सेमीकंडक्टर निर्माण में, क्रायोजेनिक वितरण प्रणालियों से केवल तरल नाइट्रोजन या आर्गन को एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक स्थानांतरित करने से कहीं अधिक अपेक्षा की जाती है। उपयोग के बिंदु तक पहुँचने तक द्रव को स्थिर, स्वच्छ और एकल-चरण में रहना आवश्यक है। थोड़ी मात्रा में भी ऊष्मा प्रवेश से फ्लैश गैस, दबाव में उतार-चढ़ाव या नमी का संदूषण हो सकता है, जो प्रक्रिया की स्थिरता को प्रभावित करता है।

इसीलिएवैक्यूम इन्सुलेटेड पाइपसेमीकंडक्टर फ़ैब्स में पारंपरिक फ़ोम-इंसुलेटेड पाइपिंग के बजाय इन प्रणालियों का आमतौर पर उपयोग किया जाता है। उचित प्रबंधन के साथ संयुक्त होने परडायनामिक वैक्यूम पंप सिस्टमइससे संपूर्ण स्थानांतरण लाइन में दीर्घकालिक निर्वात स्थिरता बनाए रखते हुए समग्र ऊष्मा रिसाव 3 W/m से नीचे रह सकता है।

सेमीकंडक्टर अनुप्रयोगों के लिए, वैक्यूम इन्सुलेशन को पाइप के चारों ओर एक निष्क्रिय परत के रूप में नहीं देखा जाना चाहिए। यह एक सक्रिय थर्मल सिस्टम है जिसके लिए मापने योग्य वैक्यूम प्रदर्शन और दीर्घकालिक रखरखाव की आवश्यकता होती है। उच्च परिशुद्धता चिप निर्माण वातावरण में, द्रव संतृप्ति तापमान में थोड़ी सी भी वृद्धि दो-चरण प्रवाह की स्थिति उत्पन्न कर सकती है जो शीतलन सर्किट, शुद्धिकरण प्रणाली या प्रक्रिया नियंत्रण उपकरणों में बाधा उत्पन्न करती है।

क्रायोजेनिक सेमीकंडक्टर सिस्टम में हीट लीकेज क्यों मायने रखता है?

प्रत्येक क्रायोजेनिक ट्रांसफर लाइन तीन प्राथमिक प्रकार के ऊष्मा स्थानांतरण से प्रभावित होती है:

• वलयाकार स्थान के पार विकिरण
• अवशिष्ट अणुओं के कारण गैसीय चालन
• सपोर्ट और स्पेसर के माध्यम से ठोस चालकता

एक उचित रूप से डिज़ाइन किए गएवैक्यूम इन्सुलेटेड पाइपआमतौर पर, वलयाकार दाब 1×10⁻⁴ Pa से नीचे कम हो जाता है। उस निर्वात स्तर पर, शेष गैस अणुओं का औसत मुक्त पथ वलयाकार अंतराल से काफी बड़ा होता है, जिससे गैसीय ऊष्मा चालन बहुत कम हो जाता है।

विकिरण ऊष्मा स्थानांतरण को बहु-परत इन्सुलेशन (MLI) का उपयोग करके नियंत्रित किया जाता है। इन्सुलेशन में परावर्तक पन्नी और कम चालकता वाले स्पेसर पदार्थ की वैकल्पिक परतें होती हैं। सही परत घनत्व और स्थापना विधि से विकिरण ऊष्मा प्रवाह को प्रति वर्ग मीटर कुछ वाट तक कम किया जा सकता है।

शेष ऊष्मीय तरंग मुख्यतः यांत्रिक आधारों से उत्पन्न होती है। इस प्रभाव को कम करने के लिए, आमतौर पर जी-10 फाइबरग्लास या टोरलॉन® जैसी कम चालकता वाली सामग्री का उपयोग किया जाता है। इन आधारों को संचालन के दौरान ऊष्मीय संकुचन, कंपन और भूकंपीय भार को सहन करने के लिए पर्याप्त यांत्रिक शक्ति की आवश्यकता होती है।

