کارخانه مدار مجتمع در مقیاس بسیار بزرگ پروژه ۹۰۹، یک پروژه ساختمانی بزرگ در صنعت الکترونیک کشور من در طول نهمین برنامه پنج ساله برای تولید تراشه‌هایی با عرض خط ۰.۱۸ میکرون و قطر ۲۰۰ میلی‌متر است.
فناوری ساخت مدارهای مجتمع در مقیاس بسیار بزرگ نه تنها شامل فناوری‌های با دقت بالا مانند میکروماشین‌کاری است، بلکه الزامات بالایی را نیز برای خلوص گاز در نظر می‌گیرد.
تأمین گاز عمده برای پروژه ۹۰۹ توسط یک سرمایه‌گذاری مشترک بین شرکت Praxair Utility Gas Co., Ltd. ایالات متحده و طرف‌های ذیربط در شانگهای برای تأسیس مشترک یک کارخانه تولید گاز انجام می‌شود. کارخانه تولید گاز در مجاورت ساختمان کارخانه پروژه ۹۰۹ قرار دارد و مساحتی تقریباً ۱۵۰۰۰ متر مربع را پوشش می‌دهد. خلوص و الزامات خروجی گازهای مختلف
نیتروژن با خلوص بالا (PN2)، نیتروژن (N2) و اکسیژن با خلوص بالا (PO2) با جداسازی هوا تولید می‌شوند. هیدروژن با خلوص بالا (PH2) با الکترولیز تولید می‌شود. آرگون (Ar) و هلیوم (He) به صورت برون‌سپاری خریداری می‌شوند. شبه‌گاز برای استفاده در پروژه ۹۰۹ تصفیه و فیلتر می‌شود. گاز مخصوص در بطری‌ها عرضه می‌شود و کابینت بطری گاز در کارگاه کمکی کارخانه تولید مدار مجتمع قرار دارد.
سایر گازها نیز شامل سیستم هوای فشرده خشک و تمیز CDA با حجم مصرف ۴۱۸۵ متر مکعب بر ساعت، نقطه شبنم فشار ۷۰- درجه سانتیگراد و اندازه ذرات حداکثر ۰.۰۱ میکرومتر در گاز در نقطه مصرف هستند. سیستم هوای فشرده تنفسی (BA)، حجم مصرف ۹۰ متر مکعب بر ساعت، نقطه شبنم فشار ۲ درجه سانتیگراد، اندازه ذرات گاز در نقطه مصرف حداکثر ۰.۳ میکرومتر، سیستم خلاء فرآیندی (PV)، حجم مصرف ۵۸۲ متر مکعب بر ساعت، درجه خلاء در نقطه مصرف ۷۹۹۹۳- پاسکال. سیستم خلاء تمیزکننده (HV)، حجم مصرف ۱۴۴۰ متر مکعب بر ساعت، درجه خلاء در نقطه مصرف ۵۹۹۹۵- پاسکال. اتاق کمپرسور هوا و اتاق پمپ خلاء هر دو در محوطه کارخانه پروژه ۹۰۹ واقع شده‌اند.
انتخاب مواد لوله و لوازم جانبی
گاز مورد استفاده در تولید VLSI الزامات تمیزی بسیار بالایی دارد.خطوط لوله گاز با خلوص بالامعمولاً در محیط‌های تولیدی تمیز استفاده می‌شوند و کنترل تمیزی آنها باید مطابق یا بالاتر از سطح تمیزی فضای مورد استفاده باشد! علاوه بر این، خطوط لوله گاز با خلوص بالا اغلب در محیط‌های تولیدی تمیز استفاده می‌شوند. هیدروژن خالص (PH2)، اکسیژن با خلوص بالا (PO2) و برخی از گازهای خاص، گازهای قابل اشتعال، انفجاری، تقویت‌کننده احتراق یا سمی هستند. اگر سیستم خط لوله گاز به طور نامناسب طراحی شود یا مواد به طور نامناسب انتخاب شوند، نه تنها خلوص گاز مورد استفاده در نقطه گاز کاهش می‌یابد، بلکه از کار می‌افتد. این گاز الزامات فرآیند را برآورده می‌کند، اما استفاده از آن ناامن است و باعث آلودگی کارخانه تمیز می‌شود و بر ایمنی و تمیزی کارخانه تمیز تأثیر می‌گذارد.
