909-prosjektet for svært storskala integrert kretsfabrikk er et stort byggeprosjekt i mitt lands elektronikkindustri under den niende femårsplanen for å produsere brikker med en linjebredde på 0,18 mikron og en diameter på 200 mm.
Produksjonsteknologien for integrerte kretser i svært stor skala involverer ikke bare høypresisjonsteknologier som mikromaskinering, men stiller også høye krav til gassrenhet.
Bulkgassforsyningen til Prosjekt 909 leveres av et joint venture mellom Praxair Utility Gas Co., Ltd. i USA og relevante parter i Shanghai for å i fellesskap etablere et gassproduksjonsanlegg. Gassproduksjonsanlegget ligger ved siden av fabrikkbygningen til 909-prosjektet og dekker et område på omtrent 15 000 kvadratmeter. Renhets- og produksjonskravene til ulike gasser
Høyrent nitrogen (PN2), nitrogen (N2) og høyrent oksygen (PO2) produseres ved luftseparasjon. Høyrent hydrogen (PH2) produseres ved elektrolyse. Argon (Ar) og helium (He) kjøpes inn fra eksterne leverandører. Kvasigassen renses og filtreres for bruk i prosjekt 909. Spesialgass leveres på flasker, og gassflaskeskapet er plassert i hjelpeverkstedet til produksjonsanlegget for integrerte kretser.
Andre gasser inkluderer også et rent, tørt trykkluft-CDA-system, med et bruksvolum på 4185 m3/t, et trykkduggpunkt på -70 °C og en partikkelstørrelse på ikke mer enn 0,01 µm i gassen ved brukspunktet. Trykkluftsystem for pusting (BA), bruksvolum 90 m3/t, trykkduggpunkt 2 ℃, partikkelstørrelse i gassen ved brukspunktet er ikke større enn 0,3 µm, prosessvakuumsystem (PV), bruksvolum 582 m3/t, vakuumgrad ved brukspunktet -79993 Pa. Rengjøringsvakuumsystem (HV), bruksvolum 1440 m3/t, vakuumgrad ved brukspunktet -59995 Pa. Både luftkompressorrommet og vakuumpumperommet ligger i fabrikkområdet til 909-prosjektet.
Valg av rørmaterialer og tilbehør
Gassen som brukes i VLSI-produksjon har ekstremt høye krav til renhet.Høyrenhetsgassrørledningerbrukes vanligvis i rene produksjonsmiljøer, og renhetskontrollen deres bør være i samsvar med eller høyere enn renhetsnivået i rommet som er i bruk! I tillegg brukes ofte rørledninger med høy renhet i rene produksjonsmiljøer. Rent hydrogen (PH2), oksygen med høy renhet (PO2) og noen spesialgasser er brannfarlige, eksplosive, forbrenningsstøttende eller giftige gasser. Hvis gassrørledningssystemet er feil utformet eller materialene er feil valgt, vil ikke bare renheten til gassen som brukes ved gasspunktet reduseres, men den vil også svikte. Den oppfyller prosesskravene, men den er utryg å bruke og vil forårsake forurensning av den rene fabrikken, noe som påvirker sikkerheten og rensligheten til den rene fabrikken.
Garantien for kvaliteten på høyrent gass på bruksstedet avhenger ikke bare av nøyaktigheten til gassproduksjonen, renseutstyret og filtrene, men påvirkes også i stor grad av mange faktorer i rørledningssystemet. Hvis vi stoler på gassproduksjonsutstyr, renseutstyr og filtre, er det rett og slett feil å stille uendelig høyere presisjonskrav for å kompensere for feil design av gassrørsystemer eller materialvalg.
Under designprosessen for 909-prosjektet fulgte vi «Kode for design av rene anlegg» GBJ73-84 (gjeldende standard er (GB50073-2001)), «Kode for design av trykkluftstasjoner» GBJ29-90, «Kode for design av oksygenstasjoner» GB50030-91, «Kode for design av hydrogen- og oksygenstasjoner» GB50177-93, og relevante tekniske tiltak for valg av rørledningsmaterialer og tilbehør. «Kode for design av rene anlegg» fastsetter valg av rørledningsmaterialer og ventiler som følger:
(1) Hvis gassrenheten er større enn eller lik 99,999 % og duggpunktet er lavere enn -76 °C, bør det brukes et 00Cr17Ni12Mo2Ti lavkarbonrør i rustfritt stål (316L) med elektropolert innervegg eller et OCr18Ni9-rør i rustfritt stål (304) med elektropolert innervegg. Ventilen bør være en membranventil eller en belgventil.
