غربال مولکولی کربن برای نیتروژن نیمه هادی: چگونه فاب ها N2 فوق العاده خالص خود را می سازند

چرا کارخانه های نیمه هادی نمی توانند نیتروژن را از قفسه بخرند؟

نیتروژن یکی از گازهای پرمصرف در کارخانه نیمه هادی است که برای پاکسازی محفظه ها، پوشش مراحل فرآیند واکنشی، خشک کردن ویفرها و جلوگیری از اکسیداسیون در حین ذخیره سازی و حمل و نقل استفاده می شود. مشکل این است که فابریک ها به طور مداوم به حجم زیادی از آن نیاز دارند و هر گونه آلودگی - حتی ردیابی اکسیژن یا رطوبت - می تواند یک دسته ویفر به ارزش هزاران دلار را خراب کند. حمل و نقل نیتروژن مایع برای عملیات های کوچکتر کار می کند، اما با بزرگ شدن کارخانه ها، ریسک تدارکات، هزینه و زنجیره تامین ناشی از اتکا به تحویل های خارجی به یک تعهد واقعی تبدیل می شود. این دقیقا همان شکافی است که غربال مولکولی کربن برای نیتروژن نیمه هادی این نسل برای پر کردن ساخته شده است: به کارخانه اجازه می دهد تا در صورت نیاز، نیتروژن خود را درست در جایی که نیاز است تولید کند، و از چیزی عجیب تر از هوای فشرده و فرآیند جداسازی هوشمند استفاده نمی کند.

تولید در محل همچنین وابستگی به برنامه های تانکرها، تاخیرهای آب و هوایی و کمبود گاز منطقه ای را از بین می برد. کارخانه ای که نیتروژن خود را از طریق یک سیستم غربال مولکولی کربن تولید می کند، عرضه خود را کنترل می کند، که زمانی که یک قطع برنامه ریزی نشده نیتروژن می تواند کل خط تولید را تعطیل کند، بسیار اهمیت دارد.

غربال مولکولی کربن در واقع چیست؟

غربال مولکولی کربن، که معمولاً به CMS کوتاه می شود، یک شکل مهندسی شده خاص از کربن فعال است. چیزی که آن را از کربن فعال معمولی متمایز می کند اندازه و یکنواختی منافذ آن است. این منافذ به اندازه ای دقیق بریده شده اند که می توانند تفاوت بین یک مولکول اکسیژن و یک مولکول نیتروژن را تشخیص دهند - دو گاز تقریباً یکسان اما نه کاملاً.

ترفند پشت جدایی

مولکول های اکسیژن کمی کوچکتر از مولکول های نیتروژن هستند و سریعتر در ریز منافذ کربن پخش می شوند. هنگامی که هوای فشرده از طریق بستر CMS رانده می شود، اکسیژن به سرعت در ساختار منافذ جذب می شود در حالی که مولکول های نیتروژن عمدتا از آن عبور می کنند و در پایین دست جمع می شوند. این یک فیلتر به معنای سنتی نیست - هیچ چیز به تنهایی از نظر اندازه از نظر فیزیکی بررسی نمی شود. این تفاوت در سرعت انتشار است، و این تفاوت همان چیزی است که یک سیستم CMS با طراحی خوب از آن برای جداسازی نیتروژن از هوای معمولی استفاده می کند.

داخل یک مولد نیتروژن CMS: فرآیند PSA مرحله به مرحله

اکثر ژنراتورهای نیتروژن غربال مولکولی کربن بر روی روشی به نام جذب نوسان فشار یا PSA کار می کنند. این نام دقیقاً توضیح می دهد که چه اتفاقی می افتد: فشار در دو یا چند بستر کربن بالا و پایین می شود به طوری که یک بستر نیتروژن را جدا می کند در حالی که دیگری در حال پاکسازی و تنظیم مجدد است.

• هوای فشرده، خشک و فیلتر شده تحت فشار بالا وارد اولین بستر CMS می شود.
• اکسیژن، همراه با دی اکسید کربن و رطوبت، ترجیحاً در منافذ کربن جذب می شود.
• گاز باقیمانده که اکنون نیتروژن غنی شده است، از بالای بستر خارج می شود و به یک مخزن بافر یا مستقیماً به خط توزیع فاب جریان می یابد.
• قبل از اشباع شدن بستر، سیستم جریان تغذیه را به بستر دوم تغییر می دهد تا جداسازی بدون وقفه ادامه یابد.
• بستر اول کاهش فشار داده شده و اکسیژن جذب شده را دوباره به اتمسفر آزاد می کند و در عرض چند ثانیه آماده استفاده مجدد است.