تضمین کیفیت گاز با خلوص بالا در محل استفاده نه تنها به دقت تولید گاز، تجهیزات تصفیه و فیلترها بستگی دارد، بلکه تا حد زیادی تحت تأثیر عوامل بسیاری در سیستم خط لوله نیز قرار می‌گیرد. اگر به تجهیزات تولید گاز، تجهیزات تصفیه و فیلترها تکیه کنیم، تحمیل الزامات دقت بی‌نهایت بالاتر برای جبران طراحی نامناسب سیستم لوله‌کشی گاز یا انتخاب مواد نادرست، به سادگی نادرست است.
در طول فرآیند طراحی پروژه ۹۰۹، ما از «آیین‌نامه طراحی کارخانه‌های پاک» GBJ73-84 (استاندارد فعلی (GB50073-2001))، «آیین‌نامه طراحی ایستگاه‌های هوای فشرده» GBJ29-90، «آیین‌نامه طراحی ایستگاه‌های اکسیژن» GB50030-91، «آیین‌نامه طراحی ایستگاه‌های هیدروژن و اکسیژن» GB50177-93 و اقدامات فنی مربوطه برای انتخاب مواد و لوازم جانبی خط لوله پیروی کردیم. «آیین‌نامه طراحی کارخانه‌های پاک» انتخاب مواد و شیرآلات خط لوله را به شرح زیر تصریح می‌کند:
(1) اگر خلوص گاز بیشتر یا مساوی 99.999٪ و نقطه شبنم کمتر از -76 درجه سانتیگراد باشد، باید از لوله فولادی ضد زنگ کم کربن 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) با دیواره داخلی الکتروپولیش شده یا لوله فولادی ضد زنگ OCr18Ni9 (304) با دیواره داخلی الکتروپولیش شده استفاده شود. شیر باید از نوع دیافراگمی یا بیلوز باشد.
(2) اگر خلوص گاز بیشتر یا مساوی 99.99٪ و نقطه شبنم کمتر از -60 درجه سانتیگراد باشد، باید از لوله فولادی ضد زنگ OCr18Ni9 (304) با دیواره داخلی الکتروپولیش شده استفاده شود. به جز شیرهای دمنده که باید برای خطوط لوله گاز قابل احتراق استفاده شوند، برای سایر خطوط لوله گاز باید از شیرهای توپی استفاده شود.
(3) اگر نقطه شبنم هوای فشرده خشک کمتر از -70 درجه سانتیگراد باشد، باید از لوله فولادی ضد زنگ OCr18Ni9 (304) با دیواره داخلی صیقل داده شده استفاده شود. اگر نقطه شبنم کمتر از -40 درجه سانتیگراد باشد، باید از لوله فولادی ضد زنگ OCr18Ni9 (304) یا لوله فولادی بدون درز گالوانیزه گرم استفاده شود. شیر باید از نوع حلزونی یا توپی باشد.
(4) جنس شیر باید با جنس لوله اتصال سازگار باشد.
با توجه به الزامات مشخصات و اقدامات فنی مربوطه، ما عمدتاً هنگام انتخاب مواد خط لوله، جنبه‌های زیر را در نظر می‌گیریم:
(1) نفوذپذیری هوای مواد لوله باید کم باشد. لوله‌های ساخته شده از مواد مختلف، نفوذپذیری هوای متفاوتی دارند. اگر لوله‌هایی با نفوذپذیری هوای بیشتر انتخاب شوند، آلودگی قابل حذف نیست. لوله‌های فولادی ضد زنگ و لوله‌های مسی در جلوگیری از نفوذ و خوردگی اکسیژن در جو بهتر عمل می‌کنند. با این حال، از آنجایی که لوله‌های فولادی ضد زنگ نسبت به لوله‌های مسی فعالیت کمتری دارند، لوله‌های مسی در نفوذ رطوبت موجود در جو به سطوح داخلی خود فعال‌تر هستند. بنابراین، هنگام انتخاب لوله برای خطوط لوله گاز با خلوص بالا، لوله‌های فولادی ضد زنگ باید اولین انتخاب باشند.
(2) سطح داخلی مواد لوله جذب می‌شود و تأثیر کمی بر تجزیه و تحلیل گاز دارد. پس از پردازش لوله استیل ضد زنگ، مقدار مشخصی از گاز در شبکه فلزی آن باقی می‌ماند. هنگامی که گاز با خلوص بالا عبور می‌کند، این بخش از گاز وارد جریان هوا شده و باعث آلودگی می‌شود. در عین حال، به دلیل جذب و تجزیه و تحلیل، فلز روی سطح داخلی لوله نیز مقدار مشخصی پودر تولید می‌کند که باعث آلودگی گاز با خلوص بالا می‌شود. برای سیستم‌های لوله‌کشی با خلوص بالای 99.999٪ یا سطح ppb، باید از لوله استیل ضد زنگ کم کربن 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) استفاده شود.
