Das 909-Projekt „Very Large Scale Integrated Circuit Factory“ ist ein großes Bauprojekt der Elektronikindustrie meines Landes während des Neunten Fünfjahresplans zur Herstellung von Chips mit einer Linienbreite von 0,18 Mikrometern und einem Durchmesser von 200 mm.
Die Herstellungstechnologie sehr großer integrierter Schaltkreise umfasst nicht nur hochpräzise Technologien wie die Mikrobearbeitung, sondern stellt auch hohe Anforderungen an die Gasreinheit.
Die Massengasversorgung für Projekt 909 wird von einem Joint Venture zwischen Praxair Utility Gas Co., Ltd. aus den Vereinigten Staaten und relevanten Parteien in Shanghai bereitgestellt, um gemeinsam eine Gasproduktionsanlage zu errichten. Die Gasproduktionsanlage befindet sich neben der Fabrik des Projekts 909 Gebäude mit einer Fläche von ca. 15.000 Quadratmetern. Die Reinheits- und Leistungsanforderungen verschiedener Gase
Durch Luftzerlegung werden hochreiner Stickstoff (PN2), Stickstoff (N2) und hochreiner Sauerstoff (PO2) erzeugt. Durch Elektrolyse wird hochreiner Wasserstoff (PH2) hergestellt. Argon (Ar) und Helium (He) werden zugekauft. Das Quasigas wird für die Verwendung im Projekt 909 gereinigt und gefiltert. Spezialgas wird in Flaschen geliefert und der Gasflaschenschrank befindet sich in der Nebenwerkstatt der Produktionsanlage für integrierte Schaltkreise.
Zu den anderen Gasen gehört auch das CDA-System mit sauberer, trockener Druckluft mit einem Nutzungsvolumen von 4185 m3/h, einem Drucktaupunkt von -70 °C und einer Partikelgröße von nicht mehr als 0,01 µm im Gas am Verwendungsort. Atemdruckluftsystem (BA), Nutzungsvolumen 90 m3/h, Drucktaupunkt 2℃, Partikelgröße im Gas am Einsatzort ist nicht größer als 0,3 µm, Prozessvakuumsystem (PV), Nutzungsvolumen 582 m3/h, Vakuumgrad am Einsatzort -79993Pa. Reinigungsvakuumsystem (HV), Nutzungsvolumen 1440 m3/h, Vakuumgrad am Nutzungspunkt -59995 Pa. Der Luftkompressorraum und der Vakuumpumpenraum befinden sich beide im Fabrikbereich des Projekts 909.
Auswahl an Rohrmaterialien und Zubehör
Das bei der VLSI-Produktion verwendete Gas stellt extrem hohe Reinheitsanforderungen.Hochreine Gasleitungenwerden normalerweise in sauberen Produktionsumgebungen verwendet und ihre Sauberkeitskontrolle sollte dem Sauberkeitsgrad des genutzten Raums entsprechen oder diesen übertreffen! Darüber hinaus werden in sauberen Produktionsumgebungen häufig hochreine Gasleitungen eingesetzt. Reiner Wasserstoff (PH2), hochreiner Sauerstoff (PO2) und einige Sondergase sind brennbare, explosive, die Verbrennung unterstützende oder giftige Gase. Wenn das Gasleitungssystem falsch ausgelegt oder die Materialien falsch ausgewählt werden, nimmt nicht nur die Reinheit des an der Gasentnahmestelle verwendeten Gases ab, sondern es kommt auch zum Ausfall. Es erfüllt die Prozessanforderungen, ist jedoch nicht sicher in der Anwendung und führt zu einer Verschmutzung der Reinfabrik, wodurch die Sicherheit und Sauberkeit der Reinfabrik beeinträchtigt wird.
Die Gewährleistung der Qualität von hochreinem Gas am Verwendungsort hängt nicht nur von der Genauigkeit der Gasproduktion, der Reinigungsausrüstung und der Filter ab, sondern wird auch in hohem Maße von vielen Faktoren im Rohrleitungssystem beeinflusst. Wenn wir uns auf Gasproduktionsgeräte, Reinigungsgeräte und Filter verlassen, ist es einfach falsch, unendlich höhere Präzisionsanforderungen zu stellen, um eine falsche Konstruktion oder Materialauswahl des Gasleitungssystems auszugleichen.
