utilizan a menudo en entornos de producción limpios. El hidrógeno puro (PH2), el oxígeno de alta pureza (PO2) y algunos gases especiales son gases inflamables, explosivos, favorables a la combustión o tóxicos. Si el sistema de gasoductos está mal diseñado o los materiales no se seleccionan correctamente, no sólo disminuirá la pureza del gas utilizado en el punto de gas, sino que también fallará. Cumple con los requisitos del proceso, pero su uso no es seguro y contaminará la fábrica limpia, lo que afectará la seguridad y limpieza de la fábrica limpia.
La garantía de la calidad del gas de alta pureza en el punto de uso no sólo depende de la precisión de la producción de gas, los equipos de purificación y los filtros, sino que también se ve afectada en gran medida por muchos factores en el sistema de tuberías. Si confiamos en equipos de producción de gas, equipos de purificación y filtros, es simplemente incorrecto imponer requisitos de precisión infinitamente mayores para compensar un diseño inadecuado del sistema de tuberías de gas o una selección de materiales inadecuados.
Durante el proceso de diseño del proyecto 909, seguimos el “Código de Diseño de Plantas Limpias” GBJ73-84 (el estándar actual es (GB50073-2001)), “Código de Diseño de Estaciones de Aire Comprimido” GBJ29-90, “Código para el diseño de estaciones de oxígeno” GB50030-91, “Código para el diseño de estaciones de hidrógeno y oxígeno” GB50177-93 y medidas técnicas relevantes para la selección de materiales y accesorios de tuberías. El “Código para el Diseño de Plantas Limpias” estipula la selección de materiales de tuberías y válvulas de la siguiente manera:
(1) Si la pureza del gas es mayor o igual al 99,999 % y el punto de rocío es inferior a -76 °C, tubería de acero inoxidable con bajo contenido de carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con pared interior electropulida o tubería de acero inoxidable OCr18Ni9 (304) con Se debe utilizar pared interior electropulida. La válvula debe ser una válvula de diafragma o una válvula de fuelle.
(2) Si la pureza del gas es mayor o igual al 99,99 % y el punto de rocío es inferior a -60 °C, se debe utilizar un tubo de acero inoxidable OCr18Ni9 (304) con pared interior electropulida. A excepción de las válvulas de fuelle que deben usarse para tuberías de gas combustible, las válvulas de bola deben usarse para otras tuberías de gas.
(3) Si el punto de rocío del aire comprimido seco es inferior a -70 °C, se debe utilizar tubería de acero inoxidable OCr18Ni9 (304) con pared interior pulida. Si el punto de rocío es inferior a -40 ℃, se debe utilizar tubería de acero inoxidable OCr18Ni9 (304) o tubería de acero sin costura galvanizada en caliente. La válvula debe ser de fuelle o de bola.
(4) El material de la válvula debe ser compatible con el material de la tubería de conexión.
De acuerdo con los requisitos de las especificaciones y las medidas técnicas relevantes, consideramos principalmente los siguientes aspectos al seleccionar los materiales de las tuberías:
(1) La permeabilidad al aire de los materiales de las tuberías debe ser pequeña. Las tuberías de diferentes materiales tienen diferente permeabilidad al aire. Si se seleccionan tuberías con mayor permeabilidad al aire, no se puede eliminar la contaminación. Los tubos de acero inoxidable y los de cobre previenen mejor la penetración y la corrosión del oxígeno en la atmósfera. Sin embargo, dado que las tuberías de acero inoxidable son menos activas que las de cobre, las tuberías de cobre son más activas al permitir que la humedad de la atmósfera penetre en sus superficies internas. Por lo tanto, al seleccionar tuberías para gasoductos de alta pureza, las tuberías de acero inoxidable deben ser la primera opción.
(2) La superficie interna del material de la tubería se adsorbe y tiene un pequeño efecto en el análisis del gas. Después de procesar la tubería de acero inoxidable, una cierta cantidad de gas quedará retenida en su red metálica. Cuando pasa gas de alta pureza, esta parte del gas entrará en el flujo de aire y provocará contaminación. Al mismo tiempo, debido a la adsorción y el análisis, el metal en la superficie interna de la tubería también producirá una cierta cantidad de polvo, lo que contaminará el gas de alta pureza. Para sistemas de tuberías con una pureza superior al 99,999 % o nivel de ppb, se debe utilizar tubería de acero inoxidable con bajo contenido de carbono (316L) 00Cr17Ni12Mo2Ti.
(3) La resistencia al desgaste de las tuberías de acero inoxidable es mejor que la de las tuberías de cobre y el polvo metálico generado por la erosión del flujo de aire es relativamente menor. Los talleres de producción con mayores requisitos de limpieza pueden utilizar tubos de acero inoxidable con bajo contenido de carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) o tubos de acero inoxidable OCr18Ni9 (304), no se utilizarán tubos de cobre.
