Проектирование высоковакуумной магистрали
Проектирование высоковакуумной магистрали
1
19
Введение
1 . Це ль работы : закрепить знания, полученные при изучении дисциплины «Основы вакуумной техники», по проектированию и расчету откачной вакуумной системы технологического оборудования микроэлектроники. Студент должен рассчитать газовые потоки, правильно и обоснованно выбрать откачные средства, рассчитать проводимости соединительных трубопроводов, оценить совместимость откачных средств, определить фактическую быстроту откачки и перепады давления в трубопроводах, а так же на основании проведенных расчетов выбора типоразмеров откачных средств, затворов и вентилей, выполнить чертеж вакуумной системы (в эскизном исполнении).
1 . Ра счет высоковакуумной магистрали
1.1 Определение стационарного газового потока ,где - поток газа, определяющийся технологическим выделением газа из нагреваемых элементов внутрикамерных устройств,- натекание через уплотнения рабочей камеры,- диффузное газовыделение,- газовыделение от подложки. , ,, где - газовыделение рабочей камеры,, [лит-ра 2, стр. 64-65]- внутренняя поверхность камеры,где - размеры рабочей камеры,-размеры присоединительного фланца;,, где - удельное газовыделение материала (Cu) призаданной температуре, [см. лит-ра 3, стр. 471, приложение],- объем подложкодержателя,- плотность меди,, [см. л ит-ра 4, стр . 1 15, табл38]
- время газовыделения;
.
Тогда стационарный газовый поток равен
.
1 .2 Пр едварительный выбор высоковакуумного насоса
Ориентировочная быстрота откачки рабочей камеры диффузионным насосом
.
Быстрота действия диффузионного насоса
,
.
По быстроте действия в диапазоне впускных давлений выбираем насос НВД-1400 с характеристиками (литература 2, стр. 254, табл. 10.6):
Быстрота действия .
Предельное остаточное давление .
Наибольшее выпускное давление .
Расход охлаждающей воды .
Мощность электронагреватель 2,2 кВт.
Габаритные размеры .
Масса .
Объем масла .
Условный проход фланца:
входного .
выходного ;
Требуемая быстрота действия форвакуумного насоса .
1 .3 Ра счет проводимостей и выбор элементов высоковакуумной магистрали
Расчет проводимости шевронно- конической ловушки
, где - удельная проводимость ловушки
- (литер. 2, стр. 258, табл. 11.1),
- площадь входного отверстия ловушки
,
- задаваемый размер.
.
Проверим режим течения в ловушке:
давление в ловушке:
, где - давление на входе в насос ,
- быстрота действия насоса,
.
Выражение - режим молекулярный.
Расчет проводимости трубопровода (е)
Задаем диаметр трубопровода .
Проводимость участка
. [литер. 2, стр. 41, формула. 3.58]
Найдём отношение
[литер. 2, стр. 41, табл. 3.3],
.
Проверим режим течения в трубопроводе (е):
давление в трубопроводе:
.
Выражение - режим молекулярный.
Проводимость затвора
Выбираем затвор РСУ 1 А -200 [литер. 2, стр. 109, табл. 7.1] с проходным диаметром и проводимостью .
Проверим режим течения в затворе
давление в затворе:
.
Выражение - режим молекулярный.
Расчет проводимости трубопровода (д)
Задаем диаметр трубопровода .
Проводимость участка
.
Найдём отношение
[литер. 2, стр. 41, табл. 3.3],
.
Проверим режим течения в трубопроводе (д):
давление в трубопроводе:
.
Выражение - режим молекулярный.
Расчёт проводимости вдоль заливной ловушки
Внешний диаметр ловушки , внутренний диаметр ловушки ,
длина ловушки.
Для цилиндрического трубопровода с коаксиальным расположением стержня проводимость вычисляется
.
Проверим режим течения в заливной ловушке
давление в заливной ловушке:
.
Выражение - режим молекулярный.
Расчет проводимости трубопровода (г)
Задаем диаметр трубопровода .
Проводимость участка
.
Найдём отношение
(литер. 2, стр. 41, табл. 3.3),
.
Проверим режим течения в трубопроводе (г)
давление в трубопроводе:
.
Выражение - режим молекулярный.
