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 

 [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. 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),

.



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







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



		Курс лекций по вакуумной технике

		Фролов Е.С. Справочник «Вакуумная техника. Справочник». 1985 г.

		А.И. Пипко «Конструирувание и расчёт вакуумных систем». 1979 г.

		Гетлинг Б.В. «Справочник электротехника». 1961 г.

1



2