авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 8 |

«УДК 621.762 ББК 30.63 Н62 Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Проектирование и оборудование цехов по производству по- ...»

-- [ Страница 3 ] --

Задан выпуск продукции Задано потребление сырья а б Рис. 11. Схема расчета баланса с оборотами Если материальный поток проектируемого производства задан выпуском конечной продукции, первоначально ведут расчет по элементу от конечной продукции до операции, на которой получается оборотный продукт. Расчет по элементу этой операции позволяет узнать, какое количество извлекаемого эле мента переходит в обороты. После этого от операции, на которой получаются оборотные продукты, до операции, на которой они возвращаются в основной производственный поток, ведут параллельный расчет по элементу по основной технологической линии и по линии циркуляции оборотов. Расчет по основной линии позволяет определить, какое общее количество элемента должно быть введено на операцию. Расчет по линии циркуляции оборотов позволяет устано вить, какое количество извлекаемого элемента будет введено на операцию с оборотами. По разности этих величин определяют, какое количество элемента должно поступить на операцию из основной линии переработки сырья.

После определения этого количества производят расчет по элементу для части схемы от операции, на которой обороты возвращаются в основной технологический поток, до операции ввода сырья. Далее устанавливают ко Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -68 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 7 Расчет материального баланса полной технологической схемы личество исходного сырья и рассчитывают полный материальный баланс в порядке, противоположном порядку расчета по элементу. Первоначально от начала процесса до готовой продукции просчитывают основной технологи ческий поток. При этом на операции возврата оборотов в производство со став оборотов будет задан, а количество определяют на основе баланса по элементу. После расчета баланса основного производственного потока рас считывают полный материальный баланс линии циркуляции оборотов. Если объем производства зависит от количества потребляемого сырья, расчет от личается от предыдущего тем, что первоначальный расчет по элементу про водят на условное количество. Затем этот расчет корректируют в соответст вии с заданным количеством извлекаемого элемента в исходном сырье.

Порядок расчета схемы с разветвлением технологического потока в конце В отличие от простой схемы, не имеющей разветвления технологиче ского потока, суммарное извлечение для схемы, предусматривающей исполь зование оборотных продуктов, может быть выражено только через отноше ние количества извлекаемого компонента в конечной продукции к количест ву его в исходном сырье.

Блок-схему производства третьего типа можно рассматривать как соче тание трех схем первого типа. Соответственно строится порядок расчета (рис. 12). Если задано количество перерабатываемого сырья, последователь но рассчитывают, начиная с операции ввода сырья, полный материальный баланс. Если задано количество конечной продукции, по одному из ее видов предварительно рассчитывают баланс по элементу. Определяют исходное количество сырья и затем опять рассчитывают полный баланс. При этом объ ем производства продукции, получаемой по другой ветви схемы, зависит от исходного соотношения содержания полезных компонентов в сырье и техно логических возможностей по их извлечению.

Один из вариантов схемы с разветвлением потока в конце это произ водство, в котором однокомпонентное сырье перерабатывается на два раз личных вида конечной продукции. При этом должно быть задано количест венное соотношение этих видов продукции. Если заданы абсолютные коли чества всех видов продукции, то идет обыкновенный расчет по элементу от конечной продукции до сырья, а затем полный расчет материального баланса от сырья до конечной продукции. При прямом задании распределения извле каемого компонента между ветвями схемы, выпускающими различные виды продукции, и при известном количестве сырья сразу рассчитывают полный материальный баланс от головных операций до конечной продукции.

Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -69 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 7 Расчет материального баланса полной технологической схемы Задано потребление Задан выпуск Задан выпуск сырья одного из видов продукции двух видов продукции Рис. 12. Схема расчета баланса с разветвлением технологического потока в конце Следует учитывать, что для технологической схемы в целом, в отличие от отдельной операции, материальный поток может быть задан не только ко личеством исходного сырья или конечной продукции. Возможен случай, ко гда материальный поток производства задается количеством одного из про межуточных продуктов. Применительно к рассматриваемой схеме таким продуктом может быть продукт, производимый на операции, после которой технологический поток делится на две ветви. Для этого случая первоначаль но ведут расчет по элементу от операции, на которой производится заданный промежуточный продукт, до головы процесса. И затем от сырья до конечной продукции рассчитывают полный материальный баланс.

Расчет схем с разветвлением технологического потока в голове Расчет схем четвертого типа (рис. 13) имеет ту особенность, что в каче стве обязательной заданной величины исходные данные должны содержать соотношение материальных потоков двух сырьевых ветвей.

Если материальный поток задан через количество исходного сырья, то это предопределяет соотношение материальных потоков для отдельных вет вей. Расчет полного материального баланса ведут от головных операций до операции объединения потоков.

Затем полный материальный баланс для общего технологического по тока рассчитывают от операции объединения потоков до конечной продук ции. При задании количества конечной продукции расчет, как и в ранее разо бранных случаях, первоначально проводят по элементу от конечной продук ции до операции, на которой объединяются сырьевые потоки. Распределение потока по сырьевым ветвям производится различными методами в зависимо сти от способа задания соотношения материальных потоков в этих ветвях.

При задании масштаба потребления одного из видов сырья вторая ветвь ма териального потока считается по разности между количеством извлекаемого Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -70 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 7 Расчет материального баланса полной технологической схемы элемента, необходимого для заключительных операций объединенного пото ка, и количеством этого элемента, поступающим из ветви, объем производст ва для которой задан. После расчета баланса по элементу объединенной час ти схемы рассчитывают полный материальный баланс ветви с заданным по треблением сырья. По разности определяют количество элемента, которое должно поступать с другой ветви. Затем проводят расчет по элементу второй ветви от операции объединения потоков до сырья. После того как количество сырья для второй ветви определено, рассчитывают полный материальный ба ланс для всей схемы от сырья до конечной продукции, за исключением пер вой сырьевой ветви, для которой этот расчет был проведен ранее.

Заданы потребление Заданы выпуск Задано потребление одного вида сырья продукции двух видов сырья и соотношения и соотношение между видами сырья видов сырья Рис. 13. Схема расчета баланса с разветвлением технологического потока в голове Если соотношение материальных потоков сырьевых ветвей схемы за дано количеством полезного компонента, поступающего из каждой ветви, расчет несколько упрощается. В этом случае первоначально ведут расчет по элементу от конечной продукции до операции объединения сырьевых ветвей.

На этой операции общее количество элемента, которое должно быть введено, делят в соответствии с заданным соотношением. Полученные в результате деления количества являются отправной точкой для расчета по элементу ка ждой из ветвей. Расчет ведут от операции объединения потоков к началу процесса. В результате расчетов по элементу определяют необходимое коли чество сырья для каждой из ветвей схемы. После этого рассчитывают полный материальный баланс от сырья до конечной продукции.

Формы записи материальных балансов Для материальных балансов применяются различные формы записи.

Формы записи определяются типом и назначением баланса.

Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -71 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 7 Расчет материального баланса полной технологической схемы Ниже приведена (табл. 1) наиболее подробная форма записи на приме ре расчета материального баланса технологической операции отгонки герма ния из шлака путем восстановления двуокиси германия цинком:

GeO2(в шлаке) + Zn = GeO + ZnO (в шлаке) Таблица Полный материальный баланс операции восстановления двуокиси германия цинком Статьи прихода Статьи выхода кг % кг % продукта продукта Шлак 500 100,0 GeO 5000 100, GeO2 5 904 13,6 Шлак 100, Примеси 37 507 86,4 ZnO 4 576 9, Цинк 8 483 16, Цинк 12 155 100,0 Примеси 37 507 74, По аналогичной форме может быть составлена запись материального баланса по элементам.

На основе полного материального баланса составляется баланс матери ального потока или, иначе, просто материальный поток. В отличие от таблиц полного материального баланса и баланса по элементу таблица материально го потока составляется на несколько операций или на весь проектируемый объект в целом. Образец записи материального потока показан в табл. 2.

Таблица Таблица часового материального потока Номер Поступление Выход опе- Операция Масса, кг Масса, кг продукта продукта рации Лопаритовый Паро-газовая 500,00 727, концентрат смесь 5 Хлорирование Хлор Плав 577,72 404, испаренный хлоридов Кокс 61,54 Потери 7, 6 Конденсация Всего 1 139,26 Всего 1 139, Особо следует отметить часто применяемую графическую форму изо бражения баланса по элементу или соединению. При использовании этой формы количество элемента показывается в масштабе шириной линии мате риального потока, что делает схему весьма наглядной. Примером может слу жить образец такой схемы, составленной для упрощения применительно к производству с небольшим числом укрупненных операций (рис. 14).

Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -72 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 7 Расчет материального баланса полной технологической схемы Сырье Передел Потери Передел 2 Переработка оборотов Потери Потери Передел Потери Годный продукт Рис. 14. Схема материального потока в масштабе Расчет материального баланса является разделом технологического проектирования и в значительно большей степени, чем другие разделы, фор мализован, что создает возможности для использования при его выполнении современной вычислительной техники. Специфическое значение расчета ма териального баланса в проекте связано с тем, что при расчете материального баланса выявляются полнота использования полезных компонентов мине рального сырья, перерабатываемого на проектируемом предприятии, и ком плексность использования сырья. Выявление при расчете материального ба ланса номенклатуры, количества и состава отходов позволяет количественно определить возможность опасного воздействия проектируемого предприятия на природу и предусмотреть необходимые защитные мероприятия.

План расположения оборудования, расчет мощности и числа единиц оборудования На основе принятой принципиальной технологической схемы разраба тывается аппаратурно-технологическая схема (рис. 15, рис. 16), компонуется поточная автоматическая линия, выбираются тип и количество оборудова ния.

Затем разрабатывается план расположения оборудования и составляет ся общий компоновочный план цеха в соответствующем масштабе (1:100, 1:200 и т. д.).

Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -73 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 7 Расчет материального баланса полной технологической схемы Fe(CO) 12 Ввод HN3 газов Вода СО Рис. 15. Аппаратурно-технологическая схема получения пентакарбонила железа:

1 емкость, 2 фильтр, 3 дозатор, 4 испаритель, 5 трубопровод, 6 аппарат разложения, 7 циклон, 8 рукавный фильтр, 9 скруббер, 10 газгольдер, 11 магнитный фильтр, 12 компрессор, 13 теплообменник После разработки строительной схемы и компоновки на план корпуса наносятся сетка колонн, основные въезды, главные проезды и проходы, уточненные границы отдельных помещений и участков, трансформаторные подстанции и основные вентиляционные установки, а также намечаются пу ти передвижения механизированного транспорта.

Далее производится выполнение рабочих чертежей на основе утвер жденного технического проекта. Рабочие чертежи изготавливаются в соот ветствии с утвержденным техническим проектом, они являются основным документом для выполнения строительно-монтажных работ. При разработке рабочих чертежей уточняются и детализируются принятые в техническом Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -74 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 7 Расчет материального баланса полной технологической схемы проекте решения в объёме и составе, необходимом для осуществления строи тельно-монтажных работ.

Разработка рабочих чертежей начинается с разработки генерального плана, наружных инженерных сетей, рельсовых и безрельсовых дорог.

Железосодержащее сырье N2 СО Fe(СO) СО 4 Рис. 16. Аппаратурно-технологическая схема получения порошка железа разложением пентакарбонила железа:

1 колонна синтеза, 2 газгольдер, 3 насос, 4 маслоотделитель, 5 теплообменник, 6 фильтр, 7 конденсатор, 8 сепаратор, 9 сборник, 10 емкость, 11 сборник Если применяются типовые проекты, разрабатываются рабочие черте жи, необходимые для привязки этих проектов к местным условиям.

В комплект рабочих чертежей входят:

• планировка цеха, отделений и участков с размещением оборудова ния;

• монтажные планы и разрезы;

чертежи нестандартного оборудования, инструментов и приспособлений;

• схемы организации рабочих мест;

• схема оборудования цеха ограждениями, согласно требованиям охра ны труда и техники безопасности;

• схема размещения санитарно-технических и энергетических устано вок, фундаментов;

• строительные чертежи, увязанные с фундаментом и расположением всех типов оборудования. План цеха выполняется в масштабе 1:100 или 1:200, а разрезы, соответственно, 1:50 или 1:25.

Планировка цеха и размещение в нём оборудования Планировка цеха наиболее сложный и принципиальный вопрос про ектирования. При решении этого вопроса учитываются применяемые мате Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -75 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 7 Расчет материального баланса полной технологической схемы риалы и способы их хранения;

типы и количество оборудования, и удобство их обслуживания;

условия труда рабочих;

наличие грузопотоков и т. д.

Цех порошковой металлургии обычно состоит из следующих участков или отделений:

1. Склад металлических порошков и других материалов.

2. Размольно-смесительное отделение.

3. Отделение смешивания порошков и грануляции.

4. Прессовое отделение или отделение формования заготовок изделий.

5. Отделение спекания и производства защитных газов.

6. Отделение калибровки, доводки, пропитки или других видов допол нительной обработки готовых изделий.

7. Склад готовой продукции.

8. Лаборатория, участок ОТК, конторские и бытовые помещения.

Предприятия порошковой металлургии должны располагаться на про мышленной площадке в соответствии с требованиями строительных норм и правил, санитарных и противопожарных норм проектирования промышлен ных предприятий.

Ниже приводятся некоторые правила размещения оборудования и от дельных переделов производства, которые необходимо учитывать при вы полнении планировки.

Отделение приема сырья и склады добавок должны располагаться со стороны поступления сырья.

Склад готовой продукции размещается со стороны отправки продукции во избежание пересечения грузовых потоков.

При компоновке и расположении производственного корпуса на про мышленной площадке рекомендуется в отдельных случаях предусматривать возможность его расширения.

Расположение цеха и его участков должно предусматривать макси мальную поточность производства с сокращением холостых пробегов внут рицехового транспорта.

При расположении отдельных машин и агрегатов следует учитывать применение минимального количества передающих транспортных устройств (конвейеров, элеваторов) с минимальной их протяженностью.

Основные агрегаты рекомендуется устанавливать на уровне пола зда ния (линейная схема размещения оборудования).

Размещение оборудования в производственных помещениях и на рабо чих местах не должно представлять опасности для обслуживания персонала.

Движение людей к рабочим местам должно производиться по наиболее коротким маршрутам с наименьшим количеством пересечений транспортных потоков.

Оборудование следует располагать, по возможности, в зоне действия эксплуатационных подъёмно-транспортных средств.

Размещение технологического оборудования должно обеспечивать безопасность и удобство его эксплуатации, обслуживания, ремонта, а также монтаж и демонтаж в любой последовательности.

Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -76 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 7 Расчет материального баланса полной технологической схемы При размещении оборудования необходимо руководствоваться его га баритными и монтажными чертежами, разрабатываемыми заводами изготовителями.

При наличии внутрицехового транспорта необходимо предусмотреть для него проезды, обеспечив при этом проходы не менее 1 м.

Конструкция и размещение конвейеров в производственных помеще ниях, галереях, эстакадах, приямках должны соответствовать требованиям безопасности.

Для механизации ремонтных работ необходимо предусматривать при способления для съема, установки и транспортировки отдельных деталей массой более 50 кг.

При штучном и малосерийном характере производства пересечение грузопотоков возможно, но не желательно.

По возможности, материалы с одной операции на другую необходимо передавать самотеком, что обуславливает близкое расположение агрегатов между собой.

Взрывоопасные, пылящие агрегаты и агрегаты, работа которых сопро вождается большим шумом, необходимо устанавливать в изолированных по мещениях.

Печи и прессовое оборудование размещают на расстоянии 11,5 м от стен.

При планировке расположения оборудования необходимо исходить из возможности строительства здания цеха прямоугольной формы.

В процессе хранения металлические порошки окисляются, что, в ко нечном счете, приводит к снижению качества изделий. Поэтому в цехе пре дусматривается отделение довосстановления металлических порошков, кото рое в некоторых случаях совмещается с отделением спекания. Расположение цеха порошковой металлургии средней и малой мощности на действующем предприятии в отдельном здании, находящемся на некотором расстоянии от других цехов, не всегда целесообразно. Этот цех может быть расположен в общем пролете, но обязательно отделен от него капитальной стеной.

Если принята многоэтажная схема здания, то технологический процесс проектируется сверху вниз. На верхнем этаже устанавливаются бункеры для шихтовых материалов и оборудование для подготовки и смешения порош ков, ниже отделение формования и спекания. Все основное технологиче ское оборудование цехов и участков небольшой мощности может быть рас положено в общем корпусе. Исключение составляет отделение смесительно размольного оборудования, которое должно быть отделено от остальных по мещений перегородками из-за шума и пыли, создаваемых в процессе размола и смешения порошков. Установка для получения контролируемых атмосфер (водорода, эндотермического газа, окиси углерода, диссоциированного ам миака) должна, как правило, находиться вне основного помещения и быть отгороженной от него капитальными стенками.

Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -77 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 7 Расчет материального баланса полной технологической схемы Мощность и режим работы предприятия Производственная мощность предприятия устанавливается на основа нии задания на проектирование, выдаваемого заказчиком. Режим работы предприятия по основным и вспомогательным участкам обосновывается проек том. Количество рабочих дней в году при пятидневной рабочей неделе 260, при шестидневной 305, при семидневной рабочей неделе 365. Продолжи тельность смены, как правило, 8 часов. Пятидневная рабочая неделя реко мендуется для вспомогательных производств (ремонтно-механические мас терские, материальные склады), шести- и семидневные рабочие недели для основного производства.

Номинальный годовой фонд рабочего времени определяется по формуле Тг = N·n·t, где Тг фонд рабочего времени, ч;

N количество рабочих дней в году;

n количество рабочих смен в сутки;

t продолжительность рабочей смены, ч.

Расчетное рабочее время оборудования в год находят по формуле Тр = Тг ·Кти, где Тр расчетное рабочее время, ч;

Кти коэффициент технического исполь зования, Кти = К1·К2, где К1 коэффициент использования внутрисменного времени работы техно логического оборудования, предусматривающий потери времени на чистку, смазку, подналадку оборудования внутри смены, потери времени по передаче смены и уборке рабочего места;

К1 = 0,9 (при трехсменной работе оборудова ния), К1 = 0,97(при двухсменной работе оборудования);

К2 коэффициент использования оборудования с учетом планово-предупредительных ремон тов;

К2 = 0,93 (при прерываемой работе оборудования;

К2 = 0,90 (при непре рывной работе оборудования). Коэффициент использования тепловых агре гатов к плановому времени их работы соответствует 0,95.

Расчетная часовая производительность отдельных единиц оборудова ния и технологических линий отдельных переделов производства, ограни ченных буферными емкостями, обеспечивающими независимую работу смежных переделов на определенный период времени, находится по формуле Пч = Пп·Кти·Кгу, где Пч часовая производительность оборудования и технологических линий отдельных переделов, шт/ч(т/ч);

Пп паспортная часовая производительность оборудования, т/ч (для расчетов по технологической линии принимается наименее производительная машина или механизм);

Кти коэффициент тех нического использования оборудования;

Кгу коэффициент готовности от Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -78 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 7 Расчет материального баланса полной технологической схемы дельных единиц оборудования и всего оборудования данного участка, рав ный произведению коэффициента готовности всех машин, входящих в состав линии, Кгу = Кг1·Кг2·Кгi.

Коэффициент готовности питателей и дозаторов соответствует 0,985;

смесителей 0,97;

дробильно-помольного оборудования 0,97;

прессов 0,97;

автоматов укладчиков, садчиков, пакетировщиков 0,97;

толкателей, передаточных тележек 0,985, печей 0,985. При проектировании необхо димо обеспечить максимальное значение Кгу за счет устройства в технологи ческой линии промежуточных буферных емкостей. Количество единиц обо рудования и принимаемых технологических линий для обеспечения годовой производительности определяется по формуле:

N = Пг/Пч·Тг, где Пг годовая производительность, шт (т);

Пч часовая производительность технологических линий, шт (т);

Тр расчетное рабочее время работы обору дования в год, ч.

Годовую производительность единиц оборудования и технологической линии в целом определяют на основе расчета материального баланса. Коэф фициент загрузки каждого агрегата определяется по соотношению Кз = nрасч/nфакт, где в числителе количество необходимых агрегатов, а в знаменателе ре ально включенных в технологический процесс.

Компоновочные решения цехов порошковой металлургии Расстановка основного оборудования в цехе является одной из важ нейших и в то же время сложных операций технологического проектирова ния.

Важность этой операции состоит в том, что расположение оборудова ния определяет производственные потоки, которые оказывают решающее влияние на технико-экономические результаты работы цеха или участка, большого или малого.

Сложность этой операции состоит в том, что при проектировании но вых предприятий приходится одновременно решать две взаимосвязанных за дачи, а именно: выбрать форму здания с количеством и размерами пролетов и применительно к ним сделать расстановку оборудования (табл. 3). Решение каждой из этих задач в большинстве случаев допускает несколько возмож ных вариантов. Поэтому для выбора оптимального варианта приходится на мечать и исследовать несколько возможных, кажущихся на первый взгляд наиболее подходящими, равноценных вариантов с тем, чтобы из них выбрать и обосновать оптимальный. В одном пролете располагают, как правило, одну или две технологические линии. Размеры пролетов определяются габаритами Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -79 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 7 Расчет материального баланса полной технологической схемы оборудования, компоновкой с учетом проходов, проездов и условиями рабо ты транспортного оборудования (табл. 4).

Таблица Нормы расстояний между оборудованием Размеры оборудования в плане, м Расстояние 1,80,8 4,02,0 8,04,0 16,06, Между агрегатами по фронту 0,7 0,9 1,5 2, Между тыльными сторонами агре 0,7 0,8 1,2 1, гатов Между агрегатами при поперечном 1,3 1,5 2, положении к проезду При расположении агрегатов фрон 2,0 2,5 3, том друг к другу От стен или колонн здания:

до тыльной или боковой стороны 0,7 0,8 0,9 1, до фронта агрегата 0,8 1,5 2, Таблица Нормы ширины проходов и проездов для цеховых транспортных средств Грузо Ширина подъемность Назначение прохода или проезда прохода или транспортных проезда, м средств, т Проход рабочих 1,21, Проезд электрокар:

при одностороннем движении 15 2,22, при двухстороннем движении 15 3,04, Проезд электропогрузчиков с подъемными вилами:

при одностороннем движении 0,530 2,53, при двухстороннем движении 0,530 3,55, Проезд грузовых автомашин или пожарный проезд 15 5,05, Проезд или ввод железнодорожных путей широкой колеи 5, К рациональному размещению оборудования в цехе предъявляются оп ределенные требования.

Производственные потоки должны быть минимальными, без значи тельных возвратных движений и, по возможности, непересекающимися.

Должны быть исключены или, в крайнем случае, сведены до миниму ма, передачи обрабатываемого материала из пролета в пролет, если для такой передачи необходимы перегрузки или специальные передаточные устройст ва.

Должно иметь место простое территориальное объединение (близкие к прямоугольным) отдельных рабочих мест в производственные отделения, уча стки, пролеты с родственными видо-размерами, технологическими процессами.

Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -80 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 7 Расчет материального баланса полной технологической схемы Должны быть обеспечены проходы, проезды, места для складирования обрабатываемого материала до и после обработки на каждой установке и аг регате (у машин, печей, поточных линий и т. д.), места для складирования страховых запасов материала, места разворота электрокаров и электропо грузчиков. Проезды и проходы занимают 5 % общей площади и до 30 % про изводственной площади цеха.

Размеры пролетов и расстояния между колоннами должны быть подоб раны так, чтобы при минимальной стоимости здания были обеспечены удоб ства на рабочих местах и транспорте, соответствовали стандарту. Пролеты рекомендуется задавать без перепада по высоте, которые неизбежно ухуд шают условия строительства.

Участки с вредными выделениями должны быть расположены с учетом наиболее легкой возможности удаления этих выделений, утилизации их и ис ключения распространения по цеху.

Участки вспомогательного назначения должны быть расположены, по возможности, вблизи обслуживаемых производственных или рабочих мест.

Установки, подающие сжатый воздух, жидкое топливо, жидкость вы сокого давления для гидроприводов и т. п. должны быть расположены так, чтобы соответствующие коммуникации имели минимальную протяженность, создавали наименьшее сопротивление движению этих сред и были отделены от основного цеха капитальными стенами или вынесены за пределы цеха.

Должны быть намечены места для разных обязательных коммуникаций и устройств для них (электроэнергия, водоканализация, кислотоотводы и др.).

Должна быть исключена возможность смешения обрабатываемых ма териалов и их отходов с различными свойствами.

Должны быть обеспечены требования технической и противопожарной безопасности, изложенные в соответствующих инструкциях, особенно при обработке металлов и сплавов с самовозгорающейся стружкой (алюминий, магний и их сплавы и т. п.).

Расстояние между оборудованием должно соответствовать нормам техники безопасности и промсанитарии.

