La Fábrica de Circuitos Integrados de Muy 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 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 realiza una empresa conjunta entre Praxair Utility Gas Co., Ltd. de Estados Unidos y las partes interesadas en Shanghái para establecer conjuntamente una planta de producción de gas. Esta planta se encuentra junto a la fábrica del proyecto 909 y ocupa una superficie aproximada de 15 000 metros cuadrados. Los requisitos de pureza y producción de diversos gases...
El nitrógeno (PN₂), el nitrógeno (N₂) y el oxígeno (PO₂) de alta pureza se producen mediante separación de aire. El hidrógeno (PH₂) de alta pureza se produce mediante electrólisis. El argón (Ar) y el helio (He) se adquieren de forma externa. El cuasigas se purifica y filtra para su uso en el Proyecto 909. El gas especial se suministra en bombonas, y el armario de bombonas de gas se encuentra en el taller auxiliar de la planta de producción de circuitos integrados.
Otros gases 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 no superior a 0,01 um en el gas en el punto de uso. Sistema de aire comprimido respirable (BA), volumen de uso de 90 m³/h, punto de rocío a presión de 2 ℃, tamaño de partícula en el gas en el punto de uso no superior a 0,3 um, sistema de vacío de proceso (PV), volumen de uso de 582 m³/h, grado de vacío en el punto de uso de -79 993 Pa. Sistema de vacío de limpieza (HV), volumen de uso de 1440 m³/h, grado de vacío en el punto de uso de -59 995 Pa. La sala de compresores de aire y la sala de bombas de vacío se encuentran en el área de la fábrica del proyecto 909.
Selección de materiales de tuberías y accesorios.
El gas utilizado en la producción 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 igual o superior al nivel de limpieza del espacio en uso. Además, las tuberías de gas 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 inflamables, explosivos, favorecen la combustión o son tóxicos. Si el sistema de tuberías de gas tiene un diseño o materiales inadecuados, no solo disminuirá la pureza del gas utilizado en el punto de suministro, sino que también fallará. Si bien cumple con los requisitos del proceso, su uso es inseguro y contamina la fábrica limpia, lo que afecta la seguridad y la limpieza de la misma.
La garantía de la calidad del gas de alta pureza en el punto de uso no solo 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 numerosos factores del sistema de tuberías. Si dependemos de los equipos de producción de gas, los equipos de purificación y los filtros, es simplemente incorrecto imponer requisitos de precisión infinitamente mayores para compensar un diseño o una selección de materiales inadecuados del sistema de tuberías de gas.
Durante el proceso de diseño del proyecto 909, seguimos el Código para el Diseño de Plantas Limpias GBJ73-84 (la norma actual es GB50073-2001), el Código para el Diseño de Estaciones de Aire Comprimido GBJ29-90, el Código para el Diseño de Estaciones de Oxígeno GB50030-91 y el Código para el Diseño de Estaciones de Hidrógeno y Oxígeno GB50177-93, así como las medidas técnicas pertinentes 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 superior o igual al 99,999 % y el punto de rocío es inferior a -76 °C, se debe utilizar una tubería de acero inoxidable de bajo carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con pared interior electropulida o una tubería de acero inoxidable OCr18Ni9 (304) con pared interior electropulida. La válvula debe ser de diafragma o de fuelle.
(2) Si la pureza del gas es superior 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 se utilizan en tuberías de gas combustible, se deben utilizar válvulas de bola para otras tuberías de gas.
