沃飞讲解半导体工厂大宗气体系统的设计
作为半导体生产过程中必不可少的系统，高纯气体系统直接影响全厂生产的运行和产品的质量。相比较而言，集成电路芯片制造厂由于工艺技术难度更高、生产过程更为复杂，因而所需的气体种类更多、品质要求更高、用量更大，也就更具代表性。因此本文重点以集成电路芯片制造厂为背景来阐述。 一、供气系统的设计 1、气体站 2、首先必须根据工厂所需用气量的情况，选择最合理和经济的供气方式。 氮气的用量往往是很大的，根据其用量的不同，可考虑采用以下几种方式供气： 1)、液氮储罐，用槽车定期进行充灌，高压的液态气体经蒸发器(Vaporizer)蒸发为气态后，供工厂使用。一般的半导体工厂用气量适中时这种方式较为合适，这也是目前采用最多的一种方式。 2)、采用空分装置现场制氮。这适用于N2用量很大的场合。集成电路芯片制造厂多采用此方式供气，而且还同时设置液氮储罐作备用。 氧气和氩气往往采用超低温液氧储罐配以蒸发器的方式供应。 氢气则以气态方式供应，一般采用钢瓶组(Bundle)即可满足生产要求。如用气量较大，则可采用Tube Trailer供气，只是由于道路消防安全审批等因素，目前在国内还很少采用此方式。相信随着我国微电子工业的飞速发展，相关的安全法规会更完善，Tube Trailer供气方式会被更多地采用。如果氢气用量相当大，则需要现场制氢，如采用水电解装置。 由于低温液氦储罐的成本相当昂贵，加以氦气用量不大，氦气一般采用钢瓶组(Bundle)的形式供应即可满足生产要求。随着大型集成电路厂越来越多地出现，氦气的用量也逐渐上升，国外已开始尝试使用液氦储罐，而且由于氦气在低于-4500F时才是液体，此时所有杂质在此液相中实际均已凝结在固体，理论上从该储罐气化的氮气已是高纯度，不用再经纯化处理。 随着国内半导体集成电路产业的飞速发展，将会出现一些半导体工厂较为密集的微电子生产园区，这时有可能采用集中的管道供气方式，即由气体公司在园区内建一大型气站，将大宗气体用地下管线送往各工厂。这种方式可以大大降低各厂的用地需求和用气成本，形成气体公司与半导体工厂多赢的局面。 二、大宗气体输送管道系统的设计 经纯化后的大宗气体由气体纯化间送至辅助生产层(SubFAB)或生产车间(FAB)的架空地板下，在这里形成配管网络，再由二次配管系统(Hook-up)送至各用户点。以我的设计经验，在设计中要着重考虑以下几个方面。 三、配管系统的灵活性设计 微电子行业的发展非常迅速，经常会发生工艺设备更新、挪位和新增等状况。即使在整个工厂的建设中，最终的工艺设备分布也会与设计时相去甚远。这种行业的特殊性要求设计必须充分考虑其灵活性(Flexibility)，能满足未来的扩展需求。 配管系统的基本设计原则是在主管(Main)上按一定间距设置支管端(Branch)，再在每个支管上按一定间距设置分支管(Branch Take-off)供二次配管使用。另外，主管的管径不必随流量的递减而采取渐缩设计。 无庸讳言，这种配管系统的确具有充分的灵活性，但由于超高纯气体管路的管件和阀件价格昂贵，该系统的成本之高也是显而易见的。通常，集成电路芯片厂的建设往往会分成若干个阶段，一方面可以缓解一次性投资的巨大资金压力，另一方面也可以根据市场状况作出相应的调整决策。在新厂建设的第一阶段，设计产量往往不是很高，用气点也不是很多，尤其是氢、氩、氧、氦的用气点就更少。因此必须考虑如何来简化该配管系统以降低成本。 三、其它设计要点 在设计中还应遵循国内其他相关规范，如《洁净厂房设计规范》、《氢氧站设计规范》、《供氢站设计规范》等，其中主要的设计要点有： (1)在主管末端要设计气体取样口，对于氢气和氧气，还需在主管末端设置放散管。放散管引至室外，应高出屋脊1米，并应有防雨、放杂物侵入的措施; (2)氢气、氧气管道间距问题; (3)氧气管道及其阀门、附件应经严格脱脂处理，并应设导除静电的接地设施; (4)氢气管道接至用气设备的支管和放散管，应设阻火器;引至室外的放散管，应设置防雷保护设施;应设导除静电的接地设施。 四、结论 大宗气体系统的设计是整个半导体工厂设计中的一个重要部分，虽然整个系统的流程并不复杂，但是其中任一环节的疏忽都可能会导致严重的后果。在设计中，必须在供气稳定、连续不中断的前提下，严格保证气体的品质，从而保障整个工厂生产的顺利进行。另外在成本方面也应有所考虑，力求达到安全性与经济性的平衡。 五、关于沃飞科技 深圳沃飞科技有限公司是专业从事工业流体设备的生产(AFK)、**(德国WITT、美国Partek、英国BIS、韩国Hiflux、法国SIS)、销售;我们为客户提供工业气体、高纯气体、特种气体、电子气体(含易燃、易爆及腐蚀性气体)及液体的阀门、管件、软管、卡套及接头配件、气体减压器、过滤器、压力表、电磁阀、流量计、变送器(压力、温度、液位等)、气体混配器、气体纯化器、分析仪、气体报警器、阀组、阀箱、气柜、供气汇流排、自动切换连续供气系统、高压瓶组及车充装系统、钢瓶处理系统、尾气处理设备等流体设备。 公司产品广泛应用于工业气体、天然气、石油、化工、机械、医疗、电子及微电子、半导体、太阳能光伏、各类实验室、研究所、生物医药、标准检测、电站、水压控制及燃料系统等各类行业。 深圳沃飞科技有限公司在流体的丰富控制经验得益于欧美发达国家的先进技术引进，我们根据客户要求设计完善的气体、液体及控制系统解决方案、定制、安装各类高品质的流体系统工程和技术服务。 本文出处：http://www.szwofei.com
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