В зависимости от заданных производственных условий, габаритов ос новного оборудования и организации рабочих мест, расположение оборудо вания может быть:

1) продольным, при котором длинная сторона габаритного прямо угольника оборудования параллельна оси пролета. Такое расположение при меняется, когда длина габарита много больше половины ширины пролета;

2) поперечным, при котором длинная сторона этого прямоугольника перпендикулярна оси пролета. Такое расположение применяется при малых длинах габаритов оборудования по сравнению с шириной пролета, а также в тех случаях, когда становится целесообразной установка одной или несколь ких машин одновременно в двух пролетах с тем, чтобы производственная операция начиналась в одном пролете и заканчивалась в другом. При этом обрабатываемый материал из пролета в пролет попадает без специальной транспортной операции;

Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -81 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 7 Расчет материального баланса полной технологической схемы 3) косым, при котором длинная сторона габаритного прямоугольника наклонена к оси пролета. Такое расположение иногда применяют, когда эта сторона близка к рабочей ширине пролета (за исключением проходов и про ездов), а также при передаче металла из пролета в пролет без специальных транспортных устройств;

4) комбинированным, при котором на разных или на одном и том же участке имеет место продольное и поперечное, а иногда и косое расположе ние оборудования. Комбинированное расположение часто применяется на одном и том же рабочем месте, если оно состоит из группы машин, обслужи ваемых одним рабочим или одной бригадой, и создает лучшие условия для обслуживания (укорочение пути передвижения рабочих, облегчение транс портных операций и др.). Такое расположение часто применяют для воло чильных машин тонкого и тончайшего волочения и др.

Мелкое массовое производственное оборудование часто группируется и устанавливается группами на отдельных рамах или столах.

В зависимости от способа транспортировки готовых изделий решается вопрос о расположении склада готовой продукции. Склад готовой продукции располагают так, чтобы он имел выход к железной дороге и имел выезд для автотранспорта.

Размольно-смесильное отделение Кладовая для хранения прессовки 34 Кладовая 5 порошков Прессовое 3 4 отделение Отделение 15 довосстановления Отделение спекания порошков и промежуточный Помещение Отделение упаковки 11 9 8 8 8 8 склад ОТК 30 Рис. 17. Типовая планировка металлокерамического цеха небольшой мощности Типовая планировка цеха (рис. 17) порошковой металлургии неболь шой мощности (100300 т мелких изделий в год) включает в себя несколько технологических переделов. Печи довосстановления 1 расположены на рас стоянии 2 м от склада порошков. Через 3 м от него находится размольно смесительное отделение со звуко- и пыленепроницаемыми стенками. Отде ление оснащено дробилками и мельницами 2, механическим смесителем 3, многодечными ситами 4.

Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -82 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 7 Расчет материального баланса полной технологической схемы Смесь поступает на прессование в механические 5 или гидравлические прессы. Рядом с участком прессования располагается склад прессформ. На противоположной стороне цеха в непосредственной близости от прессового участка расположено отделение спекания, оборудованное различными печа ми, например, колокольного типа 7 и сопротивления 8 для термической об работки деталей после спекания 11. Кроме того, оно оснащено ванной масло пропитки 10 и калибровочным прессом 9. Отделение ОТК находится в от дельном помещении.

Сушилка Верстак Проезд 13 3 4 15 16 2 25 24 23 22 26 Рис. 18. Планировка металлокерамического цеха на заводе с крупносерийным характером производства При планировке цеха большой мощности (рис. 18) поступающие с за вода-поставщика металлические порошки выгружаются из металлической тары над бункерным устройством 1 и по элеватору транспортируются в ко нусный смеситель-усреднитель 2, далее попадают в бункер хранения 3. Ря дом с ним расположены бункеры, содержащие различные смеси. Из них, че рез весовые дозаторы порошки поступают в смесители 48, например, цен тробежного типа и смесители 9, 10 барабанного типа. В отдельном помеще нии установлены печи 18, 19 для отжига порошков. Из смесителей 47 шихта поступает по конвейеру к конвейерным печам восстановления 11, 12. Вос становленная шихта по конвейеру 13 транспортируется на измельчение в дробилку 14 и бегуны 15, из которых элеватором подается на сито 16, 17.

Просеянный порошок поступает на временное хранение в один из бункеров, а затем на вторичное смешение с добавками. Из склада шихта поступает на автоматические прессы 20. Спекание и термическая обработка деталей про Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -83 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 7 Расчет материального баланса полной технологической схемы изводится в печах 2125, расположенных в помещении спекания 11. После спекания и антифрикционные детали поступают в агрегат на сульфидирова ние 26.

На схеме слева размещены участки, на которых изготовляются изделия мелкими сериями или экспериментальными партиями. Участок калибрования 2731 оборудован пятью калибровочными прессами различной мощности.

Данный участок расположен в конце технологического потока производства.

Участок текущего ремонта и переналадки прессов 32 расположен непосред ственно у прессов. Из плана цеха видно, что отделение 1 приемки, хранения и обработки порошков внутри разделено на отдельные помещения. Цех обо рудован системой транспортеров и конвейеров, расположенных в направле нии движения грузопотоков. Тип и размеры здания выбираются исходя из требований, предъявляемых к технологическому процессу, и уточняются по сле утверждения окончательного варианта расстановки оборудования со гласно аппаратурно-технологической схеме. Наиболее целесообразно шири ну пролетов брать равной 1236 м, шаг колонн 6 м. На высоте более 1,5 м и до верхней продольной балки пролеты между колоннами выполняются в ви де окон стандартной ширины, нижняя и боковые части пролетов заполняются кирпичной кладкой толщиной 510 или 385 мм. Цех до затяжки стропильный ферм имеет высоту 710 м, меньшую высоту рекомендуется брать при нали чии относительно небольшого печного хозяйства. При отсутствии мостовых кранов высота цеха принимается 78 м, при их наличии 910 м. Крыша выполняется из жаростойких и теплоизоляционных материалов.

Контрольные вопросы 1. От каких параметров зависит порядок расчета материального потока производства полной технологической схемы?

2. В какой форме может быть представлен материальный баланс произ водства?

3. Какие участки входят в состав цехов порошковой металлургии?

4. Какие исходные данные необходимы для расчета числа единиц обо рудования?

5. Как рассчитать коэффициент загрузки оборудования?

Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -84 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Лекция Особенности проектирования производства полупроводниковых материалов План лекции 1. Чистые помещения 2. Очистка воздуха внутри помещения 3. Основы проектирования систем очистки воздуха внутри зданий 4. Устройство чистых помещений Современный подход к обеспечению качества продукции предусматри вает наличие таких технологий и организации производства, чтобы невоз можно было выпустить продукцию низкого качества и надежности. Важной частью этого подхода является технология чистоты. Без нее немыслимо про изводство микроэлектронных схем, современное приборостроение и точная механика, изготовление лекарственных средств, во многих случаях эффек тивное лечение больных, приготовление пищевых продуктов и т. д.

Чистые помещения Чистым помещением или чистой комнатой называется помещение, в котором счётная концентрация взвешенных в воздухе (аэрозольных) частиц и, при необходимости, число микроорганизмов в воздухе поддерживаются в определённых пределах. Под частицей понимается твёрдый, жидкий или многофазный объект или микроорганизм с размерами от 0,005 до 100 мкм.

При классификации чистых помещений рассматриваются частицы с нижни ми пороговыми размерами от 0,1 до 5 мкм. Ключевым фактором является то, что чистые помещения характеризуются именно счётной концентрацией частиц, т. е. числом частиц в единице объёма воздуха, размеры которых рав ны или превышают определенную величину (0,3;

0,5 мкм и т. д.) Этим они отличаются от обычных помещений, в которых чистота воздуха оценивается по массовой концентрации загрязнений в воздухе. Отсюда вытекают особен ности поддержания и определения показателей чистоты, специфические тре бования к контрольным приборам, счётчикам частиц в воздухе и пр. Важной характеристикой чистого помещения является его класс. Класс чистого по мещения характеризуется классификационным числом, определяющим мак симально допустимую счётную концентрацию аэрозольных частиц опреде лённых размеров в 1 м3 воздуха. В табл. 5 показаны основные области при менения чистых помещений.

Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -85 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Лекция 8 Особенности проектирования производства полупроводниковых материалов Таблица Примеры применения чистых помещений в промышленности Класс чистого помещения по ГОСТ ИСО 14644- Область применения 3 4 5 6 7 Микроэлектроника + + + Вспомогательные зоны Приборостроение, вычислительная техника + + + + Оптика и лазеры + + + + Космическая промышленность + + + + Точная механика, гидравлика и пневматика + Прецизионные подшипники + Автомобильная промышленность + + Парфюмерия и косметика + На диаграмме (рис. 19) видно, что проблема чистых помещений носит комплексный характер. Недостаточно создать собственно чистое помещение, которое обеспечивает нужный класс чистоты при отсутствии технологиче ского оборудования и персонала. Нужно одновременно применять оборудо вание, выделяющее минимум загрязнений или не выделяющее их вообще, одеть людей в «непылящую» одежду, научить их правильно вести себя и т. д.

