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.