این نوسان ثابت بین تخت ها به همین دلیل است که خروجی به جای اینکه مبتنی بر دسته ای باشد، پیوسته است. یک سیستم با اندازه مناسب می تواند نیتروژن را در تمام ساعات شبانه روز بدون توقف کامل تولید تامین کند، که این امر برای کارخانه ای که نمی تواند شکاف های موجود در جو بی اثر خود را تحمل کند ضروری است.

در واقع نیتروژن چقدر خالص می شود؟

خلوص عددی است که هر مهندس فاب بیشتر به آن اهمیت می دهد، زیرا مراحل مختلف فرآیند تحمل متفاوتی را می طلبد. خلوص خروجی یک سیستم غربال مولکولی کربن به اندازه بستر، زمان چرخه، کیفیت هوای تغذیه و تعداد مراحل جداسازی مورد استفاده بستگی دارد. به طور کلی، fabs در این محدوده ها کار می کنند:

برای بالاترین درجه خلوص، یک سیستم CMS PSA اغلب با یک واحد پولیش ثانویه، مانند یک تصفیه کننده دئوکسو کاتالیزوری یا یک مرحله جذب اضافی، جفت می شود تا چند قسمت آخر در هر میلیون اکسیژن باقیمانده را از بین ببرد. هنگامی که برای حساس ترین محفظه های فرآیند به خلوص فوق العاده بالا نیاز است، Fabs به ندرت تنها به CMS تکیه می کنند - این دستگاه برای بخش عمده حجم، با پرداخت کشش نهایی، قدرت کار را دارد.

انتخاب غربال مولکولی کربن مناسب برای فابریک شما

همه غربال های مولکولی کربن قابل تعویض نیستند. انتخاب درجه اشتباه می تواند به معنای پرداخت هزینه برای ظرفیتی باشد که به آن نیاز ندارید، یا بدتر از آن، خلوص مورد نیاز یک مرحله فرآیند را کاهش دهید.

عواملی که در واقع مهم هستند

• توزیع اندازه منافذ - منافذ تنگ‌تر و یکنواخت‌تر معمولاً خلوص نیتروژن بالاتر اما سرعت جریان آهسته‌تری دارند.
• خلوص نیتروژن و سرعت جریان مورد نیاز برای مراحل فرآیند خاص شما، نه فقط یک میانگین در سراسر فاب.
• کیفیت هوای خوراک - هوای فشرده‌تر کثیف‌تر یا مرطوب‌تر عمر الک را کوتاه می‌کند و خلوص قابل دستیابی را کاهش می‌دهد.
• پیکربندی تخت - سیستم‌های دو تخته برای تقاضای متوسط ​​رایج هستند، در حالی که تنظیمات چند تخته یا چند مرحله‌ای برای عملیات‌های بزرگ و مداوم فاب مناسب هستند.
• سوابق فروشنده با کاربردهای درجه نیمه هادی به طور خاص، زیرا سیستم های CMS درجه مواد غذایی یا نوشیدنی با استانداردهای خلوص یکسان ساخته نشده اند.

ارزش این را دارد که سیستم را برای اوج تقاضا به اضافه یک حاشیه رشد معقول اندازه‌گیری کنید، زیرا تخت‌های CMS کم‌اندازه یکی از رایج‌ترین دلایل خلوص خلوص زمانی هستند که یک کارخانه تولید را افزایش می‌دهد.

راه اندازی سیستم CMS: نگهداری و طول عمر

بستر غربال مولکولی کربن یک ماده مصرفی نیست که هر چند ماه یکبار نیاز به تعویض داشته باشد. در شرایط عادی، CMS می‌تواند بین پنج تا ده سال یا بیشتر دوام بیاورد، زیرا فرآیند جداسازی کربن را از نظر شیمیایی تغییر نمی‌دهد - این یک چرخه جذب فیزیکی است، نه یک واکنش. گفته می شود، طول عمر به شدت به تمیز نگه داشتن هوای ورودی بستگی دارد.

