Введение
1. Цельработы: закрепитьзнания, полученные при изучении дисциплины «Основы вакуумной техники», попроектированию и расчету откачной вакуумной системы технологическогооборудования микроэлектроники. Студент должен рассчитать газовые потоки,правильно и обоснованно выбрать откачные средства, рассчитать проводимостисоединительных трубопроводов, оценить совместимость откачных средств,определить фактическую быстроту откачки и перепады давления в трубопроводах, атак же на основании проведенных расчетов выбора типоразмеров откачных средств,затворов и вентилей, выполнить чертеж вакуумной системы (в эскизномисполнении).
1. Расчетвысоковакуумной магистрали1.1 Определениестационарного газового потока
/>,
где /> — поток газа,определяющийся технологическим выделением газа из нагреваемых элементоввнутрикамерных устройств,
/> — натекание черезуплотнения рабочей камеры,
/> — диффузноегазовыделение,
/> — газовыделение отподложки.
/>,
/>,
/>, где /> — газовыделение рабочейкамеры,
/>, [лит-ра 2, стр. 64–65]
/> — внутренняя поверхностькамеры,
/>
где /> — размеры рабочей камеры,
/>-размерыприсоединительного фланца;
/>,
/>, где />-удельное газовыделение материала (Cu) при
заданнойтемпературе, [см. лит-ра 3, стр. 471, приложение]
/>,
/> — объемподложкодержателя,
/>
/> — плотность меди,
/>, [см. лит-ра 4, стр. 115,табл38]
/>-время газовыделения;
/>.
Тогда стационарный газовый поток равен
/>.
1.2 Предварительныйвыбор высоковакуумного насоса
Ориентировочнаябыстрота откачки рабочей камеры диффузионным насосом
/>.
Быстротадействия диффузионного насоса
/>,
/>.
По быстротедействия в диапазоне впускных давлений /> выбираемнасос НВД-1400 с характеристиками(литература 2, стр. 254, табл. 10.6):
Быстротадействия />.
Предельноеостаточное давление />.
Наибольшеевыпускное давление />.
Расходохлаждающей воды />.
Мощностьэлектронагреватель 2,2 кВт.
Габаритныеразмеры />.
Масса />.
Объем масла />.
Условныйпроход фланца:
входного />.
выходного />;
Требуемаябыстрота действия форвакуумного насоса />.
1.3 Расчетпроводимостей и выбор элементов высоковакуумной магистрали
Расчетпроводимости шевронно-конической ловушки
/>, где /> — удельная проводимостьловушки
/> — (литер. 2, стр. 258, табл. 11.1),
/> — площадь входногоотверстия ловушки
/>,
/> — задаваемый размер.
/>.
Проверимрежим течения в ловушке:
давление вловушке:
/>, где />-давление на входе в насос />,
/> – быстрота действия насоса,
/>.
Выражение/> – режим молекулярный.
Расчетпроводимости трубопровода (е)
/>
Задаемдиаметр трубопровода />.
Проводимостьучастка
/>. [литер. 2, стр. 41,формула. 3.58]
Найдёмотношение />
/> [литер. 2, стр. 41, табл. 3.3],
/>.
Проверимрежим течения в трубопроводе (е):
давление втрубопроводе:
/>.
Выражение/> – режим молекулярный.
Проводимостьзатвора />
Выбираемзатвор РСУ 1 А -200 [литер. 2, стр. 109, табл. 7.1] с проходным диаметром /> и проводимостью />.
Проверимрежим течения в затворе
давление взатворе:
/>.
Выражение/> – режим молекулярный.
Расчетпроводимости трубопровода (д)
/>
Задаем диаметртрубопровода />.
Проводимостьучастка
/>.
Найдёмотношение />
/> [литер. 2, стр. 41, табл. 3.3],
/>.
Проверимрежим течения в трубопроводе (д):
давление втрубопроводе:
/>.
Выражение/> – режим молекулярный.
Расчётпроводимости вдоль заливной ловушки
Внешнийдиаметр ловушки />, внутренний диаметрловушки />,
длина ловушки/>.
Для цилиндрического трубопровода с коаксиальным расположениемстержня проводимость вычисляется
/>.
Проверимрежим течения в заливной ловушке
давление взаливной ловушке:
/>.
Выражение/> – режим молекулярный.
Расчетпроводимости трубопровода (г)
/>
Задаемдиаметр трубопровода />.
Проводимостьучастка
/>.
Найдёмотношение />
/> (литер. 2, стр. 41, табл. 3.3),
/>.
Проверимрежим течения в трубопроводе (г)
давление втрубопроводе:
/>.
Выражение/> – режим молекулярный.
Проводимостьзатвора />
Выберемзатвор /> [литер. 2, стр. 109,табл. 7.1] такой же как и /> спроходным диаметром /> ипроводимостью />.