(3) Si el punto de rocío del aire comprimido seco es inferior a -70 °C, se debe utilizar un tubo de acero inoxidable OCr18Ni9 (304) con pared interior pulida. Si el punto de rocío es inferior a -40 °C, se debe utilizar un tubo de acero inoxidable OCr18Ni9 (304) o un tubo de acero sin costura galvanizado por inmersión 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 pertinentes, consideramos principalmente los siguientes aspectos al seleccionar los materiales de las tuberías:
(1) La permeabilidad al aire de las tuberías debe ser baja. Las tuberías de diferentes materiales tienen diferente permeabilidad al aire. Si se seleccionan tuberías con mayor permeabilidad al aire, no se podrá eliminar la contaminación. Las tuberías de acero inoxidable y de cobre previenen mejor la penetración y corrosión del oxígeno atmosférico. Sin embargo, dado que las tuberías de acero inoxidable son menos activas que las de cobre, estas últimas permiten con mayor eficacia la penetración de la humedad atmosférica 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 interior del material de la tubería se adsorbe, lo que tiene un efecto mínimo en el análisis del gas. Tras el procesamiento de la tubería de acero inoxidable, una cierta cantidad de gas queda retenida en su estructura metálica. Al pasar gas de alta pureza, esta parte del gas entra en el flujo de aire y causa contaminación. Al mismo tiempo, debido a la adsorción y el análisis, el metal de la superficie interior de la tubería también produce cierta cantidad de polvo, lo que contamina el gas de alta pureza. Para sistemas de tuberías con una pureza superior al 99,999 % o ppb, se recomienda utilizar tubería de acero inoxidable de bajo carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L).
(3) La resistencia al desgaste de las tuberías de acero inoxidable es mejor que la de las de cobre, y el polvo metálico generado por la erosión del aire es relativamente menor. Los talleres de producción con mayores requisitos de limpieza pueden utilizar tuberías de acero inoxidable de bajo carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) u OCr18Ni9 (304); no se deben utilizar tuberías 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 del aire de N1 a N6 especificados en el “Código de Diseño de Fábrica Limpia”, se deben utilizar tuberías ultralimpias oTuberías ultralimpias EPSe debe utilizar un tubo limpio con superficie interior ultrasuave.
(5) Algunos sistemas especiales de tuberías de gas utilizados en el proceso de producción son altamente corrosivos. Las tuberías de estos sistemas deben ser de acero inoxidable resistente a la corrosión. De lo contrario, la corrosión las dañará. Si aparecen manchas de corrosión en la superficie, no se deben utilizar tuberías de acero sin costura convencionales ni tuberías de acero galvanizado con soldadura.
(6) En principio, todas las conexiones de las tuberías de gas deben ser soldadas. Dado que la soldadura de tuberías de acero galvanizado destruye la capa galvanizada, no se utilizan tuberías de acero galvanizado en salas blancas.
Teniendo en cuenta los factores anteriores, las tuberías y válvulas del gasoducto seleccionadas en el proyecto &7& son las siguientes:
Las tuberías del sistema de nitrógeno de alta pureza (PN2) están hechas de tuberías de acero inoxidable con bajo contenido de carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con paredes internas electropulidas, y las válvulas están hechas de válvulas de fuelle de acero inoxidable del mismo material.
Las tuberías del sistema de nitrógeno (N2) están hechas de tubos de acero inoxidable con bajo contenido de carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con paredes internas electropulidas, y las válvulas están hechas de válvulas de fuelle de acero inoxidable del mismo material.
Las tuberías del sistema de hidrógeno de alta pureza (PH2) están hechas de tuberías de acero inoxidable con bajo contenido de carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con paredes internas electropulidas, y las válvulas están hechas de 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 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con paredes internas electropulidas, y las válvulas están hechas de válvulas de fuelle de acero inoxidable del mismo material.
Las tuberías del sistema de argón (Ar) están hechas de tubos de acero inoxidable con bajo contenido de carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con paredes internas electropulidas y se utilizan válvulas de fuelle de acero inoxidable del mismo material.
Las tuberías del sistema de helio (He) están hechas de tubos de acero inoxidable con bajo contenido de carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) con paredes internas electropulidas, y las válvulas están hechas de válvulas de fuelle de acero inoxidable del mismo material.
Las tuberías del sistema de aire comprimido limpio y seco (CDA) están hechas de tubos de acero inoxidable OCr18Ni9 (304) con paredes internas 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 hechas de tubos de acero inoxidable OCr18Ni9 (304) con paredes internas pulidas, y las válvulas están hechas de 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 tuberías de UPVC y las válvulas están hechas de válvulas de mariposa de vacío hechas del mismo material.
Las tuberías del sistema de gas especial están hechas todas de tubos de acero inoxidable con bajo contenido de carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) 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 ser soldadas, pero las tuberías de acero galvanizado por inmersión en caliente deben ser roscadas. 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 enchufe, 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 utilicen conexiones de manguera, se deben utilizar mangueras metálicas.