Иначе значительные затраты на создание Человек чистых помещений попросту бессмыс ленны. Создание чистого помещения это поиск оптимального решения, соче тающего выполнение требований стан дартов и правил для высокотехнологич Окружающая ного производства и стремления сокра Оборудование среда тить капитальные и эксплуатационные затраты. Окончательный вариант проекта Рис. 19. Диаграмма обеспечения чистоты производственных помещений появляется в результате творческого по иска и анализа множества возможных решений.

Это особенно важно при реконструкции производств, когда в стеснен ных условиях старых зданий приходится создавать чистые помещения высо ких классов. Проектирование ведется в соответствии со стандартами ИСО по чистым помещениям: ГОСТ ИСО 14644-1-2002 «Чистые помещения и свя занные с ними контролируемые среды. Часть 1. Классификация чистоты воз духа»;

ГОСТ Р ИСО 14644-4-2002 «Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 4. Проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию»;

ГОСТ Р ИСО 14644-5-2005 «Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 5. Эксплуатация»;

ИСО 14644-7- «Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 7.

Специальные устройства обеспечения чистоты» и с другими нормативными документами.

Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -86 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Лекция 8 Особенности проектирования производства полупроводниковых материалов Чистое помещение сложное, дорогостоящее и ответственное инже нерное сооружение Для обеспечения заданного класса чистоты важен комплексный под ход. Нужно следовать основным принципам обеспечения чистоты на всех этапах создания чистого помещения, которые включают: разработку концеп ции обеспечения чистоты;

проектирование;

строительство;

аттестацию;

экс плуатацию.

Важно знать требования к материалам, конструкциям, оборудованию и приборам, уметь их правильно выбрать и применить. Обеспечить требуемый класс чистоты и поддерживать его во время эксплуатации можно только чет ким выполнением основных принципов, соблюдением технологии строи тельства и последовательной аттестацией помещения на всех этапах его соз дания. При этом важно находить наиболее экономичные решения.

Можно условно выделить следующие основные подходы к созданию чистых помещений:

1. Определение принципа разделения зон с различными классами чис тоты. Разработка планировочных решений чистых помещений.

2. Формирование потоков воздуха. Обеспечение необходимых характе ристик однонаправленного потока воздуха.

3. Обеспечение баланса воздухообмена, необходимой доли наружного воздуха, а для помещений класса 5 ИСО 9 ИСО кратности воздухообме на. Построение системы вентиляции и кондиционирования.

4. Применение фильтров HEPA и ULPA и многоступенчатой фильтра ции воздуха.

5. Обеспечение необходимого перепада давления (если требуется).

6. Разработка эффективных проектно-конструкторских решений, исполь зование надлежащих материалов и оборудования. Правильный выбор подряд чика. Строительство и монтаж в соответствии с «протоколом чистоты».

7. Контроль параметров воздуха: концентрации частиц, однонаправ ленности и скорости однонаправленного потока воздуха, перепада давления, целостности фильтров HEPA и ULPA, времени восстановления параметров чистого помещения и пр.

8. Правильная эксплуатация чистых помещений, включая требования к одежде, порядку очистки, дезинфекции и пр.

9. Обучение персонала, выполнение им требований личной гигиены, правильного поведения, переодевание и пр.

10. Аттестация проекта и самого чистого помещения на всех этапах его создания.

Процессы изготовления изделий электроники протекают в определен ной среде, сопутствующей технологическим операциям. Для исключения вредного воздействия неблагоприятных факторов на изделия электроники в процессе производства технологическая среда должна обладать определен ными заданными параметрами чистотой, температурой, влажностью и под Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -87 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Лекция 8 Особенности проектирования производства полупроводниковых материалов вижностью воздуха, чистотой широко применяемых в этом производстве га зов и жидкостей.

Важнейший параметр чистоты воздуха запыленность (рис. 20). По техническим условиям, разработанными управлением военно-воздушных сил США для предприятий электронной промышленности, предусмотрены четы ре класса чистоты воздуха в производственных помещениях (табл. 6).

Рис. 20. Природа микрозагрязнений в воздухе и характерные для них размеры Таблица Классификация запыленности воздуха производственных помещений Класс Максимально допустимое Размер частиц, количество пылинок в 1 м чистого помещения мкм 1 8 750 000 0, 2 975 000 Свыше 525 000 0, 1 225 000 Свыше 175 000 0, 4 70 000 0, Помещения первого класса по чистоте предназначены для сборки ап паратуры, калибровки приборов и т. д., где не требуется особой точности.

Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -88 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Лекция 8 Особенности проектирования производства полупроводниковых материалов Помещения второго класса предназначены для сборки и калибровки элек тронной аппаратуры и приборов, где требуется повышенная точность. По мещения третьего и четвертого классов предназначены для технологических операций с электронными приборами, когда требуется высокая и наивысшая степень точности.

В США разработан стандарт на условия чистоты атмосферы в специ альных помещениях. Согласно этому стандарту производственные помеще ния подразделяются по чистоте на три класса (табл. 7).

Эти три класса степени обеспыливания воздуха удовлетворяли требо ваниям производства изделий электроники в недалеком прошлом. В настоя щее время в связи с повысившимися требованиями к качеству продукции та кая классификация не обеспечивает условий технологической гигиены. Сфе ра применения чистых помещений широка и к настоящему времени охваты вает многие области техники, жизни и деятельности человека.

Таблица Американский стандарт чистоты воздуха в производственных помещениях Допустимое количество Размер пылинок, Классы пылинок в 1 м3 мкм 1 3 500 0, 2 350 000 0, 3 3 500 000 5, Температура воздуха производственного помещения играет сущест венную роль как элемент технологической среды;

от температурной стабиль ности воздуха зависит качество технологических операций, поскольку изде лия электронной промышленности имеют весьма малые допуски и их пара метры могут изменяться от колебаний температуры. Американский стандарт предусматривает температуру воздуха в чистом помещении в пределах от 20 до 25 °С с колебаниями ± 0,5 °С для помещений с очень ответственны ми производственными операциями и ± 2 °С для менее важных процессов.

Весьма существенно, что скорость изменения температуры воздуха в чистом помещении не должна превышать 2 °С в час. Перепад температур между внутренним и подаваемым воздухом обеспечивается в пределах 1416 °С.

Существенное значение в технологической гигиене имеет влажность воздуха. Условия технологической гигиены требуют, чтобы влажность воз духа в производственном помещении была порядка 45 %. В герметизирован ных объемах, в которых технологические процессы осуществляются без че ловека, влажность воздуха понижается до 3 % и даже меньше, что влияет на изделия более благоприятно.

Скорости движения воздуха лимитируются исключением возможности образования сквозняков и габаритами обрабатываемых деталей (чтобы ис ключить их сдувание с рабочих мест);

подвижность воздуха до 30 м/мин.

Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -89 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Лекция 8 Особенности проектирования производства полупроводниковых материалов Технологическая гигиена в производстве электронных изделий предпо лагает широкое применение газов высокой чистоты: азота, аргона, гелия, во дорода и других.

Установлено, что при наличии в технологической среде примесей кисло рода и влаги резко снижается процент выхода годных изделий, ухудшается на дежность и стабильность параметров приборов. Поэтому к чистоте газов предъ являются весьма высокие требования: доля примесей кислорода в водороде, азоте, аргоне должна составлять не более 4·104 %, паров воды не более 7· %.

В производстве для промывки многих приборов после травления нужна вода высокой чистоты. Она очищается от ионов до удельного сопротивления 1820 мОм и больше.

Размещение предприятий. В системе мероприятий по обеспечению чистоты производства важнейшее значение имеет сооружение специальных помещений и решение вопросов, связанных с выбором района размещения предприятий и типа промышленных зданий.

При строительстве заводов электронных изделий стараются не исполь зовать местности с такими источниками загрязнений воздуха, как дымовые трубы, цементные заводы, установки для сортировки песка и гравия, заводы искусственных удобрений, зернохранилища и т. д. Окончательный вариант проекта появляется в результате творческого поиска и анализа множества возможных решений. Это особенно важно при реконструкции производств, когда в стесненных условиях старых зданий приходится создавать чистые помещения высоких классов.


Очистка воздуха внутри помещения В зависимости от требуемой степени чистоты и способа вентиляции системы очистки воздуха можно разделить на 4 типа: местной вытяжки, вен тиляционные, очистки воздуха диффузионного типа, чистых помещений.

В тех случаях, когда велика концентрация загрязняющих веществ внутри чистого помещения или в нем выделяются высокотоксичные химиче ские вещества, которые нужно удалить, не допуская их распространения, применяются местные вытяжные системы.

Вентиляционные системы используют при малой загрязненности ат мосферного воздуха, допускающей его использование внутри помещений.

