Yarı iletken üretiminde, kriyojenik dağıtım sistemlerinden sadece sıvı azot veya argonu bir noktadan diğerine taşımaktan daha fazlası beklenir. Akışkanın kullanım noktasına kadar stabil, temiz ve tek fazlı kalması gerekir. Az miktarda ısı girişi bile, proses stabilitesini etkileyen ani gaz çıkışına, basınç dalgalanmasına veya nem kirliliğine neden olabilir.

Bu yüzdenVakum Yalıtımlı BoruBu sistemler, geleneksel köpük yalıtımlı boruların yerine genellikle yarı iletken üretim tesislerinde kullanılır. Uygun şekilde yönetilen bir sistemle birleştirildiğinde...Dinamik Vakum Pompası SistemiBu sayede, tüm transfer hattı boyunca uzun vadeli vakum stabilitesi korunurken, toplam ısı kaçağı 3 W/m'nin altında kalabilir.

Yarı iletken uygulamalarında, vakum yalıtımı borunun etrafındaki pasif bir katman olarak görülmemelidir. Ölçülebilir vakum performansı ve uzun vadeli bakım kolaylığı gerektiren aktif bir termal sistemdir. Yüksek hassasiyetli çip üretim ortamlarında, sıvı doyma sıcaklığındaki hafif bir artış bile, soğutma devrelerini, arıtma sistemlerini veya proses kontrol ekipmanlarını etkileyen iki fazlı akış koşullarına yol açabilir.

Kriyojenik Yarı İletken Sistemlerde Isı Kaçağı Neden Önemlidir?

Her kriyojenik transfer hattı, üç temel ısı transferi biçiminden etkilenir:

• halka şeklindeki boşluk boyunca radyasyon
• Artık moleküllerin neden olduğu gaz iletimi
• destekler ve ara parçalar aracılığıyla katı iletim

düzgün tasarlanmış bir şekildeVakum Yalıtımlı BoruHalkasal basınç tipik olarak 1×10⁻⁴ Pa'nın altına düşer. Bu vakum seviyesinde, kalan gaz moleküllerinin ortalama serbest yolu, halkasal boşluktan önemli ölçüde daha büyüktür; bu da gaz halindeki ısı iletimini büyük ölçüde azaltır.

Radyatif ısı transferi, çok katmanlı yalıtım (MLI) kullanılarak kontrol edilir. Yalıtım, yansıtıcı folyo ve düşük iletkenliğe sahip ara malzeme katmanlarının dönüşümlü olarak yerleştirilmesiyle oluşur. Doğru katman yoğunluğu ve uygulama yöntemiyle, radyatif ısı akısı metrekare başına sadece birkaç watt'a kadar düşürülebilir.

Geriye kalan ısı iletim yolu esas olarak mekanik desteklerden kaynaklanır. Bu etkiyi en aza indirmek için genellikle G-10 fiberglas veya Torlon® gibi düşük iletkenliğe sahip malzemeler kullanılır. Bu desteklerin, çalışma sırasında termal büzülmeye, titreşime ve sismik yüklemeye dayanacak kadar mekanik dayanıma sahip olmaları gerekir.

Uzun mesafeli transferlerde, vakum yalıtımı ile köpük yalıtımı arasındaki fark çok belirgin hale gelir. İyi bakımlı bir vakum sistemi, uzun yıllar boyunca istikrarlı termal performans sağlayabilirken, köpük yalıtımı atmosferden nemi yavaş yavaş emer. Nem yalıtım yapısına girdikten ve donduktan sonra, termal verimlilik genellikle zamanla azalır.

Pratik yarı iletken LN₂ dağıtım sistemlerinde,vakum yalıtımlı borularÖzellikle uzun dış mekan hatlarında veya sürekli çalışan ana dağıtım hatlarında, geleneksel köpük yalıtımlı hatlara kıyasla buharlaşmayı önemli ölçüde azaltabilir.

Dinamik Vakum Pompası Sistemi

Statik vakum ceketleriyle ilgili bir sorun, gaz çıkışı, helyum sızması veya mikroskobik sızıntı nedeniyle vakum kalitesinin yıllar içinde yavaş yavaş bozulabilmesidir.