Проверимрежим течения в затворе
давление взатворе:
/>.
Выражение/> – режим молекулярный.
Расчётпроводимости присоединительного фланца (о)
Проводимостьфланца
/> />
/>/>
/>
Проверимрежим течения во фланце
давление вофланце:
/>.
Выражение/> – режим молекулярный.
Проводимость:
/>.
Сечениерабочей камеры
/>
Сечениефланца
/>
/>.
Давление врабочей камере:
/> — режим молекулярный
Расчетобщей проводимости высоковакуумной магистрали
/>
Времяоткачки камеры высоковакуумным насосом до предельного давления в камере
/>
где /> – объем рабочей камеры.
Действительныепараметры откачки высоковакуумным насосом
/> – эффективная быстрота откачки,
/> – фактическое предельное давление вкамере.
Оценкапригодности высоковакуумного насоса
/> />
/>
Проводимостьзатвора />
Выберемзатвор ЗППл-63 ([2], стр. 109, табл. 7.1) с проходным диаметром /> и проводимостью />.
Давление навыходе затвора:
/>.
Расчетдавления в трубопроводе (в) до диафрагмы
/>
Задаемдиаметр трубопровода />.
Проводимостьучастка
/>.
Найдёмотношение />:
/> ([2], стр. 41, табл. 3.3),
/>.
Проверимрежим течения в трубопроводе (в)
давление втрубопроводе:
/>.
Выражение/> – режим молекулярный
Проводимостьдиафрагмы
/>.
/>.
2. Расчет форвакуумноймагистрали
2.1 Предварительныйвыбор механического насоса
Минимальнаябыстрота действия механического (форвакуумного) насоса.
/>.
Выбираеммеханический насос НВЗ-20 [лит-ра 2, стр. 199, табл. 9.9] с параметрами:
Быстротадействия />.
Предельноеостаточное давление:
парциальноебез газобаласта />,
полное безгазобаласта />,
полное сгазобаластом />.
Объем масла,заливаемого в насос />.
Расход воды врубашке охлаждения – охлаждение воздушное
Частотавращения />.
Мощностьэлектродвигателя 2,2кВт.
Числоступеней 1.
Габаритныеразмеры />.
Масса />.
Расчетпроводимости трубопровода (н) до затвора />
/>.
Задаемдиаметр трубопровода />.
Проводимостьучастка
/>.
Найдёмотношение />
/> ([2]стр. 41,табл. 3.3),
/>.
Проверимрежим течения в трубопроводе (н):
давление втрубопроводе:
/>.
Выражение/> – режим промежуточный.
Проводимостьзатвора />
Выбираемзатвор ЗППл-63 с проходным диаметром /> ипроводимостью />.
Давление навыходе затвора:
/>.
Расчетпроводимости трубопровода (н) после затвора />
/>.
Задаемдиаметр трубопровода />.
Проводимостьучастка
/>.
Найдём отношение />
/> ([2], стр. 41, табл. 3.3),
/>.
Проверимрежим течения в трубопроводе (н):
давление втрубопроводе:
/>.
Выражение/> – режим промежуточный.
Расчетпроводимости трубопровода (л, к)
/>.
Задаемдиаметр трубопровода />.
Проводимостьучастка
/>.
Найдёмотношение />
/> ([2], стр. 41, табл. 3.3),
/>.
Проверимрежим течения в трубопроводе (л, к):
давление втрубопроводе:
/>.
Выражение/> – режим промежуточный.
Проводимостьзатвора />
Выбираемзатвор ЗППл-63 с проходным диаметром /> ипроводимостью />.
Давление навыходе затвора:
/>.
Расчетпроводимости трубопровода (и)
/>.
Задаемдиаметр трубопровода />.
Проводимостьучастка
/>.
Найдёмотношение />
/> ([2], стр. 41, табл. 3.3),
/>.
Проверимрежим течения в трубопроводе (и):
давление втрубопроводе:
/>.
Выражение/> – режим вязкостный.
Времяоткачки камеры форвакуумным насосом
/>.
/>.
Расчетобщей проводимости форвакуумной магистрали
/>
Диаграммараспределения давления
8 – ВВН; 7 –шевронно-коническая ловушка; 6 – трубопровод (е); 5 – затвор />;
4 – заливнаяловушка; 3-трубопровод (г); 2-затвор />; 1 – фланец(о); 0 – рабочая камера;
/>
/>
Элементысистемы
Временнаяциклограмма
/>
/>
/>
/>
/>
/>/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>/>
/>
Вакуумнаякамера
Списокиспользуемой литературы
1. Курс лекций по вакуумнойтехнике
2. Фролов Е.С. Справочник«Вакуумная техника. Справочник». 1985 г.
3. А.И. Пипко «Конструируваниеи расчёт вакуумных систем». 1979 г.
4. Гетлинг Б.В. «Справочникэлектротехника». 1961 г.