O Projeto 909 de Fábrica de Circuitos Integrados de Grande Escala é um grande projeto de construção da indústria eletrônica do meu país durante o Nono Plano Quinquenal para produzir chips com uma largura de linha de 0,18 mícrons e um diâmetro de 200 mm.
A tecnologia de fabricação de circuitos integrados de grande porte não envolve apenas tecnologias de alta precisão, como microusinagem, mas também impõe altos requisitos à pureza do gás.
O fornecimento de gás a granel para o Projeto 909 é realizado por uma joint venture entre a Praxair Utility Gas Co., Ltd., dos Estados Unidos, e partes relevantes em Xangai, para estabelecer em conjunto uma planta de produção de gás. A planta de produção de gás fica adjacente ao prédio da fábrica do Projeto 909, cobrindo uma área de aproximadamente 15.000 metros quadrados. A pureza e os requisitos de produção de vários gases
Nitrogênio de alta pureza (PN2), nitrogênio (N2) e oxigênio de alta pureza (PO2) são produzidos por separação de ar. Hidrogênio de alta pureza (PH2) é produzido por eletrólise. Argônio (Ar) e hélio (He) são adquiridos de forma terceirizada. O quase-gás é purificado e filtrado para uso no Projeto 909. Gás especial é fornecido em cilindros, e o gabinete de cilindros de gás fica localizado na oficina auxiliar da planta de produção de circuitos integrados.
Outros gases também incluem o sistema CDA de ar comprimido limpo e seco, com um volume de uso de 4185 m³/h, um ponto de orvalho de pressão de -70 °C e um tamanho de partícula de no máximo 0,01 µm no gás no ponto de uso. Sistema de ar comprimido respirável (BA), volume de uso de 90 m³/h, ponto de orvalho de pressão de 2 ℃, tamanho de partícula no gás no ponto de uso não é maior que 0,3 µm, sistema de vácuo de processo (PV), volume de uso de 582 m³/h, grau de vácuo no ponto de uso -79993 Pa. Sistema de vácuo de limpeza (HV), volume de uso de 1440 m³/h, grau de vácuo no ponto de uso -59995 Pa. A sala do compressor de ar e a sala da bomba de vácuo estão localizadas na área da fábrica do projeto 909.
Seleção de materiais e acessórios para tubos
O gás usado na produção de VLSI tem requisitos de limpeza extremamente altos.Gasodutos de alta purezasão geralmente utilizados em ambientes de produção limpos, e seu controle de limpeza deve ser consistente ou superior ao nível de limpeza do espaço em uso! Além disso, gasodutos de alta pureza são frequentemente utilizados em ambientes de produção limpos. Hidrogênio puro (PH2), oxigênio de alta pureza (PO2) e alguns gases especiais são gases inflamáveis, explosivos, propícios à combustão ou tóxicos. Se o sistema de gasoduto for projetado incorretamente ou os materiais forem selecionados incorretamente, não apenas a pureza do gás utilizado no ponto de gás diminuirá, como também falhará. Ele atende aos requisitos do processo, mas é inseguro de usar e causará poluição na fábrica limpa, afetando a segurança e a limpeza da fábrica limpa.
A garantia da qualidade do gás de alta pureza no ponto de consumo não depende apenas da precisão da produção de gás, dos equipamentos de purificação e dos filtros, mas também é amplamente afetada por diversos fatores no sistema de gasodutos. Se dependermos apenas de equipamentos de produção de gás, equipamentos de purificação e filtros, é simplesmente incorreto impor requisitos de precisão infinitamente mais altos para compensar o projeto inadequado do sistema de gasodutos ou a seleção inadequada de materiais.
Durante o processo de projeto do projeto 909, seguimos o "Código para Projeto de Plantas Limpas" GBJ73-84 (a norma atual é (GB50073-2001)), o "Código para Projeto de Estações de Ar Comprimido" GBJ29-90, o "Código para Projeto de Estações de Oxigênio" GB50030-91, o "Código para Projeto de Estações de Hidrogênio e Oxigênio" GB50177-93 e as medidas técnicas relevantes para a seleção de materiais e acessórios para tubulações. O "Código para Projeto de Plantas Limpas" estipula a seleção de materiais e válvulas para tubulações da seguinte forma:
(1) Se a pureza do gás for maior ou igual a 99,999% e o ponto de orvalho for inferior a -76 °C, deve-se utilizar tubo de aço inoxidável de baixo carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) com parede interna eletropolida ou tubo de aço inoxidável OCr18Ni9 (304) com parede interna eletropolida. A válvula deve ser de diafragma ou de fole.
