Katika utengenezaji wa nusu-semiconductor, mifumo ya usambazaji wa cryogenic inatarajiwa kufanya zaidi ya kuhamisha nitrojeni kioevu au argon kutoka sehemu moja hadi nyingine. Kioevu lazima kibaki imara, safi, na cha awamu moja hadi hatua ya matumizi. Hata kiasi kidogo cha joto kinachoingia kinaweza kutoa gesi ya flash, mabadiliko ya shinikizo, au uchafuzi wa unyevu unaoathiri uthabiti wa mchakato.

Ndiyo maanaBomba la Kuhami la VutaMifumo hii hutumika sana katika vitambaa vya nusu-semiconductor badala ya mabomba ya kawaida yenye povu. Inapojumuishwa na kifaa kinachosimamiwa ipasavyoMfumo wa Pampu ya Vuta Inayobadilika, uvujaji wa jumla wa joto unaweza kubaki chini ya 3 W/m huku ukidumisha uthabiti wa utupu wa muda mrefu katika mstari mzima wa uhamisho.

Kwa matumizi ya nusu-semiconductor, insulation ya utupu haipaswi kuzingatiwa kama safu tulivu inayozunguka bomba. Ni mfumo hai wa joto unaohitaji utendaji wa utupu unaopimika na udumishaji wa muda mrefu. Katika mazingira ya utengenezaji wa chipu zenye usahihi wa hali ya juu, hata ongezeko kidogo la halijoto ya kueneza umajimaji linaweza kusababisha hali ya mtiririko wa awamu mbili ambayo huingiliana na saketi za kupoeza, mifumo ya utakaso, au vifaa vya kudhibiti michakato.

Kwa Nini Uvujaji wa Joto Ni Muhimu katika Mifumo ya Semiconductor ya Cryogenic

Kila mstari wa uhamishaji wa cryogenic huathiriwa na aina tatu kuu za uhamishaji wa joto:

• mionzi katika nafasi ya annular
• upitishaji wa gesi unaosababishwa na molekuli zilizobaki
• upitishaji imara kupitia viunganishi na vidhibiti nafasi

Katika muundo uliopangwa vizuriBomba la Kuhami la Vuta, shinikizo la annular kwa kawaida hupunguzwa chini ya 1×10⁻⁴Pa. Katika kiwango hicho cha utupu, molekuli za gesi zilizobaki zina njia huru ya wastani kubwa zaidi kuliko pengo la annular, ambayo hupunguza sana upitishaji wa joto la gesi.

Uhamisho wa joto unaotokana na mionzi hudhibitiwa kwa kutumia insulation ya tabaka nyingi (MLI). Insulation hii ina tabaka zinazobadilika za foil inayoakisi na nyenzo za nafasi zenye upitishaji mdogo wa hewa. Kwa msongamano sahihi wa tabaka na mbinu ya usakinishaji, mkondo wa joto unaotokana na mionzi unaweza kupunguzwa hadi wati chache tu kwa kila mita ya mraba.

Njia iliyobaki ya joto hutoka hasa kwa vitegemezi vya mitambo. Ili kupunguza athari hii, vifaa vyenye upitishaji mdogo wa umeme kama vile nyuzinyuzi za nyuzi za G-10 au Torlon® kwa kawaida hutumika. Vitegemezi hivi bado vinahitaji nguvu ya kutosha ya mitambo ili kuvumilia mkazo wa joto, mtetemo, na mzigo wa mitetemeko wakati wa operesheni.

Kwa umbali mrefu wa uhamisho, tofauti kati ya insulation ya utupu na insulation ya povu inaonekana sana. Mfumo wa utupu unaotunzwa vizuri unaweza kudumisha utendaji thabiti wa joto kwa miaka mingi, huku insulation ya povu ikinyonya unyevu kutoka angahewa polepole. Mara tu unyevu unapoingia kwenye muundo wa insulation na kuganda, ufanisi wa joto kwa kawaida hupungua baada ya muda.

Katika mifumo ya usambazaji wa LN₂ ya nusu semiconductor,mabomba yenye utupuinaweza kupunguza mchemko kwa kiasi kikubwa ikilinganishwa na mistari ya kawaida ya povu, hasa kwenye njia ndefu za nje au vichwa vikuu vinavyofanya kazi kila mara.

Mfumo wa Pampu ya Vuta Inayobadilika

Tatizo moja na jaketi za utupu tuli ni kwamba ubora wa utupu unaweza kuzorota polepole kwa miaka mingi kutokana na gesi kupita kiasi, upenyezaji wa heliamu, au uvujaji wa hadubini.