(2) Hvis gassrenheten er større enn eller lik 99,99 % og duggpunktet er lavere enn -60 °C, bør det brukes OCr18Ni9 rustfritt stålrør (304) med elektropolert innervegg. Med unntak av belgventiler som skal brukes til rørledninger for brennbare gasser, bør kuleventiler brukes til andre gassrørledninger.
(3) Hvis duggpunktet for tørr trykkluft er lavere enn -70 °C, bør det brukes OCr18Ni9 rustfritt stålrør (304) med polert innervegg. Hvis duggpunktet er lavere enn -40 ℃, bør det brukes OCr18Ni9 rustfritt stålrør (304) eller varmgalvanisert sømløst stålrør. Ventilen bør være en belgventil eller en kuleventil.
(4) Ventilmaterialet skal være kompatibelt med tilkoblingsrørets materiale.
I henhold til kravene i spesifikasjonene og relevante tekniske tiltak vurderer vi hovedsakelig følgende aspekter når vi velger rørledningsmaterialer:
(1) Luftgjennomtrengeligheten til rørmaterialene bør være liten. Rør av forskjellige materialer har ulik luftgjennomtrengelighet. Hvis man velger rør med større luftgjennomtrengelighet, kan ikke forurensning fjernes. Rør i rustfritt stål og kobberrør er bedre til å forhindre penetrering og korrosjon av oksygen i atmosfæren. Men siden rør i rustfritt stål er mindre aktive enn kobberrør, er kobberrør mer aktive når det gjelder å la fuktighet i atmosfæren trenge inn i deres indre overflater. Derfor bør rør i rustfritt stål være førstevalget når man velger rør til rørledninger med høy renhet av gass.
(2) Den indre overflaten av rørmaterialet adsorberes og har en liten effekt på analysen av gassen. Etter at røret i rustfritt stål er bearbeidet, vil en viss mengde gass bli beholdt i metallgitteret. Når høyrent gass passerer gjennom, vil denne delen av gassen komme inn i luftstrømmen og forårsake forurensning. Samtidig, på grunn av adsorpsjon og analyse, vil metallet på den indre overflaten av røret også produsere en viss mengde pulver, noe som forårsaker forurensning av høyrent gass. For rørsystemer med renhet over 99,999 % eller ppb-nivå, bør 00Cr17Ni12Mo2Ti lavkarbon rustfritt stålrør (316L) brukes.
(3) Slitasjemotstanden til rør i rustfritt stål er bedre enn kobberrør, og metallstøvet som genereres av erosjon fra luftstrømmen er relativt mindre. Produksjonsverksteder med høyere krav til renslighet kan bruke 00Cr17Ni12Mo2Ti lavkarbonrør i rustfritt stål (316L) eller OCr18Ni9 rør i rustfritt stål (304), kobberrør skal ikke brukes.
(4) For rørsystemer med gassrenhet over 99,999 % eller ppb- eller ppt-nivåer, eller i rene rom med luftrenshetsnivåer på N1–N6 spesifisert i «Clean Factory Design Code», ultrarene rør ellerEP ultra-rene rørskal brukes. Rengjør «rent rør med ultraglatt indre overflate».
(5) Noen av de spesielle gassrørledningssystemene som brukes i produksjonsprosessen er svært korrosive gasser. Rørene i disse rørledningssystemene må være laget av korrosjonsbestandige rustfrie stålrør. Ellers vil rørene bli skadet på grunn av korrosjon. Hvis det oppstår korrosjonsflekker på overflaten, skal ikke vanlige sømløse stålrør eller galvaniserte sveisede stålrør brukes.
(6) I prinsippet bør alle gassrørledningsforbindelser sveises. Siden sveising av galvaniserte stålrør vil ødelegge det galvaniserte laget, brukes ikke galvaniserte stålrør til rør i renrom.