(2) Se a pureza do gás for maior ou igual a 99,99% e o ponto de orvalho for inferior a -60 °C, deve-se utilizar tubo de aço inoxidável OCr18Ni9 (304) com parede interna eletropolida. Com exceção das válvulas de fole, que devem ser utilizadas em gasodutos combustíveis, as válvulas de esfera devem ser utilizadas em outros gasodutos.
(3) Se o ponto de orvalho do ar comprimido seco for inferior a -70 °C, deve-se utilizar tubo de aço inoxidável OCr18Ni9 (304) com parede interna polida. Se o ponto de orvalho for inferior a -40 °C, deve-se utilizar tubo de aço inoxidável OCr18Ni9 (304) ou tubo de aço sem costura galvanizado a quente. A válvula deve ser do tipo fole ou esfera.
(4) O material da válvula deve ser compatível com o material do tubo de conexão.
De acordo com os requisitos das especificações e medidas técnicas relevantes, consideramos principalmente os seguintes aspectos ao selecionar materiais de tubulação:
(1) A permeabilidade ao ar dos materiais dos tubos deve ser pequena. Tubos de diferentes materiais têm permeabilidade ao ar diferente. Se forem selecionados tubos com maior permeabilidade ao ar, a poluição não poderá ser removida. Tubos de aço inoxidável e tubos de cobre são melhores na prevenção da penetração e corrosão do oxigênio atmosférico. No entanto, como os tubos de aço inoxidável são menos ativos do que os tubos de cobre, os tubos de cobre são mais ativos em permitir que a umidade atmosférica penetre em suas superfícies internas. Portanto, ao selecionar tubos para gasodutos de alta pureza, os tubos de aço inoxidável devem ser a primeira escolha.
(2) A superfície interna do material do tubo é adsorvida, o que tem um pequeno efeito na análise do gás. Após o processamento do tubo de aço inoxidável, uma certa quantidade de gás permanece retida em sua estrutura metálica. Quando o gás de alta pureza passa por ele, essa parte do gás entra no fluxo de ar e causa poluição. Ao mesmo tempo, devido à adsorção e à análise, o metal na superfície interna do tubo também produz uma certa quantidade de pó, causando poluição ao gás de alta pureza. Para sistemas de tubulação com pureza acima de 99,999% ou nível ppb, deve-se utilizar tubo de aço inoxidável de baixo carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L).
(3) A resistência ao desgaste dos tubos de aço inoxidável é superior à dos tubos de cobre, e a poeira metálica gerada pela erosão do fluxo de ar é relativamente menor. Oficinas de produção com requisitos mais elevados de limpeza podem utilizar tubos de aço inoxidável de baixo carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) ou tubos de aço inoxidável OCr18Ni9 (304), não sendo permitido o uso de tubos de cobre.
(4) Para sistemas de tubulação com pureza de gás acima de 99,999% ou níveis de ppb ou ppt, ou em salas limpas com níveis de limpeza do ar de N1-N6 especificados no “Código de Projeto de Fábrica Limpa”, tubos ultralimpos ouTubos EP ultralimposDeve ser utilizado um tubo limpo, “limpo e com superfície interna ultralisa”.
(5) Alguns dos sistemas especiais de gasodutos utilizados no processo de produção são gases altamente corrosivos. As tubulações desses sistemas devem utilizar tubos de aço inoxidável resistentes à corrosão. Caso contrário, os tubos serão danificados pela corrosão. Caso ocorram pontos de corrosão na superfície, não devem ser utilizados tubos de aço sem costura comuns ou tubos de aço galvanizado soldado.
(6) Em princípio, todas as conexões de gasodutos devem ser soldadas. Como a soldagem de tubos de aço galvanizado destrói a camada galvanizada, tubos de aço galvanizado não são utilizados em salas limpas.