लंबी दूरी तक परिवहन के दौरान, वैक्यूम इन्सुलेशन और फोम इन्सुलेशन के बीच का अंतर स्पष्ट हो जाता है। एक अच्छी तरह से रखरखाव किया गया वैक्यूम सिस्टम कई वर्षों तक स्थिर तापीय प्रदर्शन बनाए रख सकता है, जबकि फोम इन्सुलेशन धीरे-धीरे वातावरण से नमी सोख लेता है। एक बार जब नमी इन्सुलेशन संरचना में प्रवेश कर जम जाती है, तो तापीय दक्षता आमतौर पर समय के साथ कम हो जाती है।

व्यवहारिक अर्धचालक LN₂ वितरण प्रणालियों में,वैक्यूम-इंसुलेटेड पाइपिंगयह पारंपरिक फोम-इंसुलेटेड लाइनों की तुलना में, विशेष रूप से लंबी बाहरी लाइनों या लगातार चलने वाले मुख्य हेडर पर, अपवाह को काफी हद तक कम कर सकता है।

डायनामिक वैक्यूम पंप सिस्टम

स्थैतिक वैक्यूम जैकेट के साथ एक समस्या यह है कि गैसों के निकलने, हीलियम के प्रवेश या सूक्ष्म रिसाव के कारण वर्षों में वैक्यूम की गुणवत्ता धीरे-धीरे खराब हो सकती है।

इस समस्या के समाधान के लिए, बड़े व्यास वालेवैक्यूम इन्सुलेटेड पाइपसिस्टम को इससे सुसज्जित किया जा सकता हैडायनामिक वैक्यूम पंप सिस्टमइस प्रणाली में सामान्यतः एक कॉम्पैक्ट टर्बोमॉलिक्यूलर या स्क्रॉल पंप व्यवस्था शामिल होती है जो समय-समय पर वलयाकार निर्वात को उसकी मूल डिजाइन स्थिति में बहाल करती है।

वैक्यूम स्तरों की निगरानी कोल्ड-कैथोड गेजों का उपयोग करके लगातार की जाती है। पंप केवल तभी सक्रिय होता है जब दबाव निर्धारित सीमा से अधिक हो जाता है, इसलिए बिजली की खपत और रखरखाव की आवश्यकताएं अपेक्षाकृत कम रहती हैं।

ताइवान के ह्सिनचू में एक सेमीकंडक्टर संयंत्र के उन्नयन परियोजना में, सक्रिय रूप से प्रबंधित वैक्यूम पंपिंग प्रणाली ने पुराने LN₂ ट्रांसफर हेडर को उत्पादन लाइन को बंद किए बिना ही अपनी मूल परिचालन स्थिति के करीब थर्मल प्रदर्शन प्राप्त करने में सक्षम बनाया। नई परियोजनाओं के लिए, सक्रिय वैक्यूम रखरखाव ऑपरेटरों को सिस्टम के पूरे सेवा जीवन के दौरान दीर्घकालिक इन्सुलेशन स्थिरता के बारे में बेहतर विश्वास दिलाता है।

सामग्री और प्रणाली डिजाइन

सेमीकंडक्टर और अति-उच्च शुद्धता वाले अनुप्रयोगों के लिए, आंतरिक प्रक्रिया पाइप आमतौर पर 304L या 316L स्टेनलेस स्टील से निर्मित होता है। ऑक्सीजन-मुक्त सेवा आवश्यकताओं को पूरा करने और संदूषण के जोखिम को कम करने के लिए आंतरिक सतहों को साफ, शुद्ध और निष्क्रिय किया जाता है।

स्थापना के वातावरण के आधार पर बाहरी आवरण में पेंट किया हुआ कार्बन स्टील या स्टेनलेस स्टील का उपयोग किया जा सकता है। क्लीनरूम के निकटवर्ती क्षेत्रों में, जंग या सतह संदूषण से बचने के लिए अक्सर स्टेनलेस स्टील के बाहरी आवरण को प्राथमिकता दी जाती है।

ऊष्मीय संकुचन पर भी सावधानीपूर्वक विचार करना आवश्यक है। एक LN₂ स्थानांतरण पाइप परिवेश तापमान और परिचालन तापमान के बीच लगभग 2.5–3 मिमी प्रति मीटर तक संकुचित हो सकता है। इस संकुचन को अवशोषित करने के लिए, पाइपिंग नेटवर्क में निर्धारित एंकर स्थानों पर आमतौर पर बेल्लो-प्रकार के विस्तार कम्पेनसेटर लगाए जाते हैं।