Концентрация загрязняющих веществ в воздухе внутри помещения снижает ся вследствие разбавления его атмосферным воздухом.

Вентиляционные системы подразделяются на системы с естественной и принудительной циркуляцией воздуха. Во-первых, циркуляция воздуха воз никает из-за различия в направлении и скорости воздушных потоков, а также вследствие разности температур и, следовательно, плотности воздуха внутри и вне здания. Системы с принудительной циркуляцией, в которых воздух в помещении вентилируется воздуходувками и вытяжными вентиляторами, обеспечивают проектируемый уровень вентиляции с гораздо большей на Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -90 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Лекция 8 Особенности проектирования производства полупроводниковых материалов дежностью, чем системы с естественной циркуляцией. Выделяют следующие типы систем с принудительной циркуляцией воздуха (рис. 21): принудитель ный приток принудительная вытяжка, принудительный приток естест венная вытяжка, естественный приток принудительная вытяжка.

Принудительный приток Естественный приток Принудительный приток естественная вытяжка принудительная вытяжка принудительная вытяжка Рис. 21. Системы с принудительной циркуляцией воздуха в помещении Для непосредственного измерения расхода в приточных и вытяжных диф фузорах в потолке и стенах помещения используется прибор балометр. Преде лы измерения расхода воздуха: 0425, 118850, 6801 700, 1 3603 400 м3/ч;

вы пускается с различными размерами входного отверстия. Для чистых помеще ний рекомендуется размер 6161 см.

Рис. 22. Общий вид чистого помещения (слева), шлюз материальный с системой звуковой и световой сигнализации (в центре), чистый коридор (справа) Для систем очистки воздуха диффузионного типа характерны большие скорости перемещения микрочастиц в воздухе. В помещении устанавливается оборудование для очистки воздуха с производительностью, обеспечивающей заданную концентрацию микрочастиц в воздухе. Такой тип систем применяют в чистых помещениях с турбулентной циркуляцией воздуха (классы выше 1000).

Системы чистых помещений характеризуются повышенными требова ниями в отношении соблюдения чистоты в помещении за счет установки воздушных высокоэффективных фильтров, что позволяет поддерживать вы сокую степень чистоты воздуха. Помещения, в которых поддерживается вы Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -91 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Лекция 8 Особенности проектирования производства полупроводниковых материалов сокая биологическая степень чистоты, называют биологически чистыми по мещениями (рис. 22).

Основы проектирования систем очистки воздуха внутри зданий Цели очистки воздуха и высокочистые объекты внутри помещения весьма разнообразны и определяются назначением помещения.

Локализация вредных выделений. Если на предприятии имеются уча стки с большим выделением газообразных химически активных веществ, те пла, водяных паров, при проектировании зданий должны быть предусмотре ны меры, препятствующие распространению выделяющихся веществ по все му зданию. К ним следует отнести планировку здания с выделением чистых зон, установку местных вытяжек, установку перегородок, создание воздуш ных завес, подачу очищенного воздуха в здание. Кроме этого необходимо предусматривать эффективный отбор загрязненного воздуха непосредствен но в месте выделений и его очистку с последующим выбросом в атмосферу.

Эффективность очистного оборудования должна быть достаточной для того, чтобы не нанести ущерба окружающей среде. В проекте следует предусмот реть средства для сбора и нейтрализации улавливаемых примесей.

Расчет вентиляционных систем и давления в помещении. Весьма важным с точки зрения чистоты воздуха является величина давления воздуха в отдельных помещениях и во всем здании. В загрязненных помещениях для предупреждения распространения загрязненного воздуха по зданию создает ся небольшое разрежение по отношению к остальным помещениям, в чистых помещениях некоторое избыточное давление. При этом следует учитывать влияние естественной циркуляции воздуха. В частности, при проектировании чистых помещений целесообразно предварительно исследовать возможности различных схем циркуляции воздуха с целью увеличения давления внутри помещения по сравнению с внешними зонами, придавая особое значение предотвращению попадания загрязненного воздуха внутрь помещения. Кро ме этого необходим анализ распределения воздушных потоков по всему объ ему здания и объемного оптимального соотношения чистых помещений и соприкасающихся с ними непроизводственных зон (коридоры, лестничные проемы и т. д.). Общая тенденция состоит в создании направленных потоков воздуха от участков с малой загрязненностью в места с большей загрязнен ностью.

Оборудование для очистки воздуха. Наиболее простым и эффектив ным методом поддержания требуемых санитарно-гигиенических условий и чистых производственных сред в зданиях является вентиляция с вводом в помещение свежего атмосферного воздуха и выводом загрязненного воздуха.

Поскольку атмосферный воздух крупных городов сильно загрязнен аэрозо лями и токсичными газами, обычно предусматривается очистка приточного атмосферного воздуха очистным оборудованием. Кроме этого в зданиях сле Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -92 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Лекция 8 Особенности проектирования производства полупроводниковых материалов дует предусматривать размещение оборудования для регенерации воздуха, загрязняемого внутри помещений. Воздух внутри помещений обычно загряз няется аэрозолями, токсичными газами, взвешенными биологическими мик роорганизмами. В настоящее время в Японии производится большое количе ство разнообразных кондиционеров. Для очистки от аэрозолей используются воздушные фильтры, электростатические отстойники. Токсичные газы уда ляют преимущественно фильтрами с активированным углем (этот метод эф фективен и для поглощения радиоактивных примесей). Микроорганизмы уничтожают в основном бактерицидными лампами, а также удаляют воз душными фильтрами с высокой эффективностью. Обычно блоки очистки монтируют внутри кондиционеров.

Оборудование для пылеулавливания. Известны несколько наиболее распространенных типов пылеуловителей.

В гравитационных пылеуловителях пыль осаждается на стенках под действием силы тяжести.

В центробежных пылеуловителях пыль осаждается под действием центробежной силы (циклоны и т. д.).

Высокоэффективные воздушные фильтры используются для пыле улавливания различных физических эффектов слипания частиц при столк новении во время диффузии, электростатических сил, адгезии при контакте под действием молекулярных силы др.

В жидкостных конденсаторах микрочастицы поглощаются каплями воды (скрубберы Вентури).

Наиболее эффективными по коэффициентам фильтрации, стоимости, габаритам и надежности в эксплуатации следует признать фильтры и элек тростатические отстойники.

В процессе эксплуатации очистных систем и кондиционеров обычно контролируются три параметра: потери давления, коэффициент фильтрации, количество отфильтрованной пыли.

Потери давления, т. е. снижение давления во время прохождения воз духа через очистное оборудование выражают обычно в мм вод. ст. При уве личении расхода очищаемого воздуха потери давления возрастают. Они уве личиваются также и по мере увеличения количества осаждающейся на фильтрах пыли. Поэтому часто потери давления в фильтрах служат критери ем работоспособности фильтров и срока их службы.

Коэффициент фильтрации определяют, измеряя концентрацию пыли в воздушном потоке до и после фильтра. Для определения концентрации обычно используется весовой метод измерение количества пыли в воздухе до и после фильтра или измерение количества отфильтрованной пыли.

Количество отфильтрованной пыли оценивают по потерям давления на фильтре. Обычно принимают, что предельное количество пыли на фильт ре, когда еще не происходит уноса отфильтрованных частиц потоком прохо Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -93 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Лекция 8 Особенности проектирования производства полупроводниковых материалов дящего воздуха, соответствует двукратному увеличению потерь давления по сравнению с начальными потерями.

При выборе очистного оборудования руководствуются в первую оче редь техническим описанием и правилами эксплуатации оборудования. При этом должен быть проведен всеобъемлющий анализ условий эксплуатации оборудования, включающий следующие параметры:

• цель очистки воздуха (назначение чистого помещения);

• объем нагнетаемого атмосферного воздуха и концентрация в нем аэрозолей;


• объем циркулирующего воздуха и концентрация микрочастиц в по мещении;

• количество выделяющейся в помещении пыли;

• габариты и вес вентиляторов;

• производительность и мощность очистного оборудования;

• эксплуатационные расходы.

Каких-то определенных правил выбора очистного оборудования не су ществует, однако целесообразно придерживаться программы выбора.

Удаление частиц размером около 0,1 мкм.

Коэффициент фильтрации монодисперсных аэрозолей с размером мик рочастиц 0,3 мкм НЕРА-фильтрами превышает 99,97 %. Однако в настоящее время в полупроводниковой технологии возникла проблема удаления микро частиц с размерами около 0,1 мкм. Возможные пути решения этой проблемы сводятся к следующему: многократная фильтрация воздуха;

применение комбинированных методов фильтрации;

многократная фильтрация с одно временным электростатическим осаждением;

многократная рециркуляция;

фильтрация с малым расходом воздуха.