(3) مقاومت سایشی لوله‌های فولادی ضد زنگ بهتر از لوله‌های مسی است و گرد و غبار فلزی تولید شده توسط فرسایش جریان هوا نسبتاً کمتر است. کارگاه‌های تولیدی با الزامات بالاتر برای تمیزی می‌توانند از لوله‌های فولادی ضد زنگ کم کربن 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) یا لوله‌های فولادی ضد زنگ OCr18Ni9 (304) استفاده کنند، لوله‌های مسی نباید استفاده شوند.
(4) برای سیستم‌های لوله‌کشی با خلوص گاز بالاتر از 99.999٪ یا سطوح ppb یا ppt، یا در اتاق‌های تمیز با سطوح پاکیزگی هوای N1-N6 که در «کد طراحی کارخانه تمیز» مشخص شده است، لوله‌های فوق تمیز یالوله‌های فوق تمیز EPباید استفاده شود. «لوله تمیز با سطح داخلی فوق‌العاده صاف» را تمیز کنید.
(5) برخی از سیستم‌های لوله‌کشی گاز ویژه مورد استفاده در فرآیند تولید، گازهای بسیار خورنده هستند. لوله‌های موجود در این سیستم‌های لوله‌کشی باید از لوله‌های فولادی ضد زنگ مقاوم در برابر خوردگی به عنوان لوله استفاده کنند. در غیر این صورت، لوله‌ها به دلیل خوردگی آسیب خواهند دید. در صورت وجود لکه‌های خوردگی روی سطح، نباید از لوله‌های فولادی بدون درز معمولی یا لوله‌های فولادی جوش داده شده گالوانیزه استفاده شود.
(6) در اصل، تمام اتصالات خط لوله گاز باید جوش داده شوند. از آنجایی که جوشکاری لوله‌های فولادی گالوانیزه باعث از بین رفتن لایه گالوانیزه می‌شود، از لوله‌های فولادی گالوانیزه برای لوله‌کشی در اتاق‌های تمیز استفاده نمی‌شود.
با در نظر گرفتن عوامل فوق، لوله‌ها و شیرآلات خط لوله گاز انتخاب شده در پروژه &7& به شرح زیر است:
لوله‌های سیستم نیتروژن با خلوص بالا (PN2) از لوله‌های فولاد ضد زنگ کم کربن 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) با دیواره‌های داخلی الکتروپولیش شده ساخته شده‌اند و شیرآلات از شیرهای دمنده فولادی ضد زنگ با همان جنس ساخته شده‌اند.
لوله‌های سیستم نیتروژن (N2) از لوله‌های فولاد ضد زنگ کم کربن 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) با دیواره‌های داخلی الکتروپولیش شده ساخته شده‌اند و شیرآلات از شیرهای دمنده فولادی ضد زنگ با همان جنس ساخته شده‌اند.
لوله‌های سیستم هیدروژن با خلوص بالا (PH2) از لوله‌های فولاد ضد زنگ کم کربن 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) با دیواره‌های داخلی الکتروپولیش شده ساخته شده‌اند و شیرآلات از شیرهای دمنده فولادی ضد زنگ با همان جنس ساخته شده‌اند.
لوله‌های سیستم اکسیژن با خلوص بالا (PO2) از لوله‌های فولاد ضد زنگ کم کربن 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) با دیواره‌های داخلی الکتروپولیش شده ساخته شده‌اند و شیرها از شیرهای دمنده فولادی ضد زنگ با همان جنس ساخته شده‌اند.
لوله‌های سیستم آرگون (Ar) از لوله‌های فولاد ضد زنگ کم کربن 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) با دیواره‌های داخلی الکتروپولیش شده ساخته شده‌اند و از شیرهای دمنده فولادی ضد زنگ با همان جنس استفاده می‌شود.
لوله‌های سیستم هلیوم (He) از لوله‌های فولاد ضد زنگ کم کربن 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) با دیواره‌های داخلی الکتروپولیش شده ساخته شده‌اند و شیرها از شیرهای دمنده فولادی ضد زنگ با همان جنس ساخته شده‌اند.
لوله‌های سیستم هوای فشرده خشک و تمیز (CDA) از لوله‌های فولادی ضد زنگ OCr18Ni9 (304) با دیواره‌های داخلی صیقل داده شده ساخته شده‌اند و شیرآلات از شیرهای دمنده فولادی ضد زنگ با همان جنس ساخته شده‌اند.
لوله‌های سیستم هوای فشرده تنفسی (BA) از لوله‌های فولادی ضد زنگ OCr18Ni9 (304) با دیواره‌های داخلی صیقل داده شده ساخته شده‌اند و شیرآلات از شیرهای توپی فولادی ضد زنگ با همان جنس ساخته شده‌اند.
لوله‌های سیستم خلاء فرآیندی (PV) از لوله‌های UPVC ساخته شده‌اند و شیرآلات از شیرهای پروانه‌ای خلاء ساخته شده از همان جنس هستند.
لوله‌های سیستم جاروبرقی (HV) از لوله‌های UPVC ساخته شده‌اند و شیرآلات از شیرهای پروانه‌ای خلاء ساخته شده از همان جنس هستند.
لوله‌های سیستم گاز مخصوص همگی از لوله‌های فولاد ضد زنگ کم کربن 00Cr17Ni12Mo2Ti (316L) با دیواره‌های داخلی الکتروپولیش شده ساخته شده‌اند و شیرآلات از شیرهای دمنده فولادی ضد زنگ با همان جنس ساخته شده‌اند.
۳ ساخت و نصب خطوط لوله
۳.۱ بخش ۸.۳ از «آیین‌نامه طراحی ساختمان کارخانه پاک» مقررات زیر را برای اتصالات خط لوله تصریح می‌کند:
(1) اتصالات لوله باید جوش داده شوند، اما لوله‌های فولادی گالوانیزه گرم باید رزوه‌دار شوند. جنس آب‌بندی اتصالات رزوه‌دار باید با الزامات ماده 8.3.3 این مشخصات مطابقت داشته باشد.
(2) لوله‌های فولادی ضد زنگ باید با جوش قوس آرگون و جوش لب به لب یا جوش سوکتی به هم متصل شوند، اما خطوط لوله گاز با خلوص بالا باید با جوش لب به لب و بدون علامت روی دیواره داخلی متصل شوند.
(3) اتصال بین خطوط لوله و تجهیزات باید با الزامات اتصال تجهیزات مطابقت داشته باشد. هنگام استفاده از اتصالات شلنگ، باید از شلنگ‌های فلزی استفاده شود.
(4) اتصال بین خطوط لوله و شیرها باید مطابق با مقررات زیر باشد
① ماده آب‌بندی که خطوط لوله و شیرهای گاز با خلوص بالا را به هم متصل می‌کند، باید از واشرهای فلزی یا حلقه‌های دوتایی مطابق با الزامات فرآیند تولید و ویژگی‌های گاز استفاده کند.
② ماده آب‌بندی در اتصال رزوه‌دار یا فلنجی باید از پلی تترافلوئورواتیلن باشد.
۳.۲ طبق الزامات مشخصات و اقدامات فنی مربوطه، اتصال خطوط لوله گاز با خلوص بالا باید تا حد امکان جوش داده شود. در حین جوشکاری باید از جوشکاری مستقیم لب به لب اجتناب شود. باید از غلاف‌های لوله یا اتصالات پرداخت شده استفاده شود. غلاف‌های لوله باید از جنس و سطح داخلی یکسان با لوله‌ها ساخته شوند. در حین جوشکاری، برای جلوگیری از اکسیداسیون قطعه جوشکاری شده، باید گاز محافظ خالص به داخل لوله جوشکاری وارد شود. برای لوله‌های فولادی ضد زنگ، باید از جوشکاری قوسی آرگون استفاده شود و گاز آرگون با همان خلوص به داخل لوله وارد شود. باید از اتصال رزوه‌دار یا اتصال رزوه‌دار استفاده شود. هنگام اتصال فلنج‌ها، برای اتصالات رزوه‌دار باید از فرول استفاده شود. به جز لوله‌های اکسیژن و لوله‌های هیدروژن که باید از واشر فلزی استفاده کنند، سایر لوله‌ها باید از واشر پلی تترافلوئورواتیلن استفاده کنند. اعمال مقدار کمی لاستیک سیلیکونی به واشرها نیز مؤثر خواهد بود. اثر آب‌بندی را افزایش دهید. هنگام اتصال فلنج نیز باید اقدامات مشابهی انجام شود.
قبل از شروع کار نصب، بازرسی بصری دقیق لوله‌ها،اتصالات، شیرآلات و غیره باید انجام شود. دیواره داخلی لوله‌های فولادی ضد زنگ معمولی باید قبل از نصب اسیدشویی شود. لوله‌ها، اتصالات، شیرآلات و غیره خطوط لوله اکسیژن باید اکیداً از روغنکاری منع شوند و قبل از نصب باید طبق الزامات مربوطه کاملاً چربی‌زدایی شوند.
قبل از نصب و بهره‌برداری از سیستم، سیستم لوله‌کشی انتقال و توزیع باید کاملاً با گاز با خلوص بالای تحویل داده شده، پاکسازی شود. این کار نه تنها ذرات گرد و غباری را که به طور تصادفی در طول فرآیند نصب وارد سیستم شده‌اند، از بین می‌برد، بلکه نقش خشک‌کنندگی را در سیستم لوله‌کشی ایفا می‌کند و بخشی از گاز حاوی رطوبت جذب شده توسط دیواره لوله و حتی جنس لوله را از بین می‌برد.
۴. تست فشار خط لوله و پذیرش
(1) پس از نصب سیستم، بازرسی رادیوگرافی 100٪ از لوله‌های حامل مایعات بسیار سمی در خطوط لوله گاز ویژه باید انجام شود و کیفیت آنها نباید از سطح II پایین‌تر باشد. سایر لوله‌ها باید تحت بازرسی رادیوگرافی نمونه‌برداری قرار گیرند و نسبت بازرسی نمونه‌برداری نباید کمتر از 5٪ باشد، کیفیت نباید از درجه III پایین‌تر باشد.
(2) پس از قبولی در بازرسی غیر مخرب، باید آزمایش فشار انجام شود. برای اطمینان از خشکی و تمیزی سیستم لوله‌کشی، نباید آزمایش فشار هیدرولیکی انجام شود، بلکه باید از آزمایش فشار پنوماتیک استفاده شود. آزمایش فشار هوا باید با استفاده از نیتروژن یا هوای فشرده که با سطح تمیزی اتاق تمیز مطابقت دارد، انجام شود. فشار آزمایش خط لوله باید 1.15 برابر فشار طراحی و فشار آزمایش خط لوله خلاء باید 0.2 مگاپاسکال باشد. در طول آزمایش، فشار باید به تدریج و به آرامی افزایش یابد. هنگامی که فشار به 50٪ فشار آزمایش افزایش یافت، اگر هیچ ناهنجاری یا نشتی مشاهده نشد، فشار را گام به گام به میزان 10٪ فشار آزمایش افزایش دهید و فشار را در هر سطح به مدت 3 دقیقه تا فشار آزمایش تثبیت کنید. فشار را به مدت 10 دقیقه تثبیت کنید، سپس فشار را تا فشار طراحی کاهش دهید. زمان توقف فشار باید با توجه به نیازهای تشخیص نشت تعیین شود. در صورت عدم وجود نشتی، عامل کف‌ساز واجد شرایط است.
(3) پس از اینکه سیستم خلاء، تست فشار را با موفقیت پشت سر گذاشت، باید طبق اسناد طراحی، یک تست درجه خلاء 24 ساعته نیز انجام دهد و میزان فشار نباید بیشتر از 5٪ باشد.
(4) آزمایش نشتی. برای سیستم‌های خط لوله درجه ppb و ppt، طبق مشخصات مربوطه، هیچ نشتی نباید واجد شرایط در نظر گرفته شود، اما آزمایش میزان نشتی در طول طراحی استفاده می‌شود، یعنی آزمایش میزان نشتی پس از آزمایش هوابندی انجام می‌شود. فشار، فشار کاری است و فشار به مدت 24 ساعت متوقف می‌شود. میانگین نشتی ساعتی کمتر یا مساوی 50ppm واجد شرایط است. محاسبه نشتی به شرح زیر است:
الف=(1-P2T1/P1T2)*100/T
در فرمول:
نشتی ساعتی (%)
P1 - فشار مطلق در ابتدای آزمایش (Pa)
P2 - فشار مطلق در پایان آزمایش (Pa)
دمای مطلق T1 در ابتدای آزمایش (K)
دمای مطلق T2 در پایان آزمایش (K)
زمان ارسال: ۱۲ دسامبر ۲۰۲۳