Levando em consideração os fatores acima, os tubos e válvulas do gasoduto selecionados no projeto &7& são os seguintes:
Os tubos do sistema de nitrogênio de alta pureza (PN2) são feitos de tubos de aço inoxidável de baixo carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) com paredes internas eletropolidas, e as válvulas são feitas de válvulas de fole de aço inoxidável do mesmo material.
Os tubos do sistema de nitrogênio (N2) são feitos de tubos de aço inoxidável de baixo carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) com paredes internas eletropolidas, e as válvulas são feitas de válvulas de fole de aço inoxidável do mesmo material.
Os tubos do sistema de hidrogênio de alta pureza (PH2) são feitos de tubos de aço inoxidável de baixo carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) com paredes internas eletropolidas, e as válvulas são feitas de válvulas de fole de aço inoxidável do mesmo material.
Os tubos do sistema de oxigênio de alta pureza (PO2) são feitos de tubos de aço inoxidável de baixo carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) com paredes internas eletropolidas, e as válvulas são feitas de válvulas de fole de aço inoxidável do mesmo material.
Os tubos do sistema de argônio (Ar) são feitos de tubos de aço inoxidável de baixo carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) com paredes internas eletropolidas, e são utilizadas válvulas de fole de aço inoxidável do mesmo material.
Os tubos do sistema de hélio (He) são feitos de tubos de aço inoxidável de baixo carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) com paredes internas eletropolidas, e as válvulas são feitas de válvulas de fole de aço inoxidável do mesmo material.
Os tubos do sistema de ar comprimido limpo e seco (CDA) são feitos de tubos de aço inoxidável OCr18Ni9 (304) com paredes internas polidas, e as válvulas são feitas de válvulas de fole de aço inoxidável do mesmo material.
Os tubos do sistema de ar comprimido respirável (BA) são feitos de tubos de aço inoxidável OCr18Ni9 (304) com paredes internas polidas, e as válvulas são feitas de válvulas de esfera de aço inoxidável do mesmo material.
Os tubos do sistema de vácuo do processo (PV) são feitos de tubos UPVC, e as válvulas são feitas de válvulas borboleta de vácuo feitas do mesmo material.
Os tubos do sistema de limpeza a vácuo (HV) são feitos de tubos UPVC, e as válvulas são feitas de válvulas borboleta de vácuo feitas do mesmo material.
Os tubos do sistema de gás especial são todos feitos de tubos de aço inoxidável de baixo carbono 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) com paredes internas eletropolidas, e as válvulas são feitas de válvulas de fole de aço inoxidável do mesmo material.
3 Construção e instalação de dutos
3.1 A Seção 8.3 do “Código de Projeto de Edifícios de Fábricas Limpas” estipula as seguintes disposições para conexões de dutos:
(1) As conexões dos tubos devem ser soldadas, mas os tubos de aço galvanizado a quente devem ser rosqueados. O material de vedação das conexões rosqueadas deve estar em conformidade com os requisitos do Artigo 8.3.3 desta especificação.
(2) Os tubos de aço inoxidável devem ser conectados por soldagem a arco de argônio e soldagem de topo ou soldagem de soquete, mas os gasodutos de alta pureza devem ser conectados por soldagem de topo sem marcas na parede interna.
(3) A conexão entre as tubulações e os equipamentos deve estar em conformidade com os requisitos de conexão do equipamento. Ao usar conexões de mangueira, mangueiras de metal devem ser usadas
(4) A ligação entre tubagens e válvulas deverá obedecer às seguintes normas:
① O material de vedação que conecta gasodutos e válvulas de alta pureza deve usar juntas metálicas ou virolas duplas de acordo com os requisitos do processo de produção e as características do gás.
②O material de vedação na conexão roscada ou flangeada deve ser politetrafluoroetileno.