Während des Designprozesses des 909-Projekts haben wir uns an den „Code for Design of Clean Plants“ GBJ73-84 (der aktuelle Standard ist (GB50073-2001)), den „Code for Design of Compressed Air Stations“ GBJ29-90 und den „Code „Code for Design of Oxygen Stations“ GB50030-91, „Code for Design of Hydrogen and Oxygen Stations“ GB50177-93 und relevante technische Maßnahmen für die Auswahl von Rohrleitungsmaterialien und Zubehör. Der „Code for Design of Clean Plants“ schreibt die Auswahl von Rohrleitungsmaterialien und Ventilen wie folgt vor:
(1) Wenn die Gasreinheit größer oder gleich 99,999 % ist und der Taupunkt niedriger als -76 °C ist, 00Cr17Ni12Mo2Ti kohlenstoffarmes Edelstahlrohr (316L) mit elektropolierter Innenwand oder OCr18Ni9 Edelstahlrohr (304) mit Es sollte eine elektropolierte Innenwand verwendet werden. Das Ventil sollte ein Membranventil oder Balgventil sein.
(2) Wenn die Gasreinheit mindestens 99,99 % beträgt und der Taupunkt unter -60 °C liegt, sollte ein OCr18Ni9-Edelstahlrohr (304) mit elektropolierter Innenwand verwendet werden. Mit Ausnahme von Balgventilen, die für brennbare Gasleitungen verwendet werden sollten, sollten Kugelhähne für andere Gasleitungen verwendet werden.
(3) Wenn der Taupunkt trockener Druckluft unter -70 °C liegt, sollte ein OCr18Ni9-Edelstahlrohr (304) mit polierter Innenwand verwendet werden. Wenn der Taupunkt unter -40 °C liegt, sollten OCr18Ni9-Edelstahlrohre (304) oder feuerverzinkte nahtlose Stahlrohre verwendet werden. Das Ventil sollte ein Faltenbalgventil oder ein Kugelventil sein.
(4) Das Ventilmaterial sollte mit dem Verbindungsrohrmaterial kompatibel sein.
Gemäß den Anforderungen der Spezifikationen und relevanten technischen Maßnahmen berücksichtigen wir bei der Auswahl der Rohrleitungsmaterialien hauptsächlich die folgenden Aspekte:
(1) Die Luftdurchlässigkeit von Rohrmaterialien sollte gering sein. Rohre aus unterschiedlichen Materialien haben eine unterschiedliche Luftdurchlässigkeit. Werden Rohre mit größerer Luftdurchlässigkeit gewählt, können Verschmutzungen nicht beseitigt werden. Edelstahlrohre und Kupferrohre verhindern besser das Eindringen und die Korrosion von Sauerstoff in die Atmosphäre. Da Edelstahlrohre jedoch weniger aktiv sind als Kupferrohre, lassen Kupferrohre die Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aktiver in ihre Innenflächen eindringen. Daher sollten bei der Auswahl von Rohren für hochreine Gasleitungen Edelstahlrohre die erste Wahl sein.
(2) Die Innenoberfläche des Rohrmaterials wird adsorbiert und hat einen geringen Einfluss auf die Analyse des Gases. Nach der Bearbeitung des Edelstahlrohrs bleibt eine bestimmte Menge Gas in seinem Metallgitter zurück. Wenn hochreines Gas durchströmt, gelangt dieser Teil des Gases in den Luftstrom und verursacht Verschmutzung. Gleichzeitig erzeugt das Metall auf der Innenfläche des Rohrs durch Adsorption und Analyse auch eine gewisse Menge Pulver, was zu einer Verschmutzung des hochreinen Gases führt. Für Rohrleitungssysteme mit einer Reinheit über 99,999 % oder einem ppb-Wert sollten 00Cr17Ni12Mo2Ti-Edelstahlrohre mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (316L) verwendet werden.
