In a fabricazione di semiconduttori, i sistemi di distribuzione criogenica sò tenuti à fà più chè solu trasferisce azotu liquidu o argon da un puntu à l'altru. U fluidu deve rimanere stabile, pulitu è ​​monofase finu à u puntu d'usu. Ancu piccule quantità di ingressu di calore ponu generà gas flash, fluttuazioni di pressione o contaminazione da umidità chì affettanu a stabilità di u prucessu.

Hè per quessaTubu insulatu à u vacuumI sistemi sò cumunamente usati in fabbriche di semiconduttori invece di tubazioni cunvinziunali insulate in schiuma. Quandu sò cumminati cù una gestione currettaSistema di pompa à vuoto dinamica, a perdita di calore generale pò stà sottu à 3 W/m mantenendu a stabilità di u vacuum à longu andà in tutta a linea di trasferimentu.

Per l'applicazioni di semiconduttori, l'insulazione à u vacuum ùn deve esse vista cum'è un stratu passivu intornu à u tubu. Hè un sistema termicu attivu chì richiede prestazioni di vacuum misurabili è manutenibilità à longu andà. In ambienti di fabricazione di chip d'alta precisione, ancu un ligeru aumentu di a temperatura di saturazione di u fluidu pò purtà à cundizioni di flussu à duie fasi chì interferiscenu cù i circuiti di raffreddamentu, i sistemi di purificazione o l'apparecchiature di cuntrollu di prucessu.

Perchè a perdita di calore hè impurtante in i sistemi criogenichi di semiconduttori

Ogni linea di trasferimentu criogenicu hè affettata da trè forme principali di trasferimentu di calore:

• radiazione à traversu u spaziu anulare
• conduzione gassosa causata da molecule residuali
• conduzione solida attraversu supporti è distanziatori

In un cuncepimentu adattatuTubu insulatu à u vacuum, a pressione anulare hè tipicamente ridutta sottu à 1 × 10⁻⁴ Pa. À quellu livellu di vacuum, e molecule di gas restanti anu un percorsu liberu mediu significativamente più grande di u spaziu anulare, ciò chì riduce assai a conduzione di u calore gassosu.

U trasferimentu di calore radiativu hè cuntrullatu cù un isolamentu multistratu (MLI). L'isolamentu hè custituitu da strati alternati di foglia riflettente è materiale distanziatore à bassa conduttività. Cù a densità di stratu è u metudu d'installazione curretti, u flussu di calore radiativu pò esse riduttu à solu uni pochi di watt per metru quadru.

U percorsu termicu restante vene principalmente da supporti meccanichi. Per minimizà questu effettu, si utilizanu tipicamente materiali à bassa conducibilità cum'è a fibra di vetru G-10 o u Torlon®. Quessi supporti anu sempre bisognu di una resistenza meccanica sufficiente per tollerà a cuntrazione termica, e vibrazioni è u caricu sismicu durante u funziunamentu.

Nantu à longhe distanze di trasferimentu, a differenza trà l'insulazione à vuoto è l'insulazione in schiuma diventa assai evidente. Un sistema di vuoto ben mantenutu pò mantene prestazioni termiche stabili per parechji anni, mentre chì l'insulazione in schiuma assorbe gradualmente l'umidità da l'atmosfera. Una volta chì l'umidità entra in a struttura di l'insulazione è si congela, l'efficienza termica di solitu diminuisce cù u tempu.

In i sistemi pratichi di distribuzione di LN₂ à semiconduttori,tubazioni isolate à u vuotupò riduce significativamente l'ebollizione paragunata à e linee tradiziunali isolate in schiuma, in particulare nantu à longhe corse all'apertu o collettori principali in funziunamentu continuu.

Sistema di pompa à vuoto dinamica

Un prublema cù e giacche di vuoto statiche hè chì a qualità di u vuoto pò deteriorassi lentamente cù l'anni per via di u degassamentu, a permeazione di l'eliu o e perdite microscopiche.