(4) Para sistemas de tuberías con una pureza de gas superior al 99,999 % o niveles de ppb o ppt, o en salas limpias con niveles de limpieza de aire de N1-N6 especificados en el “Código de diseño de fábrica limpia”, tuberías ultralimpias oTuberías EP ultralimpiasdebe usarse. Limpie “tubo limpio con superficie interior ultralisa”.
(5) Algunos de los sistemas especiales de gasoductos utilizados en el proceso de producción son gases altamente corrosivos. Las tuberías de estos sistemas de tuberías deben utilizar como tuberías tuberías de acero inoxidable resistentes a la corrosión. De lo contrario, las tuberías se dañarán debido a la corrosión. Si se producen manchas de corrosión en la superficie, no se utilizarán tubos de acero sin costura ordinarios ni tubos de acero soldados galvanizados.
(6) En principio, todas las conexiones de los gasoductos deberían estar soldadas. Dado que la soldadura de tubos de acero galvanizado destruirá la capa galvanizada, los tubos de acero galvanizado no se utilizan para tuberías en salas blancas.
Teniendo en cuenta los factores anteriores, las tuberías y válvulas de gasoducto seleccionadas en el proyecto &7& son las siguientes:
Las tuberías del sistema de nitrógeno de alta pureza (PN2) están fabricadas con tuberías de acero inoxidable de bajo carbono (316L) 00Cr17Ni12Mo2Ti con paredes interiores electropulidas, y las válvulas están fabricadas con válvulas de fuelle de acero inoxidable del mismo material.
Las tuberías del sistema de nitrógeno (N2) están fabricadas con tuberías de acero inoxidable de bajo carbono (316L) 00Cr17Ni12Mo2Ti con paredes interiores electropulidas, y las válvulas están fabricadas con válvulas de fuelle de acero inoxidable del mismo material.
Las tuberías del sistema de hidrógeno de alta pureza (PH2) están fabricadas con tuberías de acero inoxidable de bajo carbono (316L) 00Cr17Ni12Mo2Ti con paredes interiores electropulidas, y las válvulas están fabricadas con válvulas de fuelle de acero inoxidable del mismo material.
Las tuberías del sistema de oxígeno de alta pureza (PO2) están hechas de tuberías de acero inoxidable con bajo contenido de carbono (316L) 00Cr17Ni12Mo2Ti con paredes internas electropulidas, y las válvulas están hechas de válvulas de fuelle de acero inoxidable del mismo material.
Las tuberías del sistema Argón (Ar) están fabricadas con tuberías de acero inoxidable de bajo carbono (316L) 00Cr17Ni12Mo2Ti con paredes interiores electropulidas y se utilizan válvulas de fuelle de acero inoxidable del mismo material.
Las tuberías del sistema de helio (He) están fabricadas con tuberías de acero inoxidable de bajo carbono (316L) 00Cr17Ni12Mo2Ti con paredes interiores electropulidas, y las válvulas están fabricadas con válvulas de fuelle de acero inoxidable del mismo material.
Las tuberías del sistema de aire comprimido seco limpio (CDA) están hechas de tuberías de acero inoxidable OCr18Ni9 (304) con paredes interiores pulidas, y las válvulas están hechas de válvulas de fuelle de acero inoxidable del mismo material.
Las tuberías del sistema de aire comprimido respirable (BA) están fabricadas con tuberías de acero inoxidable OCr18Ni9 (304) con paredes interiores pulidas, y las válvulas están fabricadas con válvulas de bola de acero inoxidable del mismo material.
Las tuberías del sistema de vacío de proceso (PV) están hechas de tuberías de UPVC y las válvulas están hechas de válvulas de mariposa de vacío hechas del mismo material.
Las tuberías del sistema de vacío de limpieza (HV) están hechas de tubos de UPVC y las válvulas están hechas de válvulas de mariposa de vacío del mismo material.
Todas las tuberías del sistema de gas especial están hechas de tuberías de acero inoxidable con bajo contenido de carbono (316L) 00Cr17Ni12Mo2Ti con paredes internas electropulidas, y las válvulas están hechas de válvulas de fuelle de acero inoxidable del mismo material.
3 Construcción e instalación de tuberías.
3.1 La Sección 8.3 del “Código de Diseño de Edificios de Fábricas Limpias” estipula las siguientes disposiciones para las conexiones de tuberías:
(1) Las conexiones de las tuberías deben soldarse, pero las tuberías de acero galvanizado en caliente deben roscarse. El material de sellado de las conexiones roscadas debe cumplir con los requisitos del Artículo 8.3.3 de esta especificación.
(2) Las tuberías de acero inoxidable deben conectarse mediante soldadura por arco de argón y soldadura a tope o soldadura por encaje, pero las tuberías de gas de alta pureza deben conectarse mediante soldadura a tope sin marcas en la pared interior.
(3) La conexión entre las tuberías y el equipo debe cumplir con los requisitos de conexión del equipo. Cuando se utilizan conexiones de manguera, se deben usar mangueras metálicas.
(4) La conexión entre tuberías y válvulas debe cumplir con las siguientes regulaciones.
