Проектирование высоковакуумной магистрали
Введение
1. Цель
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. Расчет
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) при
заданной
температуре, [см. лит-ра 3, стр. 471, приложение]
,
- объем подложкодержателя,
- плотность меди,
, [см. лит-ра
4, стр. 115, табл38]
- время
газовыделения;
.
Тогда стационарный газовый поток равен
.
1.2 Предварительный
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 Расчет
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
.
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
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. Расчет форвакуумной
магистрали
2.1 Предварительный
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),
.
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
Диаграмма
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.