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 камерыдиффузионным 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

1. Курс лекций по вакуумной технике

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

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

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