Устройство чистых помещений Высокочистый воздух для чистых помещений до сих пор получают фильтрацией, используя НЕРА-фильтры (коэффициент фильтрации, опре деленный для монодисперсных аэрозолей с размерами частиц 0,3 мкм, выше 99,97 %). В НЕРА-фильтрах коэффициент фильтрации Р = 104, но при введении в вентиляционную систему промежуточных фильтров его можно довести до 105. НЕРА-фильтры позволяют снизить концентрацию взвешенных микрочастиц размером более 0,5 мкм с 107108 м3 до 102103 м3.

На практике, с учетом частой смены, эти фильтры обеспечивают снабжение вы сокочистым воздухом с уровнем чистоты несколько сотен частиц на кубиче ский метр.

Усовершенствованные ULPА-фильтры характеризуются коэффициен том фильтрации Р =105106;

при использовании промежуточных фильтров его можно довести до 106107 Фильтры этого типа снижают концентрацию Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -94 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Лекция 8 Особенности проектирования производства полупроводниковых материалов взвешенных частиц размером более 0,1 мкм с 108 до 102 м3. С учетом час той смены можно получить сверхчистый воздух с уровнем чистоты порядка десятков частиц на кубический метр Таким образом, HЕРА- и ULРА-фильтры позволяют практически ре шить проблему получения воздуха высокой чистоты (не решенными до кон ца остаются вопросы измерения коэффициентов фильтрации частиц разме ром менее 0,3 мкм и повышения надежности фильтров).

До сих пор для поддержания высокой чистоты среды внутри чистых помещений применялись ламинарная (вертикальная или горизонтальная) и турбулентная циркуляции. На практике во многих случаях реализуются сме шанные режимы.

Очевидно, что турбулентный режим непригоден для сверхчистых по мещений и для поддержания сверхвысокой чистоты необходима ламинарная циркуляция. Проблема сверхчистых помещений сводится к тому, чтобы при полной вертикальной или горизонтальной ламинарной циркуляции повысить чистоту помещений с класса 100 до классов 10 или 1. Очевидно, что ее нель зя решить увеличением средней скорости воздушных потоков, т. е. кратности воздухообмена, поскольку в этом случае частицы диффундируют в воздуш ный поток от источников загрязнения и степень чистоты вентилируемого воздуха снижается. Положительный эффект дает комбинированное примене ние следующих мер:

– поддержание достаточно низкой концентрации частиц в воздушном потоке по сравнению с их концентрацией в помещении (соотношение поряд ка 1 к 100);

– уменьшение поступления частиц от источников загрязнения к по верхности изделия или удаление источников загрязнения от изделия;

– всемерное снижение количества пыли, выделяемой источниками, или ее локальный отбор и удаление.

В настоящее время существует 7 основных типов систем чистых про изводственных помещений:

• система с турбулентной циркуляцией (один НЕРА-фильтр на всю систему);

• система с турбулентной циркуляцией (несколько НЕРА-фильтров, встроенных в каждую приточную линию);

• смешанная циркуляция (чистое рабочее место или чистый коридор);

• смешанная циркуляция (пылезащитная камера);

• смешанная циркуляция (чистый бокс);

• вертикальная ламинарная циркуляция;

• горизонтальная ламинарная циркуляция.

Существуют три эффективных метода формирования воздушной сверхчистой среды в сверхчистых помещениях:

Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -95 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Лекция 8 Особенности проектирования производства полупроводниковых материалов – смывание ламинарным потоком воздуха микрочастиц, выделяющих ся из источника загрязнений, вниз для предотвращения проникновения час тиц в область у поверхности изделия;

– формирование в области у поверхности изделия потока высокочисто го воздуха, параллельного поверхности, для предотвращения проникновения микрочастиц из объема помещения к поверхности;

– герметизация изделия с введением в герметизированный объем высо кочистого воздуха или газа или вакуумирование этого объема.

Фильтровентиляционные модули (рис. 23) являются автономными бло ками, обеспечивающими чистоту рабочей зоны для классов 5 ИСО 4 ИСО.

Модуль состоит из предфильтра, вентилятора и НЕРА- фильтра. Компактные модули FFU-Compact имеют следующие характеристики: расход воздуха:

780 м3/ч при скорости воздушного потока 0,3 м/с, давлении 80 Па;

1 166 м3/ч при скорости воздушного потока 0,45 м/с и давлении 120 Па. На основе мо дулей могут создаваться локальные чистые зоны различной площади с уста новкой модулей на столе, с опорами на полу, подвешиванием к потолку. Мо гут также конструироваться чистые помещения с рециркуляцией воздуха с помощью фильтровентиляционных модулей.

Рис. 23. Ламинарная зона на основе фильтровентиляционных модулей и настольная модульная установка с однонаправленным потоком воздуха Метод формирования ламинарного потока принципиально не отличает ся от метода формирования ламинарного воздушного потока в современных чистых помещениях класса 100 и представляет собой его дальнейшее разви тие применительно к сверхчистым помещениям. Практически он осуществим при вертикальной ламинарной циркуляции во всем объеме помещения и в варианте чистого коридора.

Метод чистого коридора обеспечивает точный контроль температуры и влажности воздуха у каждой установки и более экономичен, но менее удобен в отношении размещения и монтажа оборудования.

Положительными чертами полного ламинарного вертикального потока являются простота размещения оборудования, свободный доступ, легкость Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -96 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Лекция 8 Особенности проектирования производства полупроводниковых материалов перестановки и монтажа оборудования. Недостатками являются распростра нение по всему помещению газов и паров, выделяющихся на отдельных тех нологических участках и пожароопасность.

При производстве СБИС эффективная защита поверхности изделий от пыли осуществима в относительно малом пространстве с особо чистой сре дой. Это позволяет отказаться от сверхчистых помещений.

К характерным чертам метода локального чистого пространства (пыле защитная камера) относят то, что в зависимости от способа вентиляции класс помещения, в котором расположена пылезащитная камера, может быть по нижен на одиндва порядка. Если пылезащитная камера размещается в по мещении класса 1000 с турбулентной циркуляцией, то по сравнению со сверхчистыми помещениями с полной ламинарной циркуляцией существен но снижается энергопотребление с одновременным увеличением эффектив ности затрат. Этот метод эффективен, когда каждая камера снабжена собст венной автономной вентиляционной системой.

Контрольные вопросы 1. Какие помещения относятся к «чистым»?

2. Какой параметр является ключевым при определении класса чистоты помещения?

3. Какие типы систем очистки воздуха вы можете назвать?

4. Какое оборудование используется для очистки воздуха чистых по мещений?

5. Какие методы формирования воздушной сверхчистой среды в поме щениях существуют?

6. Где применяется метод локального чистого пространства?

ЛЕКЦИЯ Сверхчистые помещения в полупроводниковой технологии План лекции 1. Расчет параметров сверхчистых помещений.

2. Аттестация чистых помещений.

Быстрое развитие полупроводниковой промышленности в значитель ной степени сдерживается и количеством и качеством современных чистых помещений. Действующие в настоящее время стандарты на чистые помеще Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -97 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 9 Сверхчистые помещения в полупроводниковой технологии ния не отражают возросших требований по чистоте, ощущается необходи мость в стандартизации помещений с воздушной сверхчистой средой.

В 1982 году, отмеченном быстрым ростом производства БИС с высо кой степенью интеграции, суммарная стоимость произведенных ИС достигла 1 триллиона иен, увеличившись на 40 % по сравнению с предыдущим годом.

Созданные ИС с динамической информационной емкостью 256 Кбит на од ном кристалле. Несколькими фирмами разрабатываются БИС на 1 мбит.

Рис. 24. Характеристика производ ства полупроводниковых микросхем и класса чистоты Дальнейшие темпы увеличения степени интеграции будут определять ся совершенствованием микроэлектронной технологи;

увеличением площади кремниевых пластин;

развитием схемотехники.

И в микроэлектронной технологии, и в технологии получения кремние вых пластин прогресс немыслим без значительного улучшения производст венных сред по чистоте.

Миниатюризация кремниевых пластин влечет за собой необходимость удаления из производственной среды все более мелких частиц аэрозолей.

Обычно считается, что размер микрочастиц, подлежащих контролю и удале нию, составляет 1/10 от ширины линии. Поэтому если размер элемента со ставляет 1 мкм, то минимальный размер контролируемых частиц должен со ставлять 0,1 мкм.

Следует отметить, что увеличение размера кремниевой пластины при неизменном коэффициенте адгезии микрочастиц к поверхности из-за повы шения вероятности адгезии частиц ведет к снижению выхода годных схем.

