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Vacuum Barrier Corporation is the world’s leader of LN2 Vacuum Jacketed Piping Systems supplied to the Semiconductor Industry. Las conducciones para nitrógeno líquido de Vacuum Barrier ofrecen a la industria de los semiconductores, un transporte seguro y fiable de nitrógeno líquido hasta el punto de uso para un suministro a demanda.

Las tuberías para nitrógeno líquido con camisa de vacío están diseñadas para disminuir los tiempos de ciclo y minimizar las pérdidas de líquido. Todas las conducciones con camisa de vacío para nitrógeno líquido funcionan libres de escarcha y ofrecen un transporte versátil desde grandes tanques de nitrógeno líquido o vasos portátiles Dewars.

Las pruebas de chips semiconductores a la medida se benefician del trasporte de nitrógeno líquido de SEMIFLEX® que ofrece un enfriamiento rápido, una calidad del líquido constante, temperaturas estables, pequeñas bandas de guarda y un funcionamiento sin problemas, mediante el uso de su propio sistema de circuito cerrado.

Mike Johnson

Vacuum Barrier Corporation

Woburn, Massachusetts EE. UU.

Debido a la exponencial demanda de equipos de comunicación inalámbrica, se han desarrollado sistemas de epitaxia de haces moleculares (MBE) multilámina y que se utilizan en todo el mundo.  El continuo crecimiento de la industria ha impulsado que las instalaciones de fabricación de obleas de crecimiento epitaxial empleen maquinaria más grande con mayores rendimientos. Esta nueva generación de equipos MBE ha acarreado nuevos problemas de circulación del N2L.

Dado que los procesos de MBE requiere un alto vacío, se necesitan crioprotectores de nitrógeno líquido (N2L) para bombear los gases residuales en la cámara. El transporte de N2L a los equipos de MBE siempre ha planteado problemas, la calidad del líquido una vez ha llegado a las cubiertas es menos que óptima debido a las características del N2L. Un «sistema de conducciones» de MBE típico consiste en un vaso Dewars de 160 litros situado lo más cerca posible del equipo y conectado a la cubierta mediante tubos de cobre aislados con espuma, lo que constituye un desorden de sucio y congelado.  La circulación se logra mediante la purga continua del líquido a través de la cubierta.  Este método, ademas de ser muy ineficiente, fracasa a la hora de atajar el problema ocasionado por el flujo bifásico (líquido y gas). Las acumulaciones de gas generadas por la válvula de extracción del cilindro, las conducciones mal aisladas y la evaporación por cambio brusco de la presión alta a atmosférica, causan fluctuaciones irregulares del vacío dentro de la cámara.  Las conducciones con camisa de vacío por sí solas no resuelven el problema. A pesar de su gran eficiencia, los intentos de conectarlas directamente desde una fuente central se han demostrado inútiles debido a las grandes cantidades de gas generadas por la conexión con el tanque, la evaporación por cambio brusco de la presión y el relativamente pequeño influjo de calor en toda la conducción. Vacuum Barrier Corporation diseñó un sistema de conducción de circuito cerrado de N2L específicamente para MBE y se ha venido utilizando con éxito durante años. El sistema de circuito cerrado proporciona superficies completamente mojadas dentro de los crioprotectores, minimizando la degasificación y manteniendo constante la temperatura del N2L a baja presión. El sistema está completamente automatizado, es seguro y completamente fiable. Consiste principalmente en una tubería con camisa de vacío que discurre desde un tanque de almacenamiento hacia un separador de fase líquido/vapor, además de conducciones de alimentación y ventilación entre el separador y uno o más crioprotectores. El sistema funciona, a grandes rasgos, de la siguiente manera: el caudal bifásico de N2L entra en el separador de fase. El gas se purga a la atmósfera exterior al laboratorio dejando un cierto volumen de nitrógeno líquido puro, libre de gas a -320 °F. El líquido se alimenta por gravedad a los crioprotectores mediante una línea de alimentación triaxial.  El N2L está ligeramente subenfriado en el extremo inferior de la conducción debido a la altura hidrostática del líquido. A medida que el líquido entra en el crioprotector y absorbe el calor, la densidad cambia y el N2L más ligero retorna al nivel superior del líquido en el separador de fases. El gas se expulsa y el líquido se vuelve a usar.

Con los nuevos equipos de producción multilámina de MBE ya no es suficiente solo suministrar líquido de calidad. Aunque se podría circular el nitrógeno líquido por maquinaria pequeña y mediana, las nuevas máquinas plantean algunos desafíos. Nuestro compromiso de proporcionar el mejor sistema posible ha hecho que rediseñemos por completo nuestro separador de fases líquido/vapor así como las conducciones de alimentación y descarga.

Las grandes cargas de calor producen un gran consumo de N2L y un enorme flujo gaseoso.  Dirigir ese flujo de gas y eliminar las restricciones de los purgadores ha sido un elemento capital a la hora de lograr una circulación de circuito cerrado. Disponemos de una sonda de temperatura con camisa de vacío para supervisar la temperatura del gas y el líquido que se retornan al separador de fases. Un operario puede supervisar con facilidad el termómetro digital para asegurar los -320 °F, lo que garantizan una buena circulación.

Como líder mundial en el suministro de conducciones para N2L para MBE, hemos trabajado estrechamente con los proveedores de MBE para conocer los requerimientos de flujo de líquido para sus máquinas particulares y hemos dimensionado tanto las conducciones de alimentación como de retorno para acomodarnos a ellos. Se tiene mucho cuidado de situar el separador de fases de tal manera que se maximice la circulación.  Se han conseguido temperaturas del N2L muy estables mediante la utilización de una válvula moduladora de admisión en el separador que responde a la demanda de N2L, y esta temperatura estable ha contribuido a un nivel de vacío muy constante en la cámara. Las conexiones libres de hielo se han conseguido trabajando codo con codo con los proveedores de equipos de MBE ofreciéndoles conexiones complementarias. Dado que conocemos la máquina antes de que llegue a las instalaciones de los clientes, somos capaces de ofrecer sistemas de conducciones con anterioridad a la llegada de esta. La instalación puede llevarse a cabo de manera rápida y fácil gracias a los componentes modulares y la flexibilidad de las conducciones. Este método comprobado de disposición las conducciones hace que el cliente pueda empezar a trabajar lo antes posible. En resumen, desde el inicio de la tecnología MBE, Vacuum Barrier Corporation ha diseñado y construido sistemas de N2L con circulación de circuito cerrado. Continuamos desarrollando nuevos métodos para manejar demandas cada vez mayores. Nuestra reputación como líder de la industria se debe a la experiencia y saber hacer logrados a lo largo de los años, trabajando estrechamente con nuestros clientes y proveedores.

 

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