Проект 909 «Завод сверхбольших интегральных схем» — это крупный строительный проект электронной промышленности моей страны в рамках девятой пятилетки по производству чипов с шириной линии 0,18 мкм и диаметром 200 мм.
Технология производства сверхбольших интегральных схем подразумевает не только применение высокоточных технологий, таких как микрообработка, но и предъявляет высокие требования к чистоте газа.
Поставки газа по проекту 909 осуществляются совместным предприятием Praxair Utility Gas Co., Ltd. из США и соответствующими сторонами в Шанхае для совместного создания завода по производству газа. Завод по производству газа находится рядом со зданием завода проекта 909 и занимает площадь около 15 000 квадратных метров. Требования к чистоте и выходу различных газов
Высокочистый азот (PN2), азот (N2) и высокочистый кислород (PO2) производятся методом разделения воздуха. Высокочистый водород (PH2) производятся методом электролиза. Аргон (Ar) и гелий (He) закупаются на аутсорсинге. Квазигаз очищается и фильтруется для использования в проекте 909. Специальный газ поставляется в баллонах, а газовый баллонный шкаф находится во вспомогательном цехе завода по производству интегральных схем.
Другие газы также включают в себя систему чистого сухого сжатого воздуха CDA с объемом использования 4185 м3/ч, точкой росы под давлением -70 °C и размером частиц не более 0,01 мкм в газе в точке использования. Система сжатого воздуха для дыхания (BA), объем использования 90 м3/ч, точкой росы под давлением 2 ℃, размер частиц в газе в точке использования не более 0,3 мкм, система технологического вакуума (PV), объем использования 582 м3/ч, степень вакуума в точке использования -79993 Па. Система очистного вакуума (HV), объем использования 1440 м3/ч, степень вакуума в точке использования -59995 Па. Помещение воздушного компрессора и помещение вакуумного насоса расположены на территории завода проекта 909.
Выбор материалов труб и аксессуаров
Газ, используемый в производстве СБИС, имеет чрезвычайно высокие требования к чистоте.Трубопроводы высокочистого газаобычно используются в чистых производственных средах, и их контроль чистоты должен соответствовать или превышать уровень чистоты используемого пространства! Кроме того, в чистых производственных средах часто используются газопроводы высокой чистоты. Чистый водород (PH2), кислород высокой чистоты (PO2) и некоторые специальные газы являются горючими, взрывоопасными, поддерживающими горение или токсичными газами. Если система газопроводов неправильно спроектирована или материалы неправильно выбраны, не только снизится чистота газа, используемого в газовой точке, но и он выйдет из строя. Он соответствует технологическим требованиям, но его небезопасно использовать, и он загрязнит чистую фабрику, влияя на безопасность и чистоту чистой фабрики.
Гарантия качества высокочистого газа в точке использования зависит не только от точности газодобычи, очистного оборудования и фильтров, но и в значительной степени зависит от многих факторов в системе трубопроводов. Если мы полагаемся на газодобычу, очистное оборудование и фильтры, то просто неправильно предъявлять бесконечно высокие требования к точности для компенсации неправильной конструкции газопроводной системы или выбора материала.
В процессе проектирования проекта 909 мы следовали «Кодексу по проектированию чистых установок» GBJ73-84 (действующий стандарт — (GB50073-2001)), «Кодексу по проектированию станций сжатого воздуха» GBJ29-90, «Кодексу по проектированию кислородных станций» GB50030-91, «Кодексу по проектированию водородных и кислородных станций» GB50177-93 и соответствующим техническим мерам по выбору материалов трубопроводов и аксессуаров. «Кодекс по проектированию чистых установок» предусматривает выбор материалов трубопроводов и клапанов следующим образом:
(1) Если чистота газа больше или равна 99,999%, а точка росы ниже -76°C, следует использовать трубу из низкоуглеродистой нержавеющей стали 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) с электрополированной внутренней стенкой или трубу из нержавеющей стали OCr18Ni9 (304) с электрополированной внутренней стенкой. Клапан должен быть мембранным или сильфонным.