(3) Die Verschleißfestigkeit von Edelstahlrohren ist besser als die von Kupferrohren und der durch Luftströmungserosion erzeugte Metallstaub ist relativ gering. Produktionswerkstätten mit höheren Anforderungen an die Sauberkeit können 00Cr17Ni12Mo2Ti-Edelstahlrohre mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (316L) oder OCr18Ni9-Edelstahlrohre (304) verwenden. Kupferrohre dürfen nicht verwendet werden.
(4) Für Rohrleitungssysteme mit einer Gasreinheit über 99,999 % oder einem ppb- oder ppt-Wert oder in Reinräumen mit einem Luftreinheitsgrad von N1-N6 gemäß dem „Clean Factory Design Code“ müssen ultrareine Rohre oderEP-Ultra-Clean-Rohreverwendet werden sollte. Sauberes „sauberes Rohr mit ultraglatter Innenoberfläche“.
(5) Bei einigen der im Produktionsprozess verwendeten speziellen Gasleitungssysteme handelt es sich um stark korrosive Gase. Die Rohre in diesen Rohrleitungssystemen müssen als Rohre korrosionsbeständige Edelstahlrohre verwenden. Andernfalls werden die Rohre durch Korrosion beschädigt. Wenn auf der Oberfläche Korrosionsflecken auftreten, dürfen keine gewöhnlichen nahtlosen Stahlrohre oder verzinkten geschweißten Stahlrohre verwendet werden.
(6) Grundsätzlich sollten alle Gasleitungsverbindungen geschweißt werden. Da beim Schweißen von verzinkten Stahlrohren die verzinkte Schicht zerstört wird, werden verzinkte Stahlrohre nicht für Rohre in Reinräumen verwendet.
Unter Berücksichtigung der oben genannten Faktoren wurden im &7&-Projekt folgende Gaspipelinerohre und -ventile ausgewählt:
Die Systemrohre für hochreinen Stickstoff (PN2) bestehen aus 00Cr17Ni12Mo2Ti kohlenstoffarmen Edelstahlrohren (316L) mit elektropolierten Innenwänden, und die Ventile bestehen aus Edelstahl-Faltenbalgventilen aus dem gleichen Material.
Die Rohre des Stickstoffsystems (N2) bestehen aus 00Cr17Ni12Mo2Ti kohlenstoffarmen Edelstahlrohren (316L) mit elektropolierten Innenwänden, und die Ventile bestehen aus Edelstahl-Faltenbalgventilen aus dem gleichen Material.
Die Systemrohre für hochreinen Wasserstoff (PH2) bestehen aus 00Cr17Ni12Mo2Ti kohlenstoffarmen Edelstahlrohren (316L) mit elektropolierten Innenwänden, und die Ventile bestehen aus Edelstahl-Faltenbalgventilen aus dem gleichen Material.
Die Systemrohre für hochreinen Sauerstoff (PO2) bestehen aus 00Cr17Ni12Mo2Ti kohlenstoffarmen Edelstahlrohren (316L) mit elektropolierten Innenwänden, und die Ventile bestehen aus Edelstahl-Faltenbalgventilen aus dem gleichen Material.
Die Rohre des Argon (Ar)-Systems bestehen aus Rohren aus 00Cr17Ni12Mo2Ti kohlenstoffarmem Edelstahl (316L) mit elektropolierten Innenwänden, und es werden Faltenbalgventile aus Edelstahl aus dem gleichen Material verwendet.
Die Helium (He)-Systemrohre bestehen aus 00Cr17Ni12Mo2Ti kohlenstoffarmen Edelstahlrohren (316L) mit elektropolierten Innenwänden, und die Ventile bestehen aus Edelstahl-Faltenbalgventilen aus dem gleichen Material.
Die Rohre des Systems für saubere, trockene Druckluft (CDA) bestehen aus OCr18Ni9-Edelstahlrohren (304) mit polierten Innenwänden, und die Ventile bestehen aus Edelstahl-Faltenbalgventilen aus dem gleichen Material.
