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BSGS大宗供气系统

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BSGS大宗供气系统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。,此系统是在气柜基础上开发的,可以持续进行超大流量不间断供应的特气供应系统.

主要适用于:Semiconductor、TFT、Sun Solar等工厂特气的集中供气

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。以我司的设计经验,在设计中要着重考虑以下几个方面。 

(1)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。  

(2)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。