(2) Если чистота газа больше или равна 99,99%, а точка росы ниже -60°C, следует использовать трубу из нержавеющей стали OCr18Ni9 (304) с электрополированной внутренней стенкой. За исключением сильфонных клапанов, которые следует использовать для трубопроводов горючего газа, для других газопроводов следует использовать шаровые краны.
(3) Если точка росы сухого сжатого воздуха ниже -70°C, следует использовать трубу из нержавеющей стали OCr18Ni9 (304) с полированной внутренней стенкой. Если точка росы ниже -40℃, следует использовать трубу из нержавеющей стали OCr18Ni9 (304) или бесшовную стальную трубу с горячим цинкованием. Клапан должен быть сильфонным или шаровым.
(4) Материал клапана должен быть совместим с материалом соединительной трубы.
В соответствии с требованиями технических условий и соответствующими техническими мерами при выборе материалов трубопроводов мы в первую очередь учитываем следующие аспекты:
(1) Воздухопроницаемость материалов труб должна быть небольшой. Трубы из разных материалов имеют разную воздухопроницаемость. Если выбрать трубы с большей воздухопроницаемостью, загрязнение не может быть удалено. Трубы из нержавеющей стали и медные трубы лучше предотвращают проникновение и коррозию кислорода в атмосфере. Однако, поскольку трубы из нержавеющей стали менее активны, чем медные трубы, медные трубы более активны в том, чтобы влага из атмосферы проникала во внутреннюю поверхность. Поэтому при выборе труб для газопроводов высокой чистоты трубы из нержавеющей стали должны быть первым выбором.
(2) Внутренняя поверхность материала трубы адсорбируется и оказывает небольшое влияние на анализ газа. После обработки трубы из нержавеющей стали определенное количество газа будет удерживаться в ее металлической решетке. Когда проходит газ высокой чистоты, эта часть газа попадает в воздушный поток и вызывает загрязнение. В то же время из-за адсорбции и анализа металл на внутренней поверхности трубы также будет производить определенное количество порошка, вызывая загрязнение газа высокой чистоты. Для трубопроводных систем с чистотой выше 99,999% или уровня ppb следует использовать трубу из низкоуглеродистой нержавеющей стали 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L).
(3) Износостойкость труб из нержавеющей стали выше, чем у медных труб, а металлическая пыль, образующаяся при эрозии потоком воздуха, относительно меньше. Производственные цеха с более высокими требованиями к чистоте могут использовать трубы из низкоуглеродистой нержавеющей стали 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) или трубы из нержавеющей стали OCr18Ni9 (304), медные трубы использовать нельзя.
(4) Для систем трубопроводов с чистотой газа выше 99,999% или уровней ppb или ppt, или в чистых помещениях с уровнями чистоты воздуха N1-N6, указанными в «Нормах проектирования чистых предприятий», сверхчистые трубы илиСверхчистые трубы EPследует использовать. Чистая «чистая трубка с ультрагладкой внутренней поверхностью».
(5) Некоторые из специальных систем газопроводов, используемых в процессе производства, являются высококоррозионными газами. Трубы в этих системах трубопроводов должны использовать трубы из нержавеющей стали, устойчивой к коррозии. В противном случае трубы будут повреждены из-за коррозии. Если на поверхности появляются пятна коррозии, нельзя использовать обычные бесшовные стальные трубы или оцинкованные сварные стальные трубы.
(6) В принципе, все соединения газопроводов должны быть сварными. Поскольку сварка оцинкованных стальных труб разрушает оцинкованный слой, оцинкованные стальные трубы не используются для труб в чистых помещениях.
Принимая во внимание вышеизложенные факторы, в проекте &7& выбраны следующие трубы и арматура газопровода:
Трубопроводы системы высокочистого азота (PN2) изготовлены из труб из низкоуглеродистой нержавеющей стали 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) с электрополированными внутренними стенками, а клапаны изготовлены из сильфонных клапанов из нержавеющей стали того же материала.