Die Rohre des Atemdruckluftsystems (BA) bestehen aus OCr18Ni9-Edelstahlrohren (304) mit polierten Innenwänden, und die Ventile bestehen aus Edelstahl-Kugelhähnen aus dem gleichen Material.
Die Rohre des Prozessvakuumsystems (PV) bestehen aus UPVC-Rohren und die Ventile aus Vakuum-Absperrklappen aus dem gleichen Material.
Die Rohre des Reinigungsvakuumsystems (HV) bestehen aus UPVC-Rohren und die Ventile bestehen aus Vakuumabsperrklappen aus dem gleichen Material.
Die Rohre des Spezialgassystems bestehen alle aus 00Cr17Ni12Mo2Ti kohlenstoffarmen Edelstahlrohren (316L) mit elektropolierten Innenwänden, und die Ventile bestehen aus Edelstahl-Faltenbalgventilen aus dem gleichen Material.
3 Bau und Installation von Rohrleitungen
3.1 Abschnitt 8.3 des „Clean Factory Building Design Code“ schreibt folgende Bestimmungen für Rohrleitungsanschlüsse vor:
(1) Rohrverbindungen sollten geschweißt sein, feuerverzinkte Stahlrohre sollten jedoch mit einem Gewinde versehen sein. Das Dichtungsmaterial von Gewindeverbindungen muss den Anforderungen von Artikel 8.3.3 dieser Spezifikation entsprechen
(2) Edelstahlrohre sollten durch Argon-Lichtbogenschweißen und Stumpfschweißen oder Muffenschweißen verbunden werden, hochreine Gasleitungen sollten jedoch durch Stumpfschweißen ohne Markierungen an der Innenwand verbunden werden.
(3) Die Verbindung zwischen Rohrleitungen und Geräten sollte den Anschlussanforderungen der Geräte entsprechen. Bei der Verwendung von Schlauchverbindungen sollten Metallschläuche verwendet werden
(4) Die Verbindung zwischen Rohrleitungen und Ventilen sollte den folgenden Vorschriften entsprechen
① Das Dichtungsmaterial, das hochreine Gasleitungen und Ventile verbindet, sollte entsprechend den Anforderungen des Produktionsprozesses und der Gaseigenschaften Metalldichtungen oder Doppelhülsen verwenden.
②Das Dichtungsmaterial an der Gewinde- oder Flanschverbindung sollte Polytetrafluorethylen sein.
3.2 Gemäß den Anforderungen der Spezifikationen und relevanten technischen Maßnahmen sollte die Verbindung von hochreinen Gasleitungen so weit wie möglich geschweißt werden. Beim Schweißen sollte eine direkte Stumpfschweißung vermieden werden. Es sollten Rohrmuffen oder Fertigverbindungen verwendet werden. Die Rohrhülsen sollten aus dem gleichen Material und mit der gleichen inneren Oberflächenglätte wie die Rohre bestehen. Während des Schweißens sollte, um eine Oxidation des Schweißteils zu verhindern, reines Schutzgas in das Schweißrohr eingeleitet werden. Bei Edelstahlrohren sollte Argon-Lichtbogenschweißen verwendet werden und Argongas gleicher Reinheit in das Rohr eingeleitet werden. Es muss eine Gewindeverbindung bzw. Gewindeverbindung verwendet werden. Bei der Verbindung von Flanschen sollten Aderendhülsen für Gewindeverbindungen verwendet werden. Mit Ausnahme von Sauerstoffrohren und Wasserstoffrohren, die Metalldichtungen verwenden sollten, sollten andere Rohre Polytetrafluorethylen-Dichtungen verwenden. Auch das Auftragen einer kleinen Menge Silikonkautschuk auf die Dichtungen ist wirksam. Verbessern Sie die Dichtwirkung. Ähnliche Maßnahmen sollten bei der Herstellung von Flanschverbindungen ergriffen werden.
Vor Beginn der Installationsarbeiten erfolgt eine detaillierte Sichtprüfung der Rohre,Beschläge, Ventile usw. müssen durchgeführt werden. Die Innenwand gewöhnlicher Edelstahlrohre sollte vor der Installation gebeizt werden. Die Rohre, Armaturen, Ventile usw. von Sauerstoffleitungen sollten strikt von Öl befreit werden und vor der Installation gemäß den einschlägigen Anforderungen streng entfettet werden.
