Կիսահաղորդիչների արտադրության մեջ կրիոգեն բաշխման համակարգերից ակնկալվում է ավելին անել, քան պարզապես հեղուկ ազոտի կամ արգոնի մի կետից մյուսը տեղափոխելը։ Հեղուկը պետք է մնա կայուն, մաքուր և միաֆազ մինչև օգտագործման կետը։ Նույնիսկ ջերմության փոքր քանակությունը կարող է առաջացնել պայթյունային գազ, ճնշման տատանումներ կամ խոնավության աղտոտում, որը ազդում է գործընթացի կայունության վրա։

Ահա թե ինչուՎակուումային մեկուսացված խողովակհամակարգերը սովորաբար օգտագործվում են կիսահաղորդչային գործարաններում՝ ավանդական փրփուրով մեկուսացված խողովակաշարերի փոխարեն։ Երբ համակցվում են պատշաճ կերպով կառավարվող համակարգի հետԴինամիկ վակուումային պոմպային համակարգ, ընդհանուր ջերմային արտահոսքը կարող է մնալ 3 Վտ/մ²-ից ցածր՝ պահպանելով երկարատև վակուումային կայունությունը ամբողջ փոխանցման գծի երկայնքով։

Կիսահաղորդչային կիրառությունների համար վակուումային մեկուսացումը չպետք է դիտարկել որպես խողովակի շուրջ պասիվ շերտ: Այն ակտիվ ջերմային համակարգ է, որը պահանջում է չափելի վակուումային կատարողականություն և երկարաժամկետ սպասարկում: Բարձր ճշգրտությամբ չիպերի արտադրության միջավայրերում նույնիսկ հեղուկի հագեցման ջերմաստիճանի աննշան բարձրացումը կարող է հանգեցնել երկֆազ հոսքի պայմանների, որոնք խանգարում են սառեցման շղթաներին, մաքրման համակարգերին կամ գործընթացի կառավարման սարքավորումներին:

Ինչու է ջերմության արտահոսքը կարևոր կրիոգեն կիսահաղորդչային համակարգերում

Յուրաքանչյուր կրիոգեն փոխանցման գիծ ազդում է ջերմափոխանակման երեք հիմնական ձևերի վրա՝

• ճառագայթում օղակաձև տարածության միջով
• մնացորդային մոլեկուլների կողմից առաջացած գազային հաղորդունակություն
• ամուր հաղորդունակություն հենարանների և միջադիրների միջոցով

Ճիշտ նախագծված վիճակումՎակուումային մեկուսացված խողովակ, օղակաձև ճնշումը սովորաբար նվազում է 1×10⁻⁴ Պա-ից ցածր։ Այդ վակուումային մակարդակում մնացած գազի մոլեկուլներն ունեն միջին ազատ ուղի, որը զգալիորեն մեծ է օղակաձև ճեղքից, ինչը զգալիորեն նվազեցնում է գազային ջերմահաղորդականությունը։

Ճառագայթային ջերմափոխանակումը կարգավորվում է բազմաշերտ մեկուսացման (MLI) միջոցով: Մեկուսացումը բաղկացած է անդրադարձնող փայլաթիթեղի և ցածր հաղորդունակությամբ միջադիր նյութի հերթագայող շերտերից: Ճիշտ շերտերի խտության և տեղադրման մեթոդի դեպքում ճառագայթային ջերմային հոսքը կարող է կրճատվել մինչև ընդամենը մի քանի վատտ մեկ քառակուսի մետրի համար:

Մնացած ջերմային ուղին հիմնականում գալիս է մեխանիկական հենարաններից: Այս ազդեցությունը նվազագույնի հասցնելու համար սովորաբար օգտագործվում են ցածր հաղորդունակությամբ նյութեր, ինչպիսիք են G-10 ապակեթելը կամ Torlon®-ը: Այս հենարանները դեռևս պահանջում են բավարար մեխանիկական ամրություն՝ շահագործման ընթացքում ջերմային կծկումներին, թրթռումներին և սեյսմիկ բեռնվածությանը դիմանալու համար:

Երկար փոխանցման հեռավորությունների դեպքում վակուումային և փրփրային մեկուսացման միջև տարբերությունը դառնում է շատ նկատելի: Լավ պահպանված վակուումային համակարգը կարող է պահպանել կայուն ջերմային կատարողականություն երկար տարիներ, մինչդեռ փրփրային մեկուսացումը աստիճանաբար կլանում է խոնավությունը մթնոլորտից: Երբ խոնավությունը մտնում է մեկուսացման կառուցվածքի մեջ և սառչում, ջերմային արդյունավետությունը սովորաբար ժամանակի ընթացքում նվազում է:

Գործնականում կիսահաղորդչային LN₂ բաշխման համակարգերում,վակուումային մեկուսացված խողովակաշարկարող է զգալիորեն նվազեցնել եռումը ավանդական փրփուրով մեկուսացված գծերի համեմատ, հատկապես երկար բացօթյա աշխատանքների կամ անընդհատ աշխատող գլխավոր հավաքիչների դեպքում։

Դինամիկ վակուումային պոմպային համակարգ

Ստատիկ վակուումային պատյանների հետ կապված խնդիրներից մեկն այն է, որ վակուումի որակը կարող է դանդաղորեն վատթարանալ տարիների ընթացքում՝ գազերի արտանետման, հելիումի թափանցման կամ մանրադիտակային արտահոսքի պատճառով։

Դա լուծելու համար, մեծ տրամագծովՎակուումային մեկուսացված խողովակհամակարգերը կարող են հագեցած լինելԴինամիկ վակուումային պոմպային համակարգՀամակարգը սովորաբար ներառում է կոմպակտ տուրբոմոլեկուլային կամ պտտվող պոմպի կառուցվածք, որը պարբերաբար վերականգնում է օղակաձև վակուումը իր սկզբնական նախագծային վիճակին։

Վակուումի մակարդակը անընդհատ վերահսկվում է սառը կաթոդային չափիչների միջոցով: Պոմպը միանում է միայն այն ժամանակ, երբ ճնշումը բարձրանում է նպատակային սահմանված արժեքից, ուստի էներգիայի սպառումը և սպասարկման պահանջները մնում են համեմատաբար ցածր:

Թայվանի Հսինչու քաղաքում կիսահաղորդչային կայանի արդիականացման մեկ նախագծում ակտիվորեն կառավարվող վակուումային պոմպային համակարգը թույլ տվեց հնացած LN₂ փոխանցման գլխիկին վերականգնել իր սկզբնական աշխատանքային վիճակին մոտ ջերմային կատարողականություն՝ առանց արտադրական գիծը անջատելու: Նոր նախագծերի դեպքում ակտիվ վակուումային պահպանումը նաև օպերատորներին ավելի մեծ վստահություն է տալիս համակարգի ծառայության ողջ ընթացքում երկարատև մեկուսացման կայունության նկատմամբ:

Նյութերի և համակարգի նախագծում

Կիսահաղորդչային և գերբարձր մաքրության կիրառությունների համար ներքին տեխնոլոգիական խողովակը սովորաբար պատրաստվում է 304L կամ 316L չժանգոտվող պողպատից: Ներքին մակերեսները մաքրվում, զտվում և պասիվացվում են՝ թթվածնով մաքրման սպասարկման պահանջները բավարարելու և աղտոտման ռիսկը նվազագույնի հասցնելու համար:

Արտաքին պատյանը կարող է պատրաստված լինել ներկված ածխածնային պողպատից կամ չժանգոտվող պողպատից՝ կախված տեղադրման միջավայրից: Մաքուր սենյակներին հարակից տարածքներում հաճախ նախընտրելի է չժանգոտվող արտաքին պատյաններ՝ կոռոզիայից կամ մակերեսային աղտոտումից խուսափելու համար:

Ջերմային կծկումը նույնպես պետք է ուշադիր հաշվի առնել: LN₂ փոխանցման գիծը կարող է կծկվել մոտավորապես 2.5–3 մմ մեկ մետրի համար՝ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի և աշխատանքային ջերմաստիճանի միջև: Այս շարժումը կլանելու համար խողովակաշարային ցանցի ողջ հաշվարկված խարիսխային տեղերում սովորաբար տեղադրվում են փչովի տիպի ընդարձակման փոխհատուցիչներ:

Երբ շարժում կամ ճկունություն է պահանջվում,Վակուումային մեկուսացված ճկուն խողովակՀաճախ օգտագործվում են հավաքվածքներ։ Տիպիկ տեղանքներից են բաքի միացումները, սարքավորումների միացումները, բազմաբաշխիչ ճյուղերը և շարժական տեխնոլոգիական սահնակները։

Այս ճկուն խողովակները օգտագործում են ալիքավոր ներքին միջուկ՝ վակուումային պատյանի և կոշտ վակուումային խողովակին նման MLI կառուցվածքի հետ միասին: Ճիշտ նախագծված հավաքույթները կարող են պահպանել վակուումային ամբողջականությունը կրկնակի կրիոգեն ջերմային ցիկլավորումից հետո՝ միաժամանակ կանխելով արտաքին սառույցի առաջացումը, որը տարածված է ոչ մեկուսացված հյուսված խողովակների վրա:

Վակուումային մեկուսացված փականներևՓուլային բաժանիչներ

Ջերմության արտահոսքի կառավարումը չի սահմանափակվում միայն խողովակների ուղիղ հատվածներով։ Փականներ ևփուլային բաժանիչներնաև մեծ դեր են խաղում կայուն կրիոգեն հոսքի պայմանների պահպանման գործում։

A Վակուումային մեկուսացված փականՍովորաբար օգտագործում է երկարացված կապոտ և վակուումային պատյանով մարմին՝ կարևորագույն կնքման տարածքները չափազանց ցածր ջերմաստիճաններից հեռու պահելու համար: Սա օգնում է կանխել ցողունի փաթեթավորման շուրջ սառեցումը և նվազեցնում է փականի կառուցվածքի ներսում անցանկալի խտացումը:

Առանց վակուումային մեկուսացման, փականները կարող են դառնալ համակարգի ներսում կենտրոնացված ջերմության արտահոսքի կետեր: Հեղուկային կրիոգեն ծառայության դեպքում սա կարող է առաջացնել տեղայնացված գոլորշու գրպաններ, անկայուն հոսքի պայմաններ կամ ջրային հարվածներ:

Կիսահաղորդչային պրոցեսային համակարգերի համար, ASME B31.3 և EN 13480 պահանջներին համապատասխան, սովորաբար օգտագործվում են երկարացված կափարիչով գնդաձև փականներ և վերևից մուտքով գնդաձև փականներ:

A Վակուումային մեկուսացված փուլային բաժանիչօգտագործվում է ֆլեշ գազը հեռացնելու համար, նախքան հեղուկը կմտնի ներքևի հոսանքի զգայուն սարքավորումներ: Կիսահաղորդչային կիրառություններում անկայուն երկֆազ հոսքը կարող է ստեղծել ճնշման տատանումներ, որոնք բավականաչափ մեծ են գործընթացային ահազանգերի կամ սարքավորումների փոխկապակցման համար:

Գոլորշի-հեղուկ բաժանման արդյունավետությունը բարելավելու համար բաժանարարների մեծ մասի նախագծերում օգտագործվում է տանգենցիալ մուտք՝ ներքին դեմիստերի կառուցվածքի հետ միասին: Շատ նախագծերում բաժանարարը համակցվում է տեխնոլոգիական հատակի մոտ տեղադրված մինի բաքի հետ: Մինի բաքը գործում է որպես տեղական բուֆերային ծավալ, որը օգնում է կայունացնել կարճաժամկետ պահանջարկի տատանումները՝ առանց զգալի լրացուցիչ ջերմային բեռ ներմուծելու:

Կիսահաղորդչային նախագծի օրինակ

Հարավային Կորեայում DRAM օբյեկտի ընդլայնման նախագիծը պահանջում էր LN₂ նոր բաշխման ցանց, որը սպասարկում էր ընկղմմամբ սառեցվող փորձարկման սարքավորումներ և թիթեղների մշակման գործիքներ։