Поэтому без соответствующего улучшения степени чистоты производствен ной среды увеличивать размер пластины нецелесообразно. Увеличение пло Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -98 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 9 Сверхчистые помещения в полупроводниковой технологии щади подложки требует повышения класса чистоты помещения, т. е. перехо да к помещениям со сверхчистой средой (рис. 24).

Расчет параметров сверхчистых помещений Степень чистоты атмосферного воздуха на высоте 4 км от поверхности Земли соответствует классу 100. У поверхности Земли без вентиляции и фильтрации воздуха создать подобную чистую воздушную среду в производ ственных помещениях практически невозможно.

Условие ламинарности. В чистых помещениях существует и лами нарная, и турбулентная циркуляция воздуха, но в помещениях с чистотой воздуха выше класса 100 необходим только ламинарный режим циркуляции.

Для расчета чистоты помещений с ламинарной циркуляцией воздуха используется уравнение Сs = C0 + Y (1 n)M/Q, где Сs концентрация частиц в воздухе, выходящих из фильтра, м3;

C0 концентрация аэрозолей в атмосферном воздухе, м3;

Y коэффициент рециркуляции воздуха;

n коэффициент фильтрации НЕРА-фильтра;

М количество пыли, выделяющейся в помещении;

Q количество нагне таемого воздуха, м3/ч.

Источники микрочастиц М1 и М2 непосредственно не загрязняют по мещения (М1 + М2 = М). Их влияние сказывается на чистоте в помещении че рез циркулирующий воздух, поступающий в ULPA-фильтр.

Как известно из аэродинамики, турбулизация усиливается с увеличени ем числа Рейнольдса:

Re = u·p·d/m = u·d/v, где u средняя скорость воздушного потока;

d размер трубопровода;

р плотность потока;

m кинематическая вязкость;

v = m/p динамическая вяз кость.

Во многих случаях увеличение числа Рейнольдса ведет к появлению завихрений.

Естественно, что в чистых производственных помещениях должен быть предел, ограничивающий максимальную скорость воздушного потока.

Но имеется также и нижний предел скорости, не связанный с турбулизацией потока. Очевидно, что при средних скоростях воздушных потоков менее 0, м/с малые скорости восстановления создают весьма существенные трудности во время эксплуатации помещения.

Анализ воздушных потоков и движение микрочастиц. Для повыше ния чистоты воздуха в помещении необходимо снижать количество выде ляющейся в помещении пыли (М), увеличивать расход циркулирующего воз Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -99 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 9 Сверхчистые помещения в полупроводниковой технологии духа (Q) и использовать фильтры с большими коэффициентами фильтрации (n). Вместе с тем важным является выполнение условия ламинарности дви жения воздуха в помещении.

Для подтверждения большей эффективности ламинарного режима движения по сравнению с турбулентным укажем, что при типичных значени ях первого слагаемого С0 (Y = 0,5, n = 0,997) второе слагаемое в уравнении для ламинарного режима примерно в 104 раз меньше, чем для турбулентного.

Поэтому условия движения воздуха в помещении и определяемый ими ха рактер распространения микрочастиц в помещении нуждаются в серьезном теоретическом и экспериментальном исследовании.

Рассмотрим основные теоретические положения.

Макроскопическое движение газов описывается фундаментальными уравнениями движения НавьеСтокса, представляющими собой приложение законов механики Ньютона к движению газов и жидкостей:

du/dt + u·du/dx + v·du/dy + w·du/dz = 1dp/pdx + vD2u, dv/dt + u·dv/dx + v·dv/dy + w·dv/dz = 1dp/pdy + vD2 v, dw/dt + u·dw/dx + v·dw/dy + w·dw/dz = 1dp/pdz + vD2w.

Здесь u, v, w компоненты скорости по трем осям координат;

р статическое давление;

v динамическая вязкость;

D2 = d2/dx2 + d2/dy2 + d2/dz2.

Приведенные уравнения это система нелинейных дифференциальных уравнений с независимыми переменными х, у, z, t. В левой части первый член определяет ускорение, второй, третий, четвертый инерционные силы. В правой части первым членом определяется статическое давление (зависящее от координаты z), вторым вязкостные силы.

Движение микрочастиц в воздушном потоке описывается уравнением трехмерной диффузии:

dC/dt + u·dC/dx + v·dC/dy + w·dC/dz = Dd2C, где С концентрация микрочастиц;

D коэффициент диффузии микрочас тиц, зависящий от формы, размера, концентрации микрочастиц и температу ры воздуха.

При постоянном коэффициенте диффузии компьютерное решение уравнений диффузии и НавьеСтокса дает полную картину распределения микрочастиц в пространстве помещения.

Локальные сверхчистые помещения. Расход циркулирующего возду ха в чистых помещениях в несколько десятков раз больше, чем в жилых зда ниях, что приводит к многократному увеличению потребляемой энергии. По этому в ряде случаев отказываются от высокого уровня чистоты во всем по Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -100 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 9 Сверхчистые помещения в полупроводниковой технологии мещении, выделяя внутри помещения отдельные зоны, в которых создают сверхвысокую степень чистоты, например, чистые коридорные секции, пыле защитные кабины, камеры, боксы. Если исходить из основной начальной за дачи создания чистых помещений увеличения выхода годной продукции, то, в общем, решить ее можно двумя способами созданием пространств с чистой средой и пространств, из которых быстро отводится выделяющаяся пыль.

При выводе воздуха через решетчатый пол (фальшпол) сложно устра нить вибрацию.

При выводе воздуха через заднюю вибрация легко устранима, но при этом возникают сложности с предотвращением диффузии микрочастиц из зоны прохода в чистую зону.

При выходе воздуха через заднюю стенку и пол одновременно реша ются обе проблемы, поэтому этот способ, вероятно, наиболее приемлем.

Основные регулируемые параметры и пределы регулирования. Ос новными целями применения чистых помещений на промышленных пред приятиях и в исследовательских институтах являются в первом случае по вышение качества и надежности изделий за счет их большей однородности и во втором улучшение воспроизводимости результатов научных исследова ний. Неадекватность целей определяет различный подход к созданию высо кочистых сред в заводских и исследовательских помещениях.

Состояние среды в помещении в значительной мере определяется свой ствами объекта и свойствами применяемых внутри помещения веществ. Эти вещества могут оказывать влияние на состояние среды как при контакте с технологическим и исследовательским оборудованием, так и без него.

Условия в чистом помещении определяют следующие факторы: воз дух;

вода;

химические реактивы;

производственные газы;

персонал;

электро магнитные поля;

статическое электричество;

свет;

радиоактивное излучение;

магнетизм;

тепло;

вибрации.

В чистом помещении создаются такие условия, при которых указанные параметры не выходят за пределы заданных границ. В этих условиях ограни чивается количество выделяющихся и перемещающихся к изделию веществ, лимитируется концентрация вредных веществ и чистота применяемых реак тивов. Кроме того, принимаются меры защиты от электромагнитных полей.

Пределы значения параметров определяются заданной точностью обработки изделий и функциональными особенностями изделий. Контролируемый уро вень чистоты в сверхчистых помещениях, вероятно, должен превышать класс 3 японского промышленного стандарта (класс 100 федерального стан дарта США), однако условие однородности в сверхчистых помещениях тре бует также высокой точности контроля всех остальных параметров. Требова Проектирование и оборуд. цехов по произв. порошковых и композиционных материалов. Курс лекций -101 РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕКЦИЯ 9 Сверхчистые помещения в полупроводниковой технологии ния, предъявляемые в настоящее время к сверхчистым помещениям, и точ ность контроля параметров среды приведены в табл. 8.

Таблица Характеристика среды в сверхчистых помещениях при производстве полупроводниковых приборов Максимальная Параметры Номинальное Контролируемые точность среды значение зоны помещений контроля Оборудование для фотоли Температура 22 ± 1,5 °С ± 0,1 °С тографии, измерительные приборы Оборудование для фотоли Относительная влаж 40 ± 5 % ±3% тографии, оборудование ность для осаждения паровой фазы Менее 34 (японский Фотолитография, процессы Класс чистоты частиц размером промышленный осаждения паровой фазы 0,1 мкм в 1м стандарт) Скорость воздушного Зоны с ламинарным режи 0,25-0,5 м/с 0,25-0,5 м/с потока мом движения Химически активные Предел Предел обнару- Все технологические про газы обнаружения жения цессы изготовления ИС Электронно-лучевые уста Напряженность элек Ниже 85 дБ Ниже 35 дБ новки, измерительная аппа тромагнитного поля ратура Статическое электри- Применение за чество щиты Измерительная аппаратура, Амплитуда 1 мкм;



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 8 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.