Трубопроводы системы азота (N2) изготовлены из труб из низкоуглеродистой нержавеющей стали 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) с электрополированными внутренними стенками, а клапаны изготовлены из сильфонных клапанов из нержавеющей стали из того же материала.
Трубопроводы системы получения водорода высокой чистоты (PH2) изготовлены из труб из низкоуглеродистой нержавеющей стали 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) с электрополированными внутренними стенками, а клапаны изготовлены из сильфонных клапанов из нержавеющей стали из того же материала.
Трубопроводы системы подачи кислорода высокой чистоты (PO2) изготовлены из труб из низкоуглеродистой нержавеющей стали 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) с электрополированными внутренними стенками, а клапаны изготовлены из сильфонных клапанов из нержавеющей стали из того же материала.
Трубопроводы системы аргона (Ar) изготавливаются из труб из низкоуглеродистой нержавеющей стали 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) с электрополированными внутренними стенками, а также используются сильфонные клапаны из нержавеющей стали из того же материала.
Трубопроводы гелиевой (He) системы изготовлены из труб из низкоуглеродистой нержавеющей стали 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) с электрополированными внутренними стенками, а клапаны изготовлены из сильфонных клапанов из нержавеющей стали из того же материала.
Трубопроводы системы чистого сухого сжатого воздуха (CDA) изготовлены из труб из нержавеющей стали OCr18Ni9 (304) с полированными внутренними стенками, а клапаны изготовлены из сильфонных клапанов из нержавеющей стали из того же материала.
Трубопроводы системы сжатого воздуха для дыхания (BA) изготовлены из труб из нержавеющей стали OCr18Ni9 (304) с полированными внутренними стенками, а клапаны изготовлены из шаровых кранов из нержавеющей стали того же материала.
Трубы системы технологического вакуума (PV) изготовлены из труб НПВХ, а клапаны — из вакуумных поворотных затворов, изготовленных из того же материала.
Трубы системы вакуумной очистки (HV) изготовлены из труб НПВХ, а клапаны — из вакуумных поворотных затворов, изготовленных из того же материала.
Все трубы специальной газовой системы изготовлены из низкоуглеродистых труб из нержавеющей стали марки 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) с электрополированными внутренними стенками, а клапаны изготовлены из сильфонных клапанов из нержавеющей стали из того же материала.
3 Строительство и монтаж трубопроводов
3.1 Раздел 8.3 «Норм проектирования зданий чистых предприятий» предусматривает следующие положения для трубопроводных соединений:
(1) Соединения труб должны быть сварными, а трубы из горячеоцинкованной стали должны иметь резьбу. Уплотнительный материал резьбовых соединений должен соответствовать требованиям статьи 8.3.3 настоящей спецификации.
(2) Трубы из нержавеющей стали следует соединять аргонодуговой сваркой и стыковой сваркой или муфтовой сваркой, а газопроводы высокой чистоты следует соединять стыковой сваркой без следов на внутренней стенке.
(3) Соединение трубопроводов с оборудованием должно соответствовать требованиям к подключению оборудования. При использовании шланговых соединений следует использовать металлические шланги.
(4) Соединение между трубопроводами и клапанами должно соответствовать следующим нормам:
① В качестве уплотнительного материала, соединяющего трубопроводы и клапаны для газа высокой чистоты, следует использовать металлические прокладки или двойные манжеты в соответствии с требованиями производственного процесса и характеристиками газа.
②Уплотнительный материал резьбового или фланцевого соединения должен быть из политетрафторэтилена.