① El material de sellado que conecta las válvulas y tuberías de gas de alta pureza debe utilizar juntas metálicas o casquillos dobles de acuerdo con los requisitos del proceso de producción y las características del gas.
②El material de sellado en la conexión roscada o bridada debe ser politetrafluoroetileno.
3.2 De acuerdo con los requisitos de las especificaciones y las medidas técnicas pertinentes, la conexión de gasoductos de alta pureza debe soldarse tanto como sea posible. Se debe evitar la soldadura directa a tope durante la soldadura. Se deben utilizar manguitos de tubería o juntas terminadas. Los manguitos de tubería deben estar hechos del mismo material y la misma superficie interior lisa que las tuberías. Nivel, durante la soldadura, para evitar la oxidación de la pieza de soldadura, se debe introducir gas protector puro en el tubo de soldadura. Para tuberías de acero inoxidable, se debe utilizar soldadura por arco de argón y se debe introducir gas argón de la misma pureza en la tubería. Se debe utilizar conexión roscada o conexión roscada. Al conectar bridas, se deben utilizar casquillos para conexiones roscadas. A excepción de las tuberías de oxígeno y de hidrógeno, que deben utilizar juntas metálicas, el resto de tuberías deben utilizar juntas de politetrafluoroetileno. También será eficaz aplicar una pequeña cantidad de caucho de silicona a las juntas. Mejora el efecto de sellado. Se deben tomar medidas similares cuando se realizan conexiones de brida.
Antes de comenzar los trabajos de instalación, se realizará una inspección visual detallada de las tuberías,guarniciones, válvulas, etc. La pared interior de las tuberías de acero inoxidable ordinarias debe decaparse antes de la instalación. Las tuberías, accesorios, válvulas, etc. de las tuberías de oxígeno deben tener estrictamente prohibido el uso de aceite y deben desengrasarse estrictamente de acuerdo con los requisitos pertinentes antes de la instalación.
Antes de instalar y poner en uso el sistema, el sistema de tuberías de transmisión y distribución debe purgarse completamente con el gas de alta pureza entregado. Esto no solo elimina las partículas de polvo que cayeron accidentalmente en el sistema durante el proceso de instalación, sino que también desempeña un papel de secado en el sistema de tuberías, eliminando parte del gas que contiene humedad absorbido por la pared de la tubería e incluso el material de la tubería.
4. Prueba y aceptación de presión de tubería.
(1) Una vez instalado el sistema, se realizará una inspección radiográfica 100% de las tuberías que transportan fluidos altamente tóxicos en gasoductos especiales, y su calidad no será inferior al Nivel II. Otras tuberías estarán sujetas a inspección radiográfica por muestreo, y el índice de inspección por muestreo no será inferior al 5 %, la calidad no será inferior al grado III.
(2) Después de pasar la inspección no destructiva, se debería realizar una prueba de presión. Para garantizar la sequedad y limpieza del sistema de tuberías, no se debe realizar una prueba de presión hidráulica, sino que se debe utilizar una prueba de presión neumática. La prueba de presión de aire debe realizarse utilizando nitrógeno o aire comprimido que coincida con el nivel de limpieza de la sala limpia. La presión de prueba de la tubería debe ser 1,15 veces la presión de diseño y la presión de prueba de la tubería de vacío debe ser 0,2 MPa. Durante la prueba, la presión debe aumentarse gradual y lentamente. Cuando la presión aumenta al 50% de la presión de prueba, si no se encuentra ninguna anomalía o fuga, continúe aumentando la presión paso a paso en un 10% de la presión de prueba y estabilice la presión durante 3 minutos en cada nivel hasta que la presión de prueba . Estabilice la presión durante 10 minutos, luego reduzca la presión a la presión de diseño. El tiempo de parada de presión debe determinarse según las necesidades de detección de fugas. El agente espumante está calificado si no hay fugas.
(3) Después de que el sistema de vacío pase la prueba de presión, también debe realizar una prueba de grado de vacío de 24 horas de acuerdo con los documentos de diseño, y la tasa de presurización no debe ser superior al 5%.
(4) Prueba de fugas. Para sistemas de tuberías de grado ppb y ppt, de acuerdo con las especificaciones relevantes, ninguna fuga debe considerarse calificada, pero la prueba de cantidad de fuga se utiliza durante el diseño, es decir, la prueba de cantidad de fuga se realiza después de la prueba de estanqueidad. La presión es la presión de trabajo y la presión se detiene durante 24 horas. La fuga promedio por hora es menor o igual a 50 ppm según lo calificado. El cálculo de la fuga es el siguiente:
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
En la fórmula:
Fuga por hora (%)
P1-Presión absoluta al inicio de la prueba (Pa)
P2-Presión absoluta al final de la prueba (Pa)
T1-temperatura absoluta al inicio de la prueba (K)
T2-temperatura absoluta al final de la prueba (K)
Hora de publicación: 12 de diciembre de 2023