(4) La conexión entre tuberías y válvulas debe cumplir con las siguientes normas:
① El material de sellado que conecta las tuberías y válvulas de gas de alta pureza debe utilizar juntas metálicas o casquillos dobles según los requisitos del proceso de producción y las características del gas.
②El material de sellado en la conexión roscada o de brida debe ser politetrafluoroetileno.
3.2 De acuerdo con los requisitos de las especificaciones y las medidas técnicas pertinentes, la conexión de tuberías de gas de alta pureza debe soldarse en la medida de lo posible. Se debe evitar la soldadura a tope directa durante la soldadura. Se deben utilizar manguitos o uniones prefabricadas. Los manguitos deben ser del mismo material y tener la misma superficie interior lisa que las tuberías. Durante la soldadura, para evitar la oxidación de la pieza a soldar, se debe introducir gas protector puro en la tubería. Para tuberías de acero inoxidable, se debe utilizar soldadura por arco de argón, introduciendo gas argón de la misma pureza. Se deben utilizar conexiones roscadas. Al conectar bridas, se deben utilizar casquillos para las conexiones roscadas. A excepción de las tuberías de oxígeno e hidrógeno, que deben utilizar juntas metálicas, las demás tuberías deben utilizar juntas de politetrafluoroetileno. Aplicar una pequeña cantidad de caucho de silicona a las juntas también será eficaz. Esto mejora el sellado. Se deben tomar medidas similares al realizar conexiones con bridas.
Antes de comenzar los trabajos de instalación, se debe realizar una inspección visual detallada de las tuberías,guarnicionesSe deben realizar pruebas de las válvulas, etc. La pared interior de las tuberías comunes de acero inoxidable debe decaparse antes de la instalación. Las tuberías, accesorios, válvulas, etc. de las tuberías de oxígeno deben estar estrictamente libres de aceite y deben desengrasarse rigurosamente según los requisitos pertinentes antes de la instalación.
Antes de instalar y poner en funcionamiento el sistema, es necesario purgar completamente el sistema de tuberías de transmisión y distribución con el gas de alta pureza suministrado. Esto no solo elimina las partículas de polvo que accidentalmente ingresaron al sistema durante la instalación, sino que también contribuye a su secado, eliminando parte del gas húmedo absorbido por la pared de la tubería e incluso por el material de la misma.
4. Prueba de presión y aceptación de la tubería
(1) Tras la instalación del sistema, se realizará una inspección radiográfica completa de las tuberías que transportan fluidos altamente tóxicos en gasoductos especiales, cuya calidad no deberá ser inferior al Nivel II. Las demás tuberías se someterán a una inspección radiográfica por muestreo, con una tasa de inspección por muestreo no inferior al 5 %, y su calidad no deberá ser inferior al Grado III.
(2) Tras superar la inspección no destructiva, se realizará una prueba de presión. Para garantizar la sequedad y la limpieza del sistema de tuberías, no se realizará una prueba de presión hidráulica, sino una neumática. La prueba de presión neumática se realizará con nitrógeno o aire comprimido con un nivel de limpieza adecuado para la sala limpia. La presión de prueba de la tubería será 1,15 veces la presión de diseño, y la presión de prueba de la tubería de vacío será de 0,2 MPa. Durante la prueba, la presión se incrementará gradual y lentamente. Cuando la presión alcance el 50 % de la presión de prueba, si no se detectan anomalías ni fugas, se aumentará gradualmente un 10 % de la presión de prueba y se estabilizará durante 3 minutos en cada nivel hasta alcanzar la presión de prueba. Se estabilizará la presión durante 10 minutos y, a continuación, se reducirá a la presión de diseño. El tiempo de parada de la presión se determinará según las necesidades de detección de fugas. El agente espumante se considera apto 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 mayor al 5%.
(4) Prueba de fugas. Para sistemas de tuberías de grado ppb y ppt, según las especificaciones pertinentes, no se debe considerar que exista fuga alguna. Sin embargo, la prueba de cantidad de fuga se utiliza durante el diseño, es decir, se realiza después de la prueba de hermeticidad. La presión es la presión de trabajo y se detiene durante 24 horas. La fuga promedio por hora es menor o igual a 50 ppm, lo cual se considera válido. 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