3.2 De acordo com os requisitos das especificações e medidas técnicas relevantes, a conexão de gasodutos de alta pureza deve ser soldada o máximo possível. A soldagem de topo direta deve ser evitada durante a soldagem. Mangas de tubo ou juntas acabadas devem ser usadas. As mangas de tubo devem ser feitas do mesmo material e com a mesma lisura da superfície interna dos tubos. Durante a soldagem, para evitar a oxidação da peça soldada, gás de proteção puro deve ser introduzido no tubo de soldagem. Para tubos de aço inoxidável, a soldagem a arco de argônio deve ser usada, e gás argônio da mesma pureza deve ser introduzido no tubo. Conexão roscada ou conexão roscada deve ser usada. Ao conectar flanges, devem ser usadas terminais tubulares para conexões roscadas. Com exceção de tubos de oxigênio e hidrogênio, que devem usar juntas metálicas, outros tubos devem usar juntas de politetrafluoretileno. A aplicação de uma pequena quantidade de borracha de silicone nas juntas também será eficaz. Melhore o efeito de vedação. Medidas semelhantes devem ser tomadas ao fazer conexões de flange.
Antes de iniciar os trabalhos de instalação, é necessária uma inspeção visual detalhada dos tubos,acessórios, válvulas, etc. devem ser realizadas. A parede interna de tubos comuns de aço inoxidável deve ser decapada antes da instalação. Os tubos, conexões, válvulas, etc. de tubulações de oxigênio devem ser estritamente proibidos de óleo e devem ser rigorosamente desengordurados de acordo com os requisitos relevantes antes da instalação.
Antes da instalação e entrada em operação do sistema, o sistema de tubulação de transmissão e distribuição deve ser completamente purgado com o gás de alta pureza fornecido. Isso não apenas remove as partículas de poeira que caíram acidentalmente no sistema durante o processo de instalação, mas também desempenha um papel de secagem no sistema de tubulação, removendo parte do gás úmido absorvido pela parede da tubulação e até mesmo pelo material da tubulação.
4. Teste de pressão e aceitação do gasoduto
(1) Após a instalação do sistema, deve ser realizada uma inspeção radiográfica completa das tubulações que transportam fluidos altamente tóxicos em gasodutos especiais, e sua qualidade não deve ser inferior ao Nível II. As demais tubulações devem ser submetidas à inspeção radiográfica por amostragem, e a taxa de inspeção por amostragem não deve ser inferior a 5%, e a qualidade não deve ser inferior ao Nível III.
(2) Após passar na inspeção não destrutiva, um teste de pressão deve ser realizado. Para garantir a secura e a limpeza do sistema de tubulação, um teste de pressão hidráulica não deve ser realizado, mas um teste de pressão pneumática deve ser usado. O teste de pressão de ar deve ser realizado usando nitrogênio ou ar comprimido que corresponda ao nível de limpeza da sala limpa. A pressão de teste da tubulação deve ser 1,15 vezes a pressão de projeto, e a pressão de teste da tubulação de vácuo deve ser 0,2 MPa. Durante o teste, a pressão deve ser aumentada gradual e lentamente. Quando a pressão subir para 50% da pressão de teste, se nenhuma anormalidade ou vazamento for encontrado, continue a aumentar a pressão passo a passo em 10% da pressão de teste e estabilize a pressão por 3 minutos em cada nível até a pressão de teste. Estabilize a pressão por 10 minutos e, em seguida, reduza a pressão para a pressão de projeto. O tempo de parada da pressão deve ser determinado de acordo com as necessidades de detecção de vazamentos. O agente espumante é qualificado se não houver vazamento.
(3) Após o sistema de vácuo passar no teste de pressão, ele também deve realizar um teste de grau de vácuo de 24 horas de acordo com os documentos de projeto, e a taxa de pressurização não deve ser maior que 5%.
(4) Teste de vazamento. Para sistemas de tubulação de grau ppb e ppt, de acordo com as especificações relevantes, nenhum vazamento deve ser considerado qualificado, mas o teste de quantidade de vazamento é utilizado durante o projeto, ou seja, o teste de quantidade de vazamento é realizado após o teste de estanqueidade. A pressão é a pressão de trabalho e a pressão é interrompida por 24 horas. O vazamento médio por hora é menor ou igual a 50 ppm, conforme qualificado. O cálculo do vazamento é o seguinte:
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
Na fórmula:
Vazamento por hora (%)
P1-Pressão absoluta no início do teste (Pa)
P2-Pressão absoluta no final do ensaio (Pa)
T1-temperatura absoluta no início do ensaio (K)
T2-temperatura absoluta no final do ensaio (K)
Data de publicação: 12/12/2023