Bevor das System installiert und in Betrieb genommen wird, sollte das Übertragungs- und Verteilungsleitungssystem vollständig mit dem gelieferten hochreinen Gas gespült werden. Dadurch werden nicht nur Staubpartikel weggeblasen, die während des Installationsprozesses versehentlich in das System gelangt sind, sondern es wird auch eine Trocknungsfunktion im Rohrleitungssystem übernommen, indem ein Teil des feuchtigkeitshaltigen Gases entfernt wird, das von der Rohrwand und sogar vom Rohrmaterial aufgenommen wird.
4. Druckprüfung und Abnahme der Rohrleitung
(1) Nach der Installation des Systems muss eine 100-prozentige Röntgenprüfung der Rohre durchgeführt werden, in denen hochgiftige Flüssigkeiten in speziellen Gasleitungen transportiert werden, und ihre Qualität darf nicht unter der Stufe II liegen. Andere Rohre müssen einer Stichproben-Röntgenuntersuchung unterzogen werden, wobei die Stichprobenprüfungsquote nicht weniger als 5 % betragen darf und die Qualität nicht unter der Klasse III liegen darf.
(2) Nach bestandener zerstörungsfreier Prüfung ist eine Druckprüfung durchzuführen. Um die Trockenheit und Sauberkeit des Rohrleitungssystems sicherzustellen, darf keine hydraulische Druckprüfung durchgeführt werden, sondern es sollte eine pneumatische Druckprüfung durchgeführt werden. Die Luftdruckprüfung sollte mit Stickstoff oder Druckluft durchgeführt werden, die dem Reinheitsgrad des Reinraums entspricht. Der Prüfdruck der Rohrleitung sollte das 1,15-fache des Auslegungsdrucks betragen, und der Prüfdruck der Vakuumleitung sollte 0,2 MPa betragen. Während des Tests sollte der Druck schrittweise und langsam erhöht werden. Wenn der Druck auf 50 % des Prüfdrucks ansteigt und keine Anomalie oder Leckage festgestellt wird, erhöhen Sie den Druck schrittweise um 10 % des Prüfdrucks und stabilisieren Sie den Druck auf jedem Niveau 3 Minuten lang, bis der Prüfdruck erreicht ist . Stabilisieren Sie den Druck 10 Minuten lang und reduzieren Sie ihn dann auf den Auslegungsdruck. Die Druckstoppzeit sollte entsprechend den Anforderungen der Leckerkennung bestimmt werden. Das Schaummittel ist qualifiziert, wenn keine Leckage vorliegt.
(3) Nachdem das Vakuumsystem den Drucktest bestanden hat, sollte es gemäß den Konstruktionsunterlagen auch einen 24-Stunden-Vakuumgradtest durchführen und die Druckbeaufschlagungsrate sollte nicht mehr als 5 % betragen.
(4) Dichtheitsprüfung. Für Rohrleitungssysteme der Klassen ppb und ppt sollte gemäß den einschlägigen Spezifikationen keine Leckage als qualifiziert betrachtet werden, die Prüfung der Leckagemenge wird jedoch während der Konstruktion verwendet, d. h. die Prüfung der Leckagemenge wird nach der Luftdichtheitsprüfung durchgeführt. Der Druck ist der Arbeitsdruck und der Druck wird 24 Stunden lang gestoppt. Die durchschnittliche stündliche Leckage beträgt gemäß Qualifikation weniger als oder gleich 50 ppm. Die Berechnung der Leckage erfolgt wie folgt:
A=(1-P2T1/P1T2)*100/T
In der Formel:
Leck pro Stunde (%)
P1-Absolutdruck zu Beginn des Tests (Pa)
P2-Absolutdruck am Ende des Tests (Pa)
T1-absolute Temperatur zu Beginn des Tests (K)
T2-absolute Temperatur am Ende des Tests (K)
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 12. Dezember 2023