آنچه عمر غربال را کوتاه می کند

انتقال روغن از کمپرسورها، رطوبت بیش از حد و آلودگی ذرات مقصر اصلی تخریب زودرس CMS هستند. این آلاینده‌ها سطوح منافذ را می‌پوشانند و مکان‌های جذب را که جداسازی را در وهله اول امکان‌پذیر می‌کنند، مسدود می‌کنند. به همین دلیل است که پیش فیلتر کردن، خشک‌کن‌های باکیفیت، و فیلترهای ادغام‌کننده در بالادست تخت‌های CMS موارد اضافی اختیاری نیستند - آنها چیزی هستند که از سرمایه‌گذاری در خود غربال محافظت می‌کنند.

چک های روتین ارزش زمان بندی را دارد

• خلوص خروجی را به طور مداوم با یک آنالایزر اکسیژن کنترل کنید تا زودتر دریفت را بگیرید.
• پیش فیلترها را طبق برنامه پیشنهادی سازنده بازرسی و تعویض کنید.
• زمان بندی شیر و چرخه را به صورت دوره ای بررسی کنید، زیرا یک شیر چسبنده می تواند نوسان فشار را از بین ببرد و خلوص را بی سر و صدا کاهش دهد.
• عملکرد کمپرسور را ثبت کنید، زیرا یک کمپرسور با مشکل در بالادست یکی از دلایل اصلی عملکرد ضعیف CMS است.

تولید CMS در محل در مقابل نیتروژن مایع تحویلی: واقعاً چه هزینه ای دارد

هزینه اولیه یک ژنراتور نیتروژن غربال مولکولی کربن بیشتر از امضای قرارداد تامین برای تحویل نیتروژن مایع است. اما این مقایسه تنها بخشی از داستان را بیان می کند. نیتروژن مایع تحویلی هزینه‌های مستمری را برای هر تانکر، به علاوه اجاره مخزن ذخیره، تلفات ناشی از جوشش، و قرار گرفتن در معرض نوسانات قیمت مرتبط با بازارهای گاز منطقه ای به همراه دارد. یک سیستم CMS، پس از نصب، عمدتاً هزینه برق برای راه اندازی کمپرسور هوا و تعمیر و نگهداری دوره ای دارد - بدون هزینه تحویل، بدون جوش، و بدون وابستگی به تدارکات تامین کننده.

برای کارخانه‌هایی که تقاضای نیتروژن ثابت و بالا دارند، دوره بازپرداخت در یک سیستم CMS اغلب در چند سال اندازه‌گیری می‌شود، پس از آن تولید در محل به‌ازای هر واحد نیتروژن به‌طور معنی‌داری ارزان‌تر از تحویل مداوم است. عملیات‌های کوچک‌تر یا بسیار متغیر، گاهی اوقات یک رویکرد ترکیبی بهترین کارایی را پیدا می‌کنند: یک مولد CMS برای تقاضای پایه، با پشتیبانی از تحویل نیتروژن مایع برای افزایش تقاضا یا به عنوان یک ذخیره اضطراری اگر ژنراتور آفلاین شود.

مشکلات رایج و نحوه عیب یابی آنها

حتی سیستم‌های غربال مولکولی کربن که به خوبی طراحی شده‌اند در طول زمان با مشکلاتی مواجه می‌شوند و بسیاری از آنها به تعدادی از دلایل ریشه‌ای بازمی‌گردند.

• خلوص سقوط: معمولاً آلودگی هوا، خرابی پیش فیلتر یا بستر CMS که عمر قابل استفاده آن به پایان می رسد.
• نرخ جریان متناقض: اغلب نشانه ای از سایش دریچه یا عدم تعادل در زمان نوسان فشار بین تخت ها است.
• مصرف انرژی بیشتر از حد انتظار: اغلب به یک کمپرسور بزرگ برمی گردد که در برابر ظرفیت تخت CMS کم اندازه کار می کند.
• خرابی ناگهانی خلوص: ابتدا ترکیدگی عنصر فیلتر یا نفوذ رطوبت از خشک کن خراب را بررسی کنید، زیرا اینها سریعترین علل هستند.

نگه داشتن گزارش تعمیر و نگهداری در کنار نظارت بر خلوص در زمان واقعی، تشخیص این مسائل را قبل از تأثیرگذاری بر تولید آسان‌تر می‌کند و آنچه را که می‌تواند یک رویداد گران‌قیمت ضایعات ویفر باشد به یک تغییر معمول فیلتر تبدیل می‌کند.