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Vacuum Barrier Corporation is the world’s leader of LN2 Vacuum Jacketed Piping Systems supplied to the Semiconductor Industry. Les canalisations pour azote liquide de Vacuum Barrier procurent à l’industrie des semi-conducteurs un transfert d’azote liquide sûr et fiable à la demande vers les points d’utilisation.

La conduite d’azote liquide à double enveloppe sous vide est conçue pour réduire les temps de cycle et minimiser les pertes de liquide. Chaque conduite d’azote liquide à double enveloppe sous vide fonctionne à l’abri du givre et procure un acheminement polyvalent à partir des grands réservoirs d’azote liquide ou des Dewars portatifs.

La conduite d’azote liquide à double enveloppe sous vide est conçue pour réduire les temps de cycle et minimiser les pertes de liquide. Chaque conduite d’azote liquide à double enveloppe sous vide fonctionne à l’abri du givre et procure un acheminement polyvalent à partir des grands réservoirs d’azote liquide ou des Dewars portatifs.

Mike Johnson

Vacuum Barrier Corporation

Woburn, Massachusetts, EUA

Du fait d’une demande exponentielle d’équipement de communication sans fil, les systèmes de wafers multiples par épitaxie par jets moléculaires (MEB) ont été développés et sont maintenant opérationnels dans le monde entier. La croissance continue de l’industrie a poussé les installations de fabrication de wafer épitaxial à même utiliser des machines plus grandes avec des cadences plus élevées. Cette nouvelle génération d’équipement MBE a amené avec elle de nouveaux problèmes de circulation du LN2.

Du fait que le procédé MBE exige un vide ultra poussé, les cryo-enveloppes d’azote liquide (LN2) doivent pomper les gaz résiduels dans la chambre. Le transfert du LN2 vers l’équipement MEB a toujours posé des problèmes, la qualité du liquide une fois les enveloppes atteintes étant inférieure à l’optimum nécessaire selon les caractéristiques du LN2. Un « système typique de conduite » MBE consistait en un Dewar de 160 litres situé le plus près possible de l’équipement et était relié à l’enveloppe par un tubage de cuivre isolé par de la mousse, provoquant un sale amas glacé. La circulation était assurée par une purge en continu du liquide de l’enveloppe. Ce procédé, en plus d’être grandement inefficace, n’a pas résolu le problème lié au flux biphasique (liquide et gaz). Des bulles de gaz générées par la vanne de prélèvement du cylindre, le tubage de transfert faiblement isolé et par la brusque détente de la haute pression à la pression atmosphérique, ont provoqué dans la chambre des fluctuations de vide erratiques. La tuyauterie avec double enveloppe sous vide n’a pas réglé le problème. Bien que cela soit très efficace, les tentatives de liaison directe par canalisation à partir d’une station centrale de distribution se sont révélées infructueuses du fait des grandes quantités de gaz générées par la liaison avec le réservoir de vrac, la détente de la haute pression et un apport de chaleur relativement faible sur toute la longueur de la ligne. Un système de tuyauterie pour LN2 à boucle fermée a été conçu spécifiquement pour MBE par Vacuum Barrier Corporation