सेमीकंडक्टर उत्पादनामध्ये, क्रायोजेनिक वितरण प्रणालींकडून केवळ द्रव नायट्रोजन किंवा आर्गॉन एका ठिकाणाहून दुसऱ्या ठिकाणी हस्तांतरित करण्यापेक्षा अधिक अपेक्षा असतात. वापराच्या ठिकाणापर्यंत संपूर्ण प्रक्रियेत तो द्रव स्थिर, स्वच्छ आणि एक-फेज राहणे आवश्यक असते. अगदी थोड्या प्रमाणात उष्णता आत शिरल्यास फ्लॅश गॅस, दाबातील चढउतार किंवा आर्द्रतेमुळे होणारे प्रदूषण निर्माण होऊ शकते, ज्यामुळे प्रक्रियेच्या स्थिरतेवर परिणाम होतो.

म्हणूनचव्हॅक्यूम इन्सुलेटेड पाईपसेमीकंडक्टर फॅब्समध्ये पारंपरिक फोम-इन्सुलेटेड पाइपिंगऐवजी सामान्यतः प्रणाली वापरल्या जातात. जेव्हा योग्यरित्या व्यवस्थापित केलेल्या प्रणालींसोबत एकत्रित केले जातेडायनॅमिक व्हॅक्यूम पंप सिस्टमसंपूर्ण ट्रान्सफर लाईनमध्ये दीर्घकालीन व्हॅक्यूम स्थिरता राखताना, एकूण उष्णता गळती 3 W/m पेक्षा कमी राहू शकते.

सेमीकंडक्टर अनुप्रयोगांसाठी, व्हॅक्यूम इन्सुलेशनला पाईपभोवतीचा एक निष्क्रिय थर म्हणून पाहू नये. ही एक सक्रिय औष्णिक प्रणाली आहे, ज्यासाठी मोजता येण्याजोगी व्हॅक्यूम कार्यक्षमता आणि दीर्घकालीन देखभालक्षमता आवश्यक असते. उच्च-सुस्पष्टता असलेल्या चिप निर्मितीच्या वातावरणात, द्रवाच्या संपृक्त तापमानात किंचित वाढ झाली तरी द्वि-प्रावस्था प्रवाहाची परिस्थिती निर्माण होऊ शकते, जी शीतकरण परिपथ, शुद्धीकरण प्रणाली किंवा प्रक्रिया नियंत्रण उपकरणांमध्ये अडथळा आणते.

क्रायोजेनिक सेमीकंडक्टर प्रणालींमध्ये उष्णता गळती का महत्त्वाची आहे

प्रत्येक क्रायोजेनिक ट्रान्सफर लाइनवर उष्णता हस्तांतरणाच्या तीन मुख्य प्रकारांचा परिणाम होतो:

• वलयाकार जागेतून होणारे विकिरण
• अवशिष्ट रेणूंमुळे होणारे वायू वहन
• आधार आणि स्पेसरमधून ठोस वहन

योग्यरित्या डिझाइन केलेल्याव्हॅक्यूम इन्सुलेटेड पाईपवलयाकार दाब सामान्यतः 1×10⁻⁴ Pa पेक्षा कमी केला जातो. त्या निर्वात पातळीवर, उर्वरित वायूच्या रेणूंचा सरासरी मुक्त मार्ग वलयाकार पोकळीपेक्षा लक्षणीयरीत्या मोठा असतो, ज्यामुळे वायूजन्य उष्णता वहन मोठ्या प्रमाणात कमी होते.

बहु-स्तरीय इन्सुलेशन (MLI) वापरून विकिरणीय उष्णता हस्तांतरण नियंत्रित केले जाते. या इन्सुलेशनमध्ये परावर्तक फॉइल आणि कमी-वाहकता असलेल्या स्पेसर मटेरियलचे एकाआड एक थर असतात. थरांची योग्य घनता आणि स्थापनेच्या पद्धतीमुळे, विकिरणीय उष्णता प्रवाह प्रति चौरस मीटर केवळ काही वॅट्सपर्यंत कमी केला जाऊ शकतो.

उर्वरित उष्णतेचा मार्ग प्रामुख्याने यांत्रिक आधारांमधून येतो. हा परिणाम कमी करण्यासाठी, सामान्यतः जी-१० फायबरग्लास किंवा टॉर्लॉन® सारख्या कमी विद्युतवाहकता असलेल्या सामग्रीचा वापर केला जातो. तरीही, या आधारांमध्ये कार्यान्वयनादरम्यान औष्णिक आकुंचन, कंपन आणि भूकंपाचा भार सहन करण्यासाठी पुरेशी यांत्रिक शक्ती असणे आवश्यक असते.

लांब अंतरावर उष्णता हस्तांतरित करताना, व्हॅक्यूम इन्सुलेशन आणि फोम इन्सुलेशनमधील फरक खूप स्पष्टपणे जाणवतो. चांगल्या प्रकारे देखभाल केलेली व्हॅक्यूम प्रणाली अनेक वर्षे स्थिर औष्णिक कार्यक्षमता टिकवून ठेवू शकते, तर फोम इन्सुलेशन हळूहळू वातावरणातील ओलावा शोषून घेते. एकदा ओलावा इन्सुलेशनच्या रचनेत शिरून गोठला की, कालांतराने औष्णिक कार्यक्षमता सहसा कमी होते.

व्यावहारिक सेमीकंडक्टर LN₂ वितरण प्रणालीमध्ये,व्हॅक्यूम-इन्सुलेटेड पाइपिंगपारंपारिक फोम-इन्सुलेटेड लाईन्सच्या तुलनेत, विशेषतः लांब बाहेरील मार्गांवर किंवा सतत कार्यरत असलेल्या मुख्य हेडर्सवर, बाष्पीभवन लक्षणीयरीत्या कमी करू शकते.

डायनॅमिक व्हॅक्यूम पंप सिस्टम

स्टॅटिक व्हॅक्यूम जॅकेट्समधील एक समस्या अशी आहे की, आउटगॅसिंग, हेलियमचा शिरकाव किंवा सूक्ष्म गळतीमुळे कालांतराने व्हॅक्यूमची गुणवत्ता हळूहळू खालावू शकते.

यावर उपाय म्हणून, मोठ्या व्यासाचेव्हॅक्यूम इन्सुलेटेड पाईपप्रणाली सुसज्ज केल्या जाऊ शकतातडायनॅमिक व्हॅक्यूम पंप सिस्टमया प्रणालीमध्ये सामान्यतः एक संक्षिप्त टर्बोमॉलिक्युलर किंवा स्क्रोल पंप व्यवस्था समाविष्ट असते, जी ठराविक कालावधीने वलयाकार निर्वाताला त्याच्या मूळ डिझाइन स्थितीमध्ये पुनर्संचयित करते.

कोल्ड-कॅथोड गेज वापरून व्हॅक्यूमच्या पातळीवर सतत लक्ष ठेवले जाते. दाब निर्धारित लक्ष्यापेक्षा जास्त वाढल्यावरच पंप सुरू होतो, त्यामुळे विजेचा वापर आणि देखभालीची आवश्यकता तुलनेने कमी राहते.

तैवानमधील ह्सिंचू येथील एका सेमीकंडक्टर सुविधेच्या आधुनिकीकरण प्रकल्पात, सक्रियपणे व्यवस्थापित केलेल्या व्हॅक्यूम पंपिंग प्रणालीमुळे, उत्पादन लाइन बंद न करता, जुन्या होत चाललेल्या LN₂ ट्रान्सफर हेडरला त्याच्या मूळ कार्यस्थितीच्या जवळपासची औष्णिक कार्यक्षमता परत मिळवणे शक्य झाले. नवीन प्रकल्पांसाठी, सक्रिय व्हॅक्यूम देखभालीमुळे ऑपरेटर्सना प्रणालीच्या संपूर्ण सेवाकाळात इन्सुलेशनच्या दीर्घकालीन स्थिरतेबद्दल अधिक आत्मविश्वास मिळतो.

सामग्री आणि प्रणाली डिझाइन

सेमीकंडक्टर आणि अति-उच्च-शुद्धतेच्या अनुप्रयोगांसाठी, आतील प्रक्रिया पाईप सामान्यतः 304L किंवा 316L स्टेनलेस स्टीलपासून बनवला जातो. ऑक्सिजन-स्वच्छ सेवेच्या आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी आणि दूषित होण्याचा धोका कमी करण्यासाठी अंतर्गत पृष्ठभाग स्वच्छ, शुद्ध आणि निष्क्रिय केले जातात.

स्थापनेच्या वातावरणानुसार, बाहेरील आवरणासाठी रंगवलेले कार्बन स्टील किंवा स्टेनलेस स्टील वापरले जाऊ शकते. क्लीनरूमच्या जवळच्या भागांमध्ये, गंज किंवा पृष्ठभागाचे प्रदूषण टाळण्यासाठी अनेकदा स्टेनलेस स्टीलच्या बाहेरील आवरणांना प्राधान्य दिले जाते.

औष्णिक आकुंचनाचा देखील काळजीपूर्वक विचार करणे आवश्यक आहे. LN₂ हस्तांतरण वाहिनी सभोवतालच्या तापमानापासून कार्यकारी तापमानापर्यंत प्रति मीटर अंदाजे २.५–३ मिमी आकुंचन पावू शकते. ही हालचाल शोषून घेण्यासाठी, संपूर्ण पाइपिंग नेटवर्कमध्ये मोजून निश्चित केलेल्या अँकरच्या ठिकाणी सामान्यतः बेलो-प्रकारचे विस्तारण क्षतिपूर्तीकारक (bellows-type expansion compensators) बसवले जातात.

जिथे हालचाल किंवा लवचिकतेची आवश्यकता असते,व्हॅक्यूम इन्सुलेटेड लवचिक नळीअसेंब्ली सामान्यतः वापरल्या जातात. टाकीचे कनेक्शन, उपकरणांची जोडणी, मॅनिफोल्ड शाखा आणि मोबाईल प्रोसेस स्किड्स ही काही ठळक ठिकाणे आहेत.

या लवचिक नळ्यांमध्ये, कडक व्हॅक्यूम पाईपप्रमाणेच, व्हॅक्यूम जॅकेट आणि MLI संरचनेसह एक नालीदार आतील गाभा वापरला जातो. योग्यरित्या डिझाइन केलेल्या रचना वारंवार होणाऱ्या क्रायोजेनिक थर्मल सायकलिंगनंतरही व्हॅक्यूमची अखंडता टिकवून ठेवू शकतात, तसेच इन्सुलेशन नसलेल्या ब्रेडेड नळ्यांवर सामान्यतः आढळणारी बाह्य बर्फाची निर्मिती देखील रोखतात.

व्हॅक्यूम इन्सुलेटेड व्हॉल्व्हआणिफेज सेपरेटर्स

उष्णता गळतीचे व्यवस्थापन केवळ सरळ पाईपच्या भागांपुरते मर्यादित नाही. व्हॉल्व्ह आणिफेज सेपरेटर्सस्थिर क्रायोजेनिक प्रवाह परिस्थिती राखण्यातही ते महत्त्वाची भूमिका बजावतात.

A व्हॅक्यूम इन्सुलेटेड व्हॉल्व्हसामान्यतः, महत्त्वाच्या सीलिंग भागांना अत्यंत कमी तापमानापासून दूर ठेवण्यासाठी विस्तारित बॉनेट आणि व्हॅक्यूम-जॅकेटेड बॉडीचा वापर केला जातो. यामुळे स्टेम पॅकिंगभोवती गोठणे टाळण्यास मदत होते आणि व्हॉल्व्हच्या रचनेमध्ये होणारे अनावश्यक बाष्पीभवन कमी होते.

व्हॅक्यूम इन्सुलेशनशिवाय, व्हॉल्व्ह हे सिस्टीममधील उष्णता गळतीचे केंद्र बनू शकतात. लिक्विड क्रायोजेनिक सेवेमध्ये, यामुळे स्थानिक बाष्पाचे कप्पे, अस्थिर प्रवाह परिस्थिती किंवा वॉटर हॅमरच्या घटना घडू शकतात.

सेमीकंडक्टर प्रक्रिया प्रणालींमध्ये, एक्सटेंडेड-बोनट ग्लोब व्हॉल्व्ह आणि टॉप-एंट्री बॉल व्हॉल्व्ह सामान्यतः ASME B31.3 आणि EN 13480 आवश्यकतांनुसार वापरले जातात.

A व्हॅक्यूम इन्सुलेटेड फेज सेपरेटरसंवेदनशील डाउनस्ट्रीम उपकरणांमध्ये द्रव प्रवेश करण्यापूर्वी फ्लॅश गॅस काढून टाकण्यासाठी याचा वापर केला जातो. सेमीकंडक्टर अनुप्रयोगांमध्ये, अस्थिर द्वि-फेज प्रवाहामुळे दाबामध्ये इतके मोठे चढउतार निर्माण होऊ शकतात की ते प्रोसेस अलार्म किंवा उपकरण इंटरलॉक सुरू करू शकतात.

बाष्प-द्रव विलगीकरणाची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी, बहुतेक सेपरेटर डिझाइनमध्ये अंतर्गत डेमिस्टर संरचनेसह टँजेन्शियल इनलेटचा वापर केला जातो. बऱ्याच प्रकल्पांमध्ये, सेपरेटरला प्रोसेस फ्लोअरजवळ स्थापित केलेल्या मिनी टँकसोबत जोडले जाते. मिनी टँक एक स्थानिक बफर व्हॉल्यूम म्हणून काम करतो, जो लक्षणीय अतिरिक्त उष्णता भार न टाकता अल्पकालीन मागणीतील चढउतार स्थिर करण्यास मदत करतो.

सेमीकंडक्टर प्रकल्पाचे उदाहरण

दक्षिण कोरियामधील एका DRAM सुविधा विस्तार प्रकल्पासाठी इमर्शन-कूल्ड चाचणी उपकरणे आणि वेफर प्रोसेसिंग टूल्सना सेवा देणाऱ्या नवीन LN₂ वितरण नेटवर्कची आवश्यकता होती.

या स्थापनेमध्ये सुमारे १८० मीटर लांबीच्या कडक व्हॅक्यूम इन्सुलेटेड पाईपचा समावेश होता, जो व्हॅक्यूम इन्सुलेटेड फ्लेक्झिबल होज असेंब्लीद्वारे अनेक साधनांच्या शाखांना जोडलेला होता. मोठ्या साठवणुकीच्या जागेजवळ एक व्हॅक्यूम इन्सुलेटेड फेज सेपरेटर आणि एक २ घनमीटर क्षमतेची मिनी टँक बसवण्यात आली.

डायनॅमिक व्हॅक्यूम पंप सिस्टीमने मुख्य ६-इंची ट्रान्सफर लाईन्सवर ॲन्युलर प्रेशर ५×१०⁻⁶ mbar पेक्षा कमी राखले.

कार्यान्वयनाच्या वेळी, स्थिर कार्यस्थितीत प्राथमिक हेडरवरील मोजलेली उष्णता गळती सरासरी अंदाजे १.३ वॅट/मीटर होती. एका वर्षाच्या अविरत सेवेनंतर, नियतकालिक व्हॅक्यूम पुनर्प्राप्ती चक्रांनी इन्सुलेशनची कार्यक्षमता मूळ आधारभूत स्थितीच्या जवळ ठेवली.

पूर्वीच्या फोम-इन्सुलेटेड संकल्पनेच्या तुलनेत, या सुविधेमध्ये द्रव नायट्रोजनची गळती लक्षणीयरीत्या कमी झाल्याचे आणि कार्यान्वयन स्थिरतेत सुधारणा झाल्याचे दिसून आले. प्रक्रिया नोंदींमध्ये इन्सुलेशनच्या ऱ्हासाशी संबंधित आर्द्रतेमुळे होणाऱ्या दूषिततेची कोणतीही घटना आढळली नाही.

अर्ज

निर्वात-विद्युतीकृत क्रायोजेनिक हस्तांतरण प्रणालींचा वापर सेमीकंडक्टर उत्पादन, एलएनजी पायाभूत सुविधा, औद्योगिक वायू वितरण आणि द्रव हायड्रोजन अनुप्रयोगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो.

जरी कार्याची वातावरणं वेगवेगळी असली तरी, अभियांत्रिकी उद्दिष्ट एकच राहते:

• निर्वात स्थिरता टिकवून ठेवा
• उष्णतेचा प्रवेश कमी करा
• हस्तांतरण प्रक्रियेदरम्यान टप्प्याची स्थिरता टिकवून ठेवा

प्रकल्पाची व्याप्ती आणि प्रादेशिक आवश्यकतांनुसार, सिस्टम डिझाइन सामान्यतः ASME B31.3, EN 13480 आणि ISO 21029 यांसारख्या आंतरराष्ट्रीय मानकांचे पालन करते.

सेमीकंडक्टर प्रकल्पांसाठी, क्रायोजेनिक वितरण प्रणालीच्या कामगिरीचा थेट परिणाम परिचालन कार्यक्षमता, द्रव वापर आणि दीर्घकालीन प्रक्रिया विश्वसनीयतेवर होतो. त्यामुळे, पाइपिंग, व्हॉल्व्ह, सेपरेटर आणि व्हॅक्यूम मेंटेनन्स सिस्टीम हे स्वतंत्र घटक म्हणून न मानता, एक एकात्मिक थर्मल प्रणाली म्हणून डिझाइन केले पाहिजेत.

At एचएल क्रायोजेनिक्सआम्ही मानक कॅटलॉग कॉन्फिगरेशनऐवजी, प्रत्यक्ष ऑपरेटिंग परिस्थिती, थर्मल लोड लक्ष्य आणि इन्स्टॉलेशन आवश्यकतांवर आधारित क्रायोजेनिक ट्रान्सफर सोल्यूशन्स विकसित करण्यासाठी EPC कंत्राटदार, गॅस कंपन्या आणि सेमीकंडक्टर सुविधांसोबत काम करतो.

जर तुम्ही नवीन सेमीकंडक्टर फॅब प्रकल्पाची योजना आखत असाल किंवा विद्यमान LN₂ वितरण नेटवर्क अपग्रेड करत असाल, तर आमची अभियांत्रिकी टीम दीर्घकालीन कार्यासाठी उष्णता गळतीची कार्यक्षमता, व्हॅक्यूम धोरण आणि प्रणाली संरचनेचे मूल्यांकन करण्यास मदत करू शकते.