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
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.
|