Bu sorunu çözmek için, büyük çaplıVakum Yalıtımlı Borusistemler şunlarla donatılabilir:Dinamik Vakum Pompası SistemiSistem normalde, halka şeklindeki vakumu periyodik olarak orijinal tasarım durumuna geri getiren kompakt bir turbomoleküler veya sarmal pompa düzenlemesi içerir.

Vakum seviyeleri, soğuk katotlu göstergeler kullanılarak sürekli olarak izlenir. Pompa yalnızca basınç hedef ayar noktasının üzerine çıktığında devreye girer, bu nedenle güç tüketimi ve bakım gereksinimleri nispeten düşük kalır.

Tayvan'ın Hsinchu kentindeki bir yarı iletken üretim tesisi yenileme projesinde, aktif olarak yönetilen bir vakum pompalama sistemi, yaşlanan bir LN₂ transfer başlığının üretim hattını kapatmadan orijinal çalışma koşullarına yakın termal performansını geri kazanmasını sağladı. Yeni projeler için, aktif vakum bakımı, operatörlere sistemin hizmet ömrü boyunca uzun vadeli yalıtım kararlılığı konusunda daha fazla güven verir.

Malzeme ve Sistem Tasarımı

Yarı iletken ve ultra yüksek saflık uygulamaları için, iç proses borusu tipik olarak 304L veya 316L paslanmaz çelikten üretilir. İç yüzeyler, oksijensiz servis gereksinimlerini karşılamak ve kirlenme riskini en aza indirmek için temizlenir, arındırılır ve pasifleştirilir.

Dış kaplama, kurulum ortamına bağlı olarak boyalı karbon çelik veya paslanmaz çelikten yapılabilir. Temiz oda benzeri alanlarda, korozyonu veya yüzey kirlenmesini önlemek için genellikle paslanmaz çelik dış kaplamalar tercih edilir.

Termal büzülme de dikkatlice değerlendirilmelidir. Bir LN₂ transfer hattı, ortam sıcaklığı ile çalışma sıcaklığı arasında metre başına yaklaşık 2,5–3 mm büzülebilir. Bu hareketi absorbe etmek için, boru ağı boyunca hesaplanmış ankraj noktalarına genellikle körük tipi genleşme kompansatörleri takılır.

Hareket veya esneklik gerektiren durumlarda,Vakum Yalıtımlı Esnek HortumBu bağlantı elemanları yaygın olarak kullanılmaktadır. Tipik kullanım alanları arasında tank bağlantıları, ekipman bağlantıları, manifold dalları ve mobil proses üniteleri yer almaktadır.

Bu esnek hortumlar, sert vakum borularına benzer şekilde, oluklu bir iç çekirdek, vakum ceketi ve MLI yapısı kullanır. Doğru tasarlanmış düzenekler, tekrarlanan kriyojenik termal döngülerden sonra vakum bütünlüğünü korurken, yalıtımsız örgülü hortumlarda yaygın olan dış buz oluşumunu da önler.

Vakum Yalıtımlı VanalarVeFaz Ayırıcılar

Isı kaçağının yönetimi sadece düz boru bölümleriyle sınırlı değildir. Vanalar vefaz ayırıcılarAyrıca, kararlı kriyojenik akış koşullarının korunmasında da önemli bir rol oynarlar.

A Vakum Yalıtımlı VanaGenellikle, kritik sızdırmazlık alanlarını aşırı düşük sıcaklıklardan uzak tutmak için uzatılmış bir kapak ve vakum yalıtımlı bir gövde kullanır. Bu, mil contası çevresinde donmayı önlemeye ve valf yapısının içinde istenmeyen yoğuşmayı azaltmaya yardımcı olur.

Vakum yalıtımı olmadan, vanalar sistem içinde yoğun ısı kaçağı noktaları haline gelebilir. Sıvı kriyojenik uygulamalarda bu durum, lokalize buhar cepleri, kararsız akış koşulları veya su darbesi olaylarına yol açabilir.

Yarı iletken proses sistemlerinde, ASME B31.3 ve EN 13480 gerekliliklerine uygun olarak genellikle genişletilmiş kapaklı küresel vanalar ve üstten girişli bilyalı vanalar kullanılır.