Проводимость затвора
Выберем затвор [литер. 2, стр. 109, табл. 7.1] такой же как и с проходным диаметром и проводимостью .
Проверим режим течения в затворе
давление в затворе:
.
Выражение - режим молекулярный.
Расчёт проводимости присоединительного фланца (о)
Проводимость фланца
Проверим режим течения во фланце
давление во фланце:
.
Выражение - режим молекулярный.
Проводимость:
.
Сечение рабочей камеры
Сечение фланца
.
Давление в рабочей камере:
- режим молекулярный
Расчет общей проводимости высоковакуумной магистрали
Время откачки камеры высоковакуумным насосом до предельного давления в камере
где - объем рабочей камеры.
Действительные параметры откачки высоковакуумным насосом
- эффективная быстрота откачки,
- фактическое предельное давление в камере.
Оценка пригодности высоковакуумного насоса
Проводимость затвора
Выберем затвор ЗППл-63 ([2], стр. 109, табл. 7.1) с проходным диаметром и проводимостью .
Давление на выходе затвора:
.
Расчет давления в трубопроводе (в) до диафрагмы
Задаем диаметр трубопровода .
Проводимость участка
.
Найдём отношение :
([2], стр. 41, табл. 3.3),
.
Проверим режим течения в трубопроводе (в)
давление в трубопроводе:
.
Выражение - режим молекулярный
Проводимость диафрагмы
.
.
2 . Ра счет форвакуумной магистрали
2 .1 Пр едварительный выбор механического насоса
Минимальная быстрота действия механического (форвакуумного) насоса.
.
Выбираем механический насос НВЗ-20 [лит-ра 2, стр. 199, табл. 9.9] с параметрами:
Быстрота действия .
Предельное остаточное давление:
парциальное без газобаласта ,
полное без газобаласта ,
полное с газобаластом .
Объем масла, заливаемого в насос .
Расход воды в рубашке охлаждения - охлаждение воздушное
Частота вращения .
Мощность электродвигателя 2,2кВт.
Число ступеней 1.
Габаритные размеры .
Масса .
Расчет проводимости трубопровода (н) до затвора
.
Задаем диаметр трубопровода .
Проводимость участка
.
Найдём отношение
([2] стр. 41, табл. 3.3),
.
Проверим режим течения в трубопроводе (н):
давление в трубопроводе:
.
Выражение - режим промежуточный.
Проводимость затвора
Выбираем затвор ЗППл-63 с проходным диаметром и проводимостью .
Давление на выходе затвора:
.
Расчет проводимости трубопровода (н) после затвора
.
Задаем диаметр трубопровода .
Проводимость участка
.
Найдём отношение
([2], стр. 41, табл. 3.3),
.
Проверим режим течения в трубопроводе (н):
давление в трубопроводе:
.
Выражение - режим промежуточный.
Расчет проводимости трубопровода (л , к )
.
Задаем диаметр трубопровода .
Проводимость участка
.
Найдём отношение
([2], стр. 41, табл. 3.3),
.
Проверим режим течения в трубопроводе (л, к):
давление в трубопроводе:
.
Выражение - режим промежуточный.
Проводимость затвора
Выбираем затвор ЗППл-63 с проходным диаметром и проводимостью .
Давление на выходе затвора:
.
Расчет проводимости трубопровода (и)
.
Задаем диаметр трубопровода .
Проводимость участка
.
Найдём отношение
([2], стр. 41, табл. 3.3),
.
Проверим режим течения в трубопроводе (и):
давление в трубопроводе:
.
Выражение - режим вязкостный.
Время откачки камеры форвакуумным насосом
.
.
Расчет общей проводимости форвакуумной магистрали
Д иаграмма распределения давления
8 - ВВН; 7 - шевронно-коническая ловушка; 6 - трубопровод (е); 5 - затвор ;
4 - заливная ловушка; 3-трубопровод (г); 2-затвор ; 1 - фланец (о); 0 - рабочая камера;
Элементы системы
Временная циклограмма
Вакуумная камера
Список используемой литературы
1. Курс лекций по вакуумной технике
2. Фролов Е.С. Справочник «Вакуумная техника. Справочник». 1985 г.
3. А.И. Пипко «Конструирувание и расчёт вакуумных систем». 1979 г.
4. Гетлинг Б.В. «Справочник электротехника». 1961 г.