Տեղադրումը ներառում էր մոտավորապես 180 մետր երկարությամբ կոշտ վակուումային մեկուսացված խողովակ, որը միացված էր գործիքների բազմաթիվ ճյուղերի՝ վակուումային մեկուսացված ճկուն խողովակների միջոցով: Մեծածախ պահեստավորման տարածքի մոտ տեղադրվել էին վակուումային մեկուսացված փուլային բաժանիչ և 2 մ³ ծավալով մինի բաք:

Դինամիկ վակուումային պոմպի համակարգը հիմնական 6 դյույմանոց փոխանցման գծերի վրա պահպանում էր օղակաձև ճնշումը 5×10⁻6 մբարից ցածր։

Գործարկման ընթացքում առաջնային հավաքիչի վրա չափված ջերմային արտահոսքը միջինում կազմել է մոտավորապես 1.3 Վտ/մ՝ կայուն շահագործման պայմաններում: Մեկ տարվա անընդմեջ շահագործումից հետո, պարբերական վակուումային վերականգնման ցիկլերը մեկուսացման աշխատանքը պահպանել են սկզբնական բազային վիճակին մոտ:

Նախորդ փրփուրով մեկուսացված կոնցեպտի համեմատ, օբյեկտը գրանցել է հեղուկ ազոտի զգալիորեն ցածր կորուստներ և բարելավված շահագործման կայունություն: Գործընթացի գրանցամատյանները նաև չեն ցույց տվել խոնավության հետ կապված աղտոտման դեպքեր, որոնք կապված են մեկուսացման քայքայման հետ:

Դիմումներ

Վակուումային մեկուսացված կրիոգեն փոխանցման համակարգերը լայնորեն կիրառվում են կիսահաղորդիչների արտադրության, հեղուկացված բնական գազի ենթակառուցվածքների, արդյունաբերական գազի բաշխման և հեղուկ ջրածնի կիրառություններում։

Չնայած գործառնական միջավայրերը տարբեր են, ինժեներական նպատակը մնում է նույնը.

• պահպանել վակուումային կայունությունը
• նվազագույնի հասցնել ջերմության ներթափանցումը
• պահպանել փուլային կայունությունը փոխանցման ողջ գործընթացի ընթացքում

Համակարգի նախագծումը սովորաբար հետևում է միջազգային ստանդարտներին, ինչպիսիք են ASME B31.3-ը, EN 13480-ը և ISO 21029-ը՝ կախված նախագծի շրջանակից և տարածաշրջանային պահանջներից։

Կիսահաղորդչային կայանքների համար կրիոգեն բաշխման համակարգի աշխատանքը անմիջականորեն ազդում է շահագործման արդյունավետության, հեղուկի սպառման և երկարաժամկետ գործընթացի հուսալիության վրա: Այդ պատճառով խողովակաշարերը, փականները, բաժանիչները և վակուումային սպասարկման համակարգերը պետք է նախագծվեն որպես մեկ ինտեգրված ջերմային համակարգ, այլ ոչ թե որպես անկախ բաղադրիչներ:

At HL Cryogenics, մենք համագործակցում ենք EPC կապալառուների, գազի ընկերությունների և կիսահաղորդչային գործարանների հետ՝ մշակելու կրիոգեն փոխանցման լուծումներ, որոնք հիմնված են իրական շահագործման պայմանների, ջերմային բեռի թիրախների և տեղադրման պահանջների վրա, այլ ոչ թե ստանդարտ կատալոգային կոնֆիգուրացիաների վրա։

Եթե ​​դուք պլանավորում եք նոր կիսահաղորդչային գործարանի նախագիծ կամ արդիականացնում եք առկա LN₂ բաշխման ցանցը, մեր ինժեներական թիմը կարող է օգնել գնահատել ջերմության արտահոսքի արդյունավետությունը, վակուումային ռազմավարությունը և համակարգի կոնֆիգուրացիան երկարաժամկետ շահագործման համար։