3.2 Согласно требованиям спецификаций и соответствующим техническим мерам, соединение газопроводов высокой чистоты должно быть максимально сварным. При сварке следует избегать прямой стыковой сварки. Следует использовать муфты труб или готовые соединения. Муфты труб должны быть изготовлены из того же материала и иметь ту же гладкость внутренней поверхности, что и трубы. На уровне, во время сварки, чтобы предотвратить окисление свариваемой части, в сварочную трубу следует вводить чистый защитный газ. Для труб из нержавеющей стали следует использовать аргонодуговую сварку, и в трубу следует вводить аргоновый газ той же чистоты. Необходимо использовать резьбовое соединение или резьбовое соединение. При соединении фланцев для резьбовых соединений следует использовать наконечники. За исключением кислородных и водородных труб, в которых следует использовать металлические прокладки, для других труб следует использовать прокладки из политетрафторэтилена. Нанесение небольшого количества силиконовой резины на прокладки также будет эффективным. Увеличивает эффект уплотнения. Аналогичные меры следует принимать при выполнении фланцевых соединений.
Перед началом монтажных работ необходимо провести детальный визуальный осмотр труб,фитинги, клапаны и т. д. должны быть выполнены. Внутренняя стенка обычных труб из нержавеющей стали должна быть протравлена перед установкой. Трубы, фитинги, клапаны и т. д. кислородных трубопроводов должны быть строго запрещены к использованию с маслом и должны быть строго обезжирены в соответствии с соответствующими требованиями перед установкой.
Перед установкой и вводом в эксплуатацию системы магистральные и распределительные трубопроводы должны быть полностью продуты подаваемым высокочистым газом. Это не только сдувает частицы пыли, случайно попавшие в систему в процессе установки, но и выполняет осушающую функцию в трубопроводной системе, удаляя часть влагосодержащего газа, поглощенного стенкой трубы и даже материалом трубы.
4. Испытание трубопровода под давлением и приемка
(1) После установки системы должен быть проведен 100% радиографический контроль труб, транспортирующих высокотоксичные жидкости в специальных газопроводах, и их качество должно быть не ниже уровня II. Остальные трубы должны подвергаться выборочному радиографическому контролю, причем коэффициент выборочного контроля должен быть не менее 5%, качество должно быть не ниже уровня III.
(2) После прохождения неразрушающего контроля следует провести испытание давлением. Чтобы гарантировать сухость и чистоту трубопроводной системы, нельзя проводить гидравлическое испытание давлением, а следует использовать пневматическое испытание давлением. Испытание давлением воздуха следует проводить с использованием азота или сжатого воздуха, соответствующего уровню чистоты чистого помещения. Испытательное давление трубопровода должно быть в 1,15 раза больше проектного давления, а испытательное давление вакуумного трубопровода должно быть 0,2 МПа. Во время испытания давление следует постепенно и медленно увеличивать. Когда давление поднимется до 50% от испытательного давления, если не обнаружено никаких отклонений или утечек, продолжайте постепенно увеличивать давление на 10% от испытательного давления и стабилизируйте давление в течение 3 минут на каждом уровне до достижения испытательного давления. Стабилизируйте давление в течение 10 минут, затем уменьшите давление до проектного давления. Время остановки давления следует определять в соответствии с потребностями обнаружения утечек. Пенообразователь считается квалифицированным, если нет утечек.
(3) После того, как вакуумная система пройдет испытание под давлением, она также должна пройти 24-часовое испытание на степень вакуума в соответствии с проектной документацией, при этом скорость повышения давления не должна превышать 5%.
(4) Испытание на утечку. Для трубопроводных систем класса ppb и ppt, согласно соответствующим спецификациям, никакая утечка не должна считаться квалифицированной, но испытание на объем утечки используется во время проектирования, то есть испытание на объем утечки проводится после испытания на герметичность. Давление является рабочим давлением, и давление прекращается на 24 часа. Средняя часовая утечка меньше или равна 50 ppm, как квалифицировано. Расчет утечки выглядит следующим образом:
А=(1-P2T1/P1T2)*100/T
В формуле:
Утечка в час (%)
P1-Абсолютное давление в начале испытания (Па)
P2-Абсолютное давление в конце испытания (Па)
T1-абсолютная температура в начале испытания (К)
T2-абсолютная температура в конце испытания (К)
Время публикации: 12 декабря 2023 г.