Ili kushughulikia hili, kipenyo kikubwaBomba la Kuhami la Vutamifumo inaweza kuwa na vifaa vyaMfumo wa Pampu ya Vuta InayobadilikaMfumo kwa kawaida hujumuisha mpangilio mdogo wa pampu ya turbomolecular au scroll ambayo hurejesha mara kwa mara utupu wa annular katika hali yake ya awali ya muundo.

Viwango vya ombwe hufuatiliwa kila mara kwa kutumia vipima vya kathodi baridi. Pampu huamilishwa tu wakati shinikizo linapoongezeka zaidi ya eneo lengwa, kwa hivyo matumizi ya nguvu na mahitaji ya matengenezo yanabaki chini kiasi.

Katika mradi mmoja wa uboreshaji wa kituo cha nusu-semiconductor huko Hsinchu, Taiwan, mfumo wa kusukuma utupu unaosimamiwa kikamilifu uliruhusu kichwa cha uhamishaji cha LN₂ kinachozeeka kurejesha utendaji wa joto karibu na hali yake ya awali ya uendeshaji bila kuzima laini ya uzalishaji. Kwa miradi mipya, matengenezo ya utupu yanayoendelea pia huwapa waendeshaji ujasiri zaidi katika uthabiti wa insulation wa muda mrefu katika maisha yote ya mfumo.

Vifaa na Ubunifu wa Mfumo

Kwa matumizi ya nusu-semiconductor na usafi wa hali ya juu sana, bomba la ndani la mchakato kwa kawaida hutengenezwa kwa chuma cha pua cha lita 304 au lita 316. Nyuso za ndani husafishwa, husafishwa, na kupunguzwa ili kukidhi mahitaji ya huduma ya kusafisha oksijeni na kupunguza hatari ya uchafuzi.

Koti la nje linaweza kutumia chuma cha kaboni kilichopakwa rangi au chuma cha pua kulingana na mazingira ya usakinishaji. Katika maeneo yaliyo karibu na chumba safi, koti za nje zisizo na pua mara nyingi hupendelewa ili kuepuka kutu au uchafuzi wa uso.

Upunguzaji wa joto pia unahitaji kuzingatiwa kwa uangalifu. Mstari wa uhamisho wa LN₂ unaweza kupunguzwa takriban milimita 2.5–3 kwa kila mita kati ya halijoto ya kawaida na halijoto ya uendeshaji. Ili kunyonya mwendo huu, vipunguzi vya upanuzi wa aina ya mvukuto kwa kawaida huwekwa katika maeneo ya nanga yaliyohesabiwa katika mtandao wa mabomba.

Pale ambapo harakati au unyumbufu unahitajika,Bomba Linalonyumbulika Linalowekwa Maboksi kwa VutaMikusanyiko hutumiwa sana. Maeneo ya kawaida ni pamoja na miunganisho ya tanki, vifaa vya kuunganisha, matawi mengi, na vizibao vya mchakato vinavyoweza kusogea.

Hosi hizi zinazonyumbulika hutumia kiini cha ndani chenye bati pamoja na koti la utupu na muundo wa MLI sawa na bomba gumu la utupu. Mikusanyiko iliyoundwa vizuri inaweza kudumisha uadilifu wa utupu baada ya mzunguko wa joto unaorudiwa huku pia ikizuia uundaji wa barafu ya nje ambayo ni ya kawaida kwenye hosi zisizo na insulation.

Vali za Kuhami kwa VutanaVitenganishi vya Awamu

Kudhibiti uvujaji wa joto hakuzuiliwi tu kwa sehemu za bomba zilizonyooka. Vali navitenganishi vya awamupia huchukua jukumu kubwa katika kudumisha hali thabiti ya mtiririko wa cryogenic.

A Vali ya Kuhami ya VutaKwa kawaida hutumia boneti iliyopanuliwa na mwili uliofunikwa kwa utupu ili kuweka maeneo muhimu ya kuziba mbali na halijoto ya chini sana. Hii husaidia kuzuia kuganda karibu na ufungashaji wa shina na kupunguza mgandamizo usiohitajika ndani ya muundo wa vali.

Bila insulation ya utupu, vali zinaweza kuwa sehemu za uvujaji wa joto uliokolea ndani ya mfumo. Katika huduma ya cryogenic ya kioevu, hii inaweza kutoa mifuko ya mvuke iliyopo, hali ya mtiririko usio imara, au matukio ya nyundo ya maji.

Kwa mifumo ya michakato ya semiconductor, vali za globe za boneti zilizopanuliwa na vali za mpira wa kuingia juu hutumiwa kwa kawaida kulingana na mahitaji ya ASME B31.3 na EN 13480.