A Vakum Yalıtımlı Faz AyırıcıSıvı hassas ekipmanlara girmeden önce ani gaz çıkışını gidermek için kullanılır. Yarı iletken uygulamalarında, kararsız iki fazlı akış, proses alarmlarını veya ekipman kilitlemelerini tetikleyecek kadar büyük basınç değişimleri yaratabilir.

Çoğu ayırıcı tasarımı, buhar-sıvı ayırma verimliliğini artırmak için dahili bir nem giderici yapı ile birlikte teğetsel bir giriş kullanır. Birçok projede, ayırıcı, proses tabanına yakın bir yere monte edilmiş bir Mini Tank ile birleştirilir. Mini tank, önemli ek ısı yükü oluşturmadan kısa vadeli talep dalgalanmalarını dengelemeye yardımcı olan yerel bir tampon hacmi görevi görür.

Yarıiletken Proje Örneği

Güney Kore'deki bir DRAM üretim tesisi genişletme projesi, daldırma yöntemiyle soğutulan test ekipmanlarına ve wafer işleme araçlarına hizmet verecek yeni bir LN₂ dağıtım ağına ihtiyaç duyuyordu.

Kurulum, vakum yalıtımlı esnek hortum tertibatları aracılığıyla birden fazla alet dalına bağlanan yaklaşık 180 metre uzunluğunda sert vakum yalıtımlı borudan oluşuyordu. Toplu depolama alanının yakınına vakum yalıtımlı bir faz ayırıcı ve 2 m³'lük bir mini tank kuruldu.

Dinamik Vakum Pompa Sistemi, ana 6 inçlik transfer hatlarında halka basıncını 5×10⁻⁶ mbar'ın altında tuttu.

Devreye alma sırasında, kararlı çalışma koşulları altında birincil başlık üzerindeki ölçülen ısı kaçağı ortalama yaklaşık 1,3 W/m idi. Bir yıllık sürekli hizmetin ardından, periyodik vakum geri kazanım döngüleri, yalıtım performansını orijinal temel duruma yakın tuttu.

Önceki köpük yalıtımlı konsepte kıyasla, tesiste sıvı azot kayıplarında belirgin bir düşüş ve işletme istikrarında iyileşme kaydedildi. Proses kayıtları ayrıca yalıtım bozulmasıyla ilişkili nem kaynaklı kirlenme olaylarının olmadığını da gösterdi.

Uygulamalar

Vakum yalıtımlı kriyojenik transfer sistemleri, yarı iletken üretiminde, LNG altyapısında, endüstriyel gaz dağıtımında ve sıvı hidrojen uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Çalışma ortamları farklı olsa da, mühendislik hedefi aynı kalmaktadır:

• vakum stabilitesini korumak
• ısı girişini en aza indirgemek
• Aktarım süreci boyunca faz stabilitesini koruyun.

Sistem tasarımı, proje kapsamına ve bölgesel gereksinimlere bağlı olarak genellikle ASME B31.3, EN 13480 ve ISO 21029 gibi uluslararası standartlara uygun olarak yapılır.

Yarı iletken tesislerinde, kriyojenik dağıtım sisteminin performansı, işletme verimliliğini, sıvı tüketimini ve uzun vadeli proses güvenilirliğini doğrudan etkiler. Bu nedenle, boru hatları, vanalar, ayırıcılar ve vakum bakım sistemleri, bağımsız bileşenler yerine entegre bir termal sistem olarak tasarlanmalıdır.

At HL KriyojenikBiz, standart katalog konfigürasyonları yerine, gerçek işletme koşullarına, termal yük hedeflerine ve kurulum gereksinimlerine dayalı kriyojenik transfer çözümleri geliştirmek için EPC yüklenicileri, gaz şirketleri ve yarı iletken tesisleriyle çalışıyoruz.

Yeni bir yarı iletken üretim tesisi projesi planlıyorsanız veya mevcut bir LN₂ dağıtım ağını modernize ediyorsanız, mühendislik ekibimiz uzun vadeli çalışma için ısı kaçağı performansı, vakum stratejisi ve sistem konfigürasyonunu değerlendirmenize yardımcı olabilir.