जहां गति या लचीलेपन की आवश्यकता होती है,वैक्यूम इंसुलेटेड फ्लेक्सिबल होज़असेंबली का उपयोग आमतौर पर किया जाता है। इसके सामान्य स्थानों में टैंक कनेक्शन, उपकरण हुक-अप, मैनिफोल्ड ब्रांच और मोबाइल प्रोसेस स्किड शामिल हैं।

ये लचीली नली एक नालीदार आंतरिक कोर, वैक्यूम जैकेट और कठोर वैक्यूम पाइप के समान एमएलआई संरचना का उपयोग करती हैं। उचित रूप से डिज़ाइन किए गए संयोजन बार-बार क्रायोजेनिक थर्मल साइक्लिंग के बाद भी वैक्यूम अखंडता बनाए रख सकते हैं, साथ ही बाहरी बर्फ के निर्माण को भी रोकते हैं जो गैर-इंसुलेटेड ब्रेडेड नली पर आम है।

वैक्यूम इंसुलेटेड वाल्वऔरचरण विभाजक

ऊष्मा रिसाव का प्रबंधन केवल सीधे पाइप खंडों तक सीमित नहीं है। वाल्व औरचरण विभाजकस्थिर क्रायोजेनिक प्रवाह स्थितियों को बनाए रखने में भी ये महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

A वैक्यूम इंसुलेटेड वाल्वसामान्यतः इसमें विस्तारित बोनट और वैक्यूम-जैकेटेड बॉडी का उपयोग किया जाता है ताकि महत्वपूर्ण सीलिंग क्षेत्रों को अत्यधिक कम तापमान से बचाया जा सके। इससे स्टेम पैकिंग के आसपास जमने से बचाव होता है और वाल्व संरचना के अंदर अनावश्यक संघनन कम होता है।

वैक्यूम इन्सुलेशन के बिना, वाल्व सिस्टम के भीतर ऊष्मा रिसाव के केंद्र बन सकते हैं। तरल क्रायोजेनिक सेवा में, इससे स्थानीय वाष्प पॉकेट, अस्थिर प्रवाह की स्थिति या वाटर हैमर जैसी घटनाएं उत्पन्न हो सकती हैं।

सेमीकंडक्टर प्रोसेस सिस्टम के लिए, ASME B31.3 और EN 13480 आवश्यकताओं के अनुसार एक्सटेंडेड-बोनट ग्लोब वाल्व और टॉप-एंट्री बॉल वाल्व का आमतौर पर उपयोग किया जाता है।

A वैक्यूम इंसुलेटेड फेज सेपरेटरइसका उपयोग संवेदनशील डाउनस्ट्रीम उपकरणों में तरल पदार्थ के प्रवेश करने से पहले फ्लैश गैस को हटाने के लिए किया जाता है। सेमीकंडक्टर अनुप्रयोगों में, अस्थिर दो-चरण प्रवाह दबाव में इतना अधिक उतार-चढ़ाव पैदा कर सकता है कि प्रक्रिया अलार्म या उपकरण इंटरलॉक सक्रिय हो जाएं।

अधिकांश सेपरेटर डिज़ाइन वाष्प-द्रव पृथक्करण दक्षता में सुधार के लिए एक स्पर्शरेखीय इनलेट के साथ-साथ एक आंतरिक डेमिस्टर संरचना का उपयोग करते हैं। कई परियोजनाओं में, सेपरेटर को प्रोसेस फ्लोर के पास स्थापित मिनी टैंक के साथ जोड़ा जाता है। मिनी टैंक एक स्थानीय बफर वॉल्यूम के रूप में कार्य करता है जो महत्वपूर्ण अतिरिक्त ऊष्मा भार डाले बिना अल्पकालिक मांग में उतार-चढ़ाव को स्थिर करने में मदद करता है।

सेमीकंडक्टर परियोजना का उदाहरण

दक्षिण कोरिया में एक DRAM सुविधा विस्तार परियोजना के लिए विसर्जन-शीतित परीक्षण उपकरण और वेफर प्रसंस्करण उपकरणों को सेवा प्रदान करने वाले एक नए LN₂ वितरण नेटवर्क की आवश्यकता थी।

इस इंस्टॉलेशन में लगभग 180 मीटर कठोर वैक्यूम इंसुलेटेड पाइप शामिल था, जो वैक्यूम इंसुलेटेड फ्लेक्सिबल होज़ असेंबली के माध्यम से कई टूल शाखाओं से जुड़ा हुआ था। बल्क स्टोरेज एरिया के पास एक वैक्यूम इंसुलेटेड फेज़ सेपरेटर और एक 2 घन मीटर का मिनी टैंक स्थापित किया गया था।

डायनामिक वैक्यूम पंप सिस्टम ने मुख्य 6-इंच ट्रांसफर लाइनों पर एन्युलर दबाव को 5×10⁻⁶ मिलीबार से नीचे बनाए रखा।

चालू करने के दौरान, स्थिर परिचालन स्थितियों में प्राथमिक हेडर पर मापी गई ऊष्मा रिसाव औसतन लगभग 1.3 W/m² रही। एक वर्ष की निरंतर सेवा के बाद, आवधिक वैक्यूम रिकवरी चक्रों ने इन्सुलेशन प्रदर्शन को मूल आधारभूत स्थिति के करीब बनाए रखा।

पहले के फोम-इंसुलेटेड सिस्टम की तुलना में, इस संयंत्र में तरल नाइट्रोजन की हानि काफी कम हुई और परिचालन स्थिरता में सुधार हुआ। प्रक्रिया लॉग से यह भी पता चला कि इन्सुलेशन की खराबी से संबंधित नमी के कारण कोई संदूषण नहीं हुआ।

आवेदन

वैक्यूम-इंसुलेटेड क्रायोजेनिक ट्रांसफर सिस्टम का व्यापक रूप से सेमीकंडक्टर निर्माण, एलएनजी इंफ्रास्ट्रक्चर, औद्योगिक गैस वितरण और तरल हाइड्रोजन अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है।

हालांकि परिचालन वातावरण भिन्न-भिन्न होते हैं, इंजीनियरिंग का उद्देश्य वही रहता है:

• निर्वात स्थिरता बनाए रखें
• ऊष्मा के प्रवेश को कम करें
• स्थानांतरण प्रक्रिया के दौरान चरण स्थिरता बनाए रखें

सिस्टम डिजाइन आमतौर पर परियोजना के दायरे और क्षेत्रीय आवश्यकताओं के आधार पर ASME B31.3, EN 13480 और ISO 21029 जैसे अंतरराष्ट्रीय मानकों का पालन करता है।

सेमीकंडक्टर संयंत्रों के लिए, क्रायोजेनिक वितरण प्रणाली का प्रदर्शन परिचालन दक्षता, तरल खपत और दीर्घकालिक प्रक्रिया विश्वसनीयता को सीधे प्रभावित करता है। इसलिए, पाइपिंग, वाल्व, विभाजक और वैक्यूम रखरखाव प्रणालियों को स्वतंत्र घटकों के बजाय एक एकीकृत थर्मल प्रणाली के रूप में डिज़ाइन किया जाना चाहिए।

At एचएल क्रायोजेनिक्सहम ईपीसी ठेकेदारों, गैस कंपनियों और सेमीकंडक्टर सुविधाओं के साथ मिलकर काम करते हैं ताकि मानक कैटलॉग कॉन्फ़िगरेशन के बजाय वास्तविक परिचालन स्थितियों, थर्मल लोड लक्ष्यों और स्थापना आवश्यकताओं के आधार पर क्रायोजेनिक स्थानांतरण समाधान विकसित कर सकें।

यदि आप किसी नए सेमीकंडक्टर फैब्रिकेशन प्रोजेक्ट की योजना बना रहे हैं या मौजूदा LN₂ वितरण नेटवर्क को अपग्रेड कर रहे हैं, तो हमारी इंजीनियरिंग टीम दीर्घकालिक संचालन के लिए हीट लीक प्रदर्शन, वैक्यूम रणनीति और सिस्टम कॉन्फ़िगरेशन का मूल्यांकन करने में आपकी मदद कर सकती है।