Med tanke på faktorene ovenfor er gassrørledningene og ventilene som er valgt i &7&-prosjektet som følger:
Rørene i systemet med høy renhet nitrogen (PN2) er laget av 00Cr17Ni12Mo2Ti lavkarbonrør i rustfritt stål (316L) med elektropolerte innervegger, og ventilene er laget av belgventiler i rustfritt stål av samme materiale.
Nitrogensystemets (N2) rør er laget av 00Cr17Ni12Mo2Ti lavkarbonrør i rustfritt stål (316L) med elektropolerte innervegger, og ventilene er laget av belgventiler i rustfritt stål av samme materiale.
Rørene i systemet med høy renhet av hydrogen (PH2) er laget av 00Cr17Ni12Mo2Ti lavkarbonrør i rustfritt stål (316L) med elektropolerte innervegger, og ventilene er laget av belgventiler i rustfritt stål av samme materiale.
Rørene i systemet med høy renhet av oksygen (PO2) er laget av 00Cr17Ni12Mo2Ti lavkarbonrør i rustfritt stål (316L) med elektropolerte innervegger, og ventilene er laget av belgventiler i rustfritt stål av samme materiale.
Argon (Ar)-systemrør er laget av 00Cr17Ni12Mo2Ti lavkarbonrør i rustfritt stål (316L) med elektropolerte innervegger, og det brukes belgventiler i rustfritt stål av samme materiale.
Helium (He)-systemets rør er laget av 00Cr17Ni12Mo2Ti lavkarbonrør i rustfritt stål (316L) med elektropolerte innervegger, og ventilene er laget av belgventiler i rustfritt stål av samme materiale.
Rørene i det rene, tørre trykkluftsystemet (CDA) er laget av OCr18Ni9-rør i rustfritt stål (304) med polerte innervegger, og ventilene er laget av belgventiler i rustfritt stål av samme materiale.
Rørene til trykkluftsystemet (BA) er laget av OCr18Ni9-rør i rustfritt stål (304) med polerte innervegger, og ventilene er laget av kuleventiler i rustfritt stål av samme materiale.
Rørene i prosessvakuumsystemet (PV) er laget av UPVC-rør, og ventilene er laget av vakuum-spjeldventiler av samme materiale.
Rørene i rengjøringsvakuumsystemet (HV) er laget av UPVC-rør, og ventilene er laget av vakuumspjeldventiler av samme materiale.
Rørene i spesialgassystemet er alle laget av 00Cr17Ni12Mo2Ti lavkarbonrør i rustfritt stål (316L) med elektropolerte innervegger, og ventilene er laget av belgventiler i rustfritt stål av samme materiale.
3 Bygging og installasjon av rørledninger
3.1 Avsnitt 8.3 i «Retningslinjene for design av rene fabrikkbygninger» fastsetter følgende bestemmelser for rørledningstilkoblinger:
(1) Rørforbindelser skal sveises, men varmgalvaniserte stålrør skal gjenges. Tetningsmaterialet til gjengede forbindelser skal oppfylle kravene i artikkel 8.3.3 i denne spesifikasjonen.
(2) Rør i rustfritt stål skal kobles sammen med argonbuesveising og stumpsveising eller muffesveising, men rørledninger for gass med høy renhet skal kobles sammen med stumpsveising uten merker på innerveggen.
(3) Forbindelsen mellom rørledninger og utstyr skal være i samsvar med utstyrets tilkoblingskrav. Ved bruk av slangekoblinger skal metallslanger brukes.
(4) Forbindelsen mellom rørledninger og ventiler skal være i samsvar med følgende forskrifter
① Tetningsmaterialet som forbinder rørledninger og ventiler for gass med høy renhet, bør bruke metallpakninger eller doble hylstre i henhold til kravene til produksjonsprosessen og gassegenskapene.
② Tetningsmaterialet ved gjenge- eller flensforbindelsen skal være polytetrafluoretylen.