A Kitenganishi cha Awamu ya Kiyoyozi Kilichowekwa Maboksihutumika kuondoa gesi ya flash kabla ya kioevu kuingia kwenye vifaa nyeti vya chini. Katika matumizi ya nusu-sekondi, mtiririko usio imara wa awamu mbili unaweza kusababisha mabadiliko ya shinikizo kubwa ya kutosha kusababisha kengele za mchakato au viunganishi vya vifaa.

Miundo mingi ya kitenganishi hutumia kiingilio cha tangential pamoja na muundo wa ndani wa kitenganishi ili kuboresha ufanisi wa utenganishaji wa mvuke-kimiminika. Katika miradi mingi, kitenganishi huunganishwa na Tangi Ndogo lililowekwa karibu na sakafu ya mchakato. Tangi dogo hufanya kazi kama kiasi cha bafa ya ndani ambacho husaidia kuleta utulivu wa mabadiliko ya mahitaji ya muda mfupi bila kuongeza mzigo mkubwa wa ziada wa joto.

Mfano wa Mradi wa Semiconductor

Mradi wa upanuzi wa kituo cha DRAM nchini Korea Kusini ulihitaji mtandao mpya wa usambazaji wa LN₂ unaohudumia vifaa vya majaribio vilivyopozwa kwa kuzamisha na zana za usindikaji wa wafer.

Ufungaji huo ulijumuisha takriban mita 180 za Bomba gumu la Kuhami la Vuta lililounganishwa na matawi mengi ya zana kupitia viunganishi vya Hose Zinazonyumbulika za Vuta. Kitenganishi cha Awamu ya Kuhami cha Vuta na Tangi Ndogo la mita 2 viliwekwa karibu na eneo la kuhifadhia vitu vingi.

Mfumo wa Pampu ya Vuta Inayobadilika ulidumisha shinikizo la annular chini ya 5×10⁻⁶ mbar kwenye mistari kuu ya uhamishaji ya inchi 6.

Wakati wa kuwasha, uvujaji wa joto uliopimwa kwenye kichwa cha msingi ulikuwa wastani wa takriban 1.3 W/m2 chini ya hali thabiti ya uendeshaji. Baada ya mwaka mmoja wa huduma endelevu, mizunguko ya urejeshaji wa utupu mara kwa mara iliweka utendaji wa insulation karibu na hali ya awali ya awali.

Ikilinganishwa na dhana ya awali ya kuhami joto kwa povu, kituo kiliripoti upungufu mdogo wa nitrojeni kioevu na uthabiti wa uendeshaji ulioboreshwa. Kumbukumbu za michakato pia hazikuonyesha matukio yoyote ya uchafuzi yanayohusiana na unyevu yanayohusiana na uharibifu wa kuhami joto.

Maombi

Mifumo ya uhamishaji wa cryogenic inayohamishwa kwa utupu hutumika sana katika utengenezaji wa nusu-semiconductor, miundombinu ya LNG, usambazaji wa gesi ya viwandani, na matumizi ya hidrojeni ya kioevu.

Ingawa mazingira ya uendeshaji hutofautiana, lengo la uhandisi linabaki lile lile:

• kudumisha utulivu wa utupu
• punguza joto linaloingia
• kuhifadhi utulivu wa awamu katika mchakato mzima wa uhamishaji

Ubunifu wa mfumo kwa kawaida hufuata viwango vya kimataifa kama vile ASME B31.3, EN 13480, na ISO 21029 kulingana na upeo wa mradi na mahitaji ya kikanda.

Kwa vifaa vya nusu-semiconductor, utendaji wa mfumo wa usambazaji wa cryogenic huathiri moja kwa moja ufanisi wa uendeshaji, matumizi ya kioevu, na uaminifu wa mchakato wa muda mrefu. Kwa sababu hiyo, mabomba, vali, vitenganishi, na mifumo ya matengenezo ya utupu inapaswa kubuniwa kama mfumo mmoja jumuishi wa joto badala ya vipengele huru.

At HL Cryogenics, tunafanya kazi na wakandarasi wa EPC, kampuni za gesi, na vifaa vya semiconductor ili kutengeneza suluhu za uhamishaji wa cryogenic kulingana na hali halisi ya uendeshaji, malengo ya mzigo wa joto, na mahitaji ya usakinishaji badala ya usanidi wa kawaida wa katalogi.

Ikiwa unapanga mradi mpya wa vifaa vya nusu-semiconductor au unaboresha mtandao uliopo wa usambazaji wa LN₂, timu yetu ya uhandisi inaweza kusaidia kutathmini utendaji wa uvujaji wa joto, mkakati wa utupu, na usanidi wa mfumo kwa ajili ya uendeshaji wa muda mrefu.