Per risolve questu prublema, un grande diametruTubu insulatu à u vacuumi sistemi ponu esse dotati di unSistema di pompa à vuoto dinamicaU sistema include nurmalmente un dispositivu compactu di pompa turbomoleculare o di spirale chì restaura periodicamente u vacuum anulare à a so cundizione di cuncepimentu originale.

I livelli di vacuum sò monitorati continuamente cù manometri à catodu fretu. A pompa s'attiva solu quandu a pressione aumenta oltre u puntu di riferimentu previstu, dunque u cunsumu energeticu è i requisiti di manutenzione restanu relativamente bassi.

In un prughjettu di migliurazione di l'installazione di semiconduttori in Hsinchu, Taiwan, un sistema di pompaggio à vuoto gestito attivamente hà permessu à un intestatore di trasferimentu LN₂ invechjatu di recuperà e prestazioni termiche vicinu à a so cundizione operativa originale senza chjude a linea di pruduzzione. Per i novi prughjetti, a manutenzione attiva di u vuoto dà ancu à l'operatori una maggiore fiducia in a stabilità di l'isolamentu à longu andà per tutta a vita di serviziu di u sistema.

Materiali è Cuncepimentu di Sistemi

Per l'applicazioni di semiconduttori è di purezza ultra-alta, u tubu di prucessu internu hè tipicamente fabbricatu in acciaio inox 304L o 316L. E superfici interne sò pulite, purgate è passivate per risponde à i requisiti di serviziu di pulizia à l'ossigenu è minimizà u risicu di contaminazione.

A guaina esterna pò aduprà acciaio à u carbone pittatu o acciaio inox secondu l'ambiente d'installazione. In e zone adiacenti à e camere bianche, e guaine esterne in acciaio inox sò spessu preferite per evità a corrosione o a contaminazione di a superficia.

A cuntrazione termica deve ancu esse cunsiderata attentamente. Una linea di trasferimentu LN₂ pò cuntrae circa 2,5-3 mm per metru trà a temperatura ambiente è a temperatura di funziunamentu. Per assorbe stu muvimentu, i compensatori di espansione di tipu soffietto sò generalmente installati in punti di ancoraggio calculati in tutta a rete di tubazioni.

Quandu hè necessariu muvimentu o flessibilità,Tubu flessibile insulatu à u vacuumL'assemblaggi sò cumunamente usati. I lochi tipici includenu cunnessione di serbatoi, cunnessione di apparecchiature, ramificazioni di collettori è skid di prucessu mobili.

Questi tubi flessibili utilizanu un core internu ondulatu inseme cù una giacca di vuoto è una struttura MLI simile à u tubu di vuoto rigidu. L'assemblaggi currettamente cuncepiti ponu mantene l'integrità di u vuoto dopu à ripetuti cicli termichi criogenici, impedendu ancu a furmazione di ghiaccio esternu chì hè cumuna nantu à i tubi intrecciati micca isolati.

Valvole isolate à u vacuumèSeparatori di Fase

A gestione di e perdite di calore ùn hè micca limitata à e sezioni di tubi dritti. Valvole èseparatori di faseghjocanu ancu un rollu maiò in u mantenimentu di cundizioni di flussu criogenicu stabili.

A Valvula isolata à u vacuumnurmalmente usa un cappellu allungatu è un corpu rivestitu di vuoto per mantene e zone di tenuta critiche luntanu da temperature estremamente basse. Questu aiuta à prevene u congelamentu intornu à a guarnizione di u stelu è riduce a cundensazione indesiderata in a struttura di a valvula.

Senza isolamentu à u vacuum, e valvole ponu diventà punti di perdita di calore cuncintrati in u sistema. In u serviziu criogenicu liquidu, questu pò generà sacchetti di vapore lucalizati, cundizioni di flussu instabili o eventi di colpi d'ariete.

Per i sistemi di prucessu di semiconduttori, e valvole à globu à bonnet allargatu è e valvole à sfera à entrata superiore sò cumunemente aduprate in cunfurmità cù i requisiti ASME B31.3 è EN 13480.

A Separatore di Fase Isolatu à Vuotuhè adupratu per caccià u gasu flash prima chì u liquidu entre in l'apparecchiatura sensibile à valle. In l'applicazioni di semiconduttori, u flussu bifasicu instabile pò creà sbalzi di pressione abbastanza grandi per attivà allarmi di prucessu o interblocchi di l'apparecchiatura.

A maiò parte di i disinni di separatori utilizanu un'entrata tangenziale inseme cù una struttura di demister interna per migliurà l'efficienza di separazione vapore-liquidu. In parechji prughjetti, u separatore hè cumminatu cù un Mini Tank installatu vicinu à u pianu di u prucessu. U mini tank agisce cum'è un vulume buffer lucale chì aiuta à stabilizà e fluttuazioni di a dumanda à cortu termine senza introduce un caricu termicu supplementu significativu.

Esempiu di prughjettu di semiconduttori

Un prughjettu d'espansione di l'installazione DRAM in Corea di u Sud hà necessitatu una nova rete di distribuzione LN₂ chì serve apparecchiature di prova raffreddate à immersione è strumenti di trasfurmazione di wafer.

L'installazione hà inclusu circa 180 metri di tubi rigidi isolati à u vuoto cunnessi à parechje ramificazioni di strumenti per mezu di gruppi di tubi flessibili isolati à u vuoto. Un separatore di fasi isolatu à u vuoto è un mini serbatoiu di 2 m³ sò stati installati vicinu à a zona di almacenamentu in massa.

U Sistema di Pompa à Vuoto Dinamica hà mantinutu a pressione anulare sottu à 5 × 10⁻⁶ mbar nantu à e principali linee di trasferimentu di 6 pollici.

Durante a messa in serviziu, a perdita di calore misurata nantu à u cullettore primariu era in media di circa 1,3 W/m in cundizioni di funziunamentu stabili. Dopu un annu di serviziu cuntinuu, i cicli periodichi di ricuperazione di u vacuum anu mantenutu e prestazioni di l'isolamentu vicine à a cundizione di basa originale.

In paragone cù u cuncettu precedente d'isolamentu in schiuma, l'installazione hà signalatu perdite d'azotu liquidu notevolmente più basse è una migliore stabilità operativa. I registri di prucessu ùn anu ancu mostratu alcun avvenimentu di contaminazione ligatu à l'umidità assuciatu à a degradazione di l'isolamentu.

Applicazioni

I sistemi di trasferimentu criogenicu insulati à u vacuum sò largamente usati in a fabricazione di semiconduttori, l'infrastrutture GNL, a distribuzione di gas industriale è l'applicazioni di idrogenu liquidu.

Ancu s'è l'ambienti operativi sò diffirenti, l'ughjettivu di l'ingegneria ferma u listessu:

• mantene a stabilità di u vacuum
• minimizà l'ingressu di calore
• priservà a stabilità di fase durante tuttu u prucessu di trasferimentu

A cuncepzione di u sistema seguita nurmalmente e norme internaziunali cum'è ASME B31.3, EN 13480 è ISO 21029 secondu a portata di u prugettu è i requisiti regiunali.

Per l'installazioni di semiconduttori, e prestazioni di u sistema di distribuzione criogenica affettanu direttamente l'efficienza operativa, u cunsumu di liquidu è l'affidabilità di u prucessu à longu andà. Per via di questu, e tubazioni, e valvole, i separatori è i sistemi di mantenimentu di u vacuum devenu esse cuncipiti cum'è un sistema termicu integratu piuttostu chè cum'è cumpunenti indipendenti.

At HL Cryogenics, travagliemu cù cuntrattisti EPC, cumpagnie di gasu è installazioni di semiconduttori per sviluppà suluzioni di trasferimentu criogenicu basate nantu à e cundizioni operative reali, obiettivi di carica termica è requisiti d'installazione piuttostu chè nantu à cunfigurazioni standard di u catalogu.

Sè vo pianificate un novu prughjettu di fabbricazione di semiconduttori o l'aghjurnamentu di una rete di distribuzione LN₂ esistente, a nostra squadra d'ingegneria pò aiutà à valutà e prestazioni di perdita di calore, a strategia di vacuum è a cunfigurazione di u sistema per un funziunamentu à longu andà.