3.2 I henhold til kravene i spesifikasjonene og relevante tekniske tiltak, bør tilkoblingen av rørledninger med høy renhet sveises så mye som mulig. Direkte butsveising bør unngås under sveising. Rørhylser eller ferdige skjøter bør brukes. Rørhylsene bør være laget av samme materiale og med samme glatte indre overflate som rørene. I vater, under sveising, for å forhindre oksidasjon av sveisedelen, bør ren beskyttelsesgass innføres i sveiserøret. For rør av rustfritt stål bør argongass brukes, og argongass med samme renhet bør innføres i røret. Gjenget tilkobling eller gjenget tilkobling må brukes. Ved tilkobling av flenser bør det brukes ferruler for gjengede tilkoblinger. Med unntak av oksygenrør og hydrogenrør, som bør bruke metallpakninger, bør andre rør bruke polytetrafluoretylenpakninger. Å påføre en liten mengde silikongummi på pakningene vil også være effektivt. Forbedre tetningseffekten. Lignende tiltak bør tas når flensforbindelser lages.
Før installasjonsarbeidet starter, skal det foretas en grundig visuell inspeksjon av rørene,beslag, ventiler osv. må utføres. Innerveggen på vanlige rør i rustfritt stål bør beises før installasjon. Rør, beslag, ventiler osv. i oksygenrørledninger bør strengt forbys olje, og bør avfettes strengt i henhold til relevante krav før installasjon.
Før systemet installeres og tas i bruk, bør overførings- og distribusjonsrørledningssystemet renses fullstendig med den leverte høyrente gassen. Dette blåser ikke bare bort støvpartiklene som ved et uhell har falt inn i systemet under installasjonsprosessen, men spiller også en tørkende rolle i rørledningssystemet, ved å fjerne deler av den fuktighetsholdige gassen som absorberes av rørveggen og til og med rørmaterialet.
4. Trykktesting og godkjenning av rørledninger
(1) Etter at systemet er installert, skal det utføres 100 % radiografisk inspeksjon av rør som transporterer svært giftige væsker i spesielle gassrørledninger, og kvaliteten skal ikke være lavere enn nivå II. Andre rør skal gjennomgå radiografisk prøvetaking, og prøvetakingsinspeksjonsforholdet skal ikke være mindre enn 5 %, kvaliteten skal ikke være lavere enn grad III.
(2) Etter bestått ikke-destruktiv inspeksjon bør det utføres en trykktest. For å sikre at rørsystemet er tørt og rent, må det ikke utføres en hydraulisk trykktest, men en pneumatisk trykktest bør brukes. Lufttrykkstesten bør utføres med nitrogen eller trykkluft som samsvarer med renhetsnivået i renrommet. Testtrykket i rørledningen bør være 1,15 ganger designtrykket, og testtrykket i vakuumrørledningen bør være 0,2 MPa. Under testen bør trykket økes gradvis og sakte. Når trykket stiger til 50 % av testtrykket, og hvis det ikke oppdages noen unormaliteter eller lekkasjer, fortsett å øke trykket trinnvis med 10 % av testtrykket, og stabiliser trykket i 3 minutter på hvert nivå til testtrykket er nådd. Stabiliser trykket i 10 minutter, og reduser deretter trykket til designtrykket. Trykkstopptiden bør bestemmes i henhold til behovene for lekkasjedeteksjon. Skummende middel er kvalifisert hvis det ikke er noen lekkasje.
(3) Etter at vakuumsystemet har bestått trykktesten, bør det også utføres en 24-timers vakuumgradstest i henhold til designdokumentene, og trykksettingsraten bør ikke være større enn 5 %.
(4) Lekkasjetest. For rørledningssystemer av ppb- og ppt-kvalitet, i henhold til relevante spesifikasjoner, skal ingen lekkasje anses som kvalifisert, men lekkasjemengdetesten brukes under design, det vil si at lekkasjemengdetesten utføres etter lufttetthetstesten. Trykket er arbeidstrykket, og trykket stoppes i 24 timer. Den gjennomsnittlige timelige lekkasjen er mindre enn eller lik 50 ppm som kvalifisert. Beregningen av lekkasjen er som følger:
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
I formelen:
Lekkasje per time (%)
P1 – Absolutt trykk ved starten av testen (Pa)
P2 – Absolutt trykk ved testens slutt (Pa)
T1 – absolutt temperatur ved starten av testen (K)
T2 – absolutt temperatur ved testens slutt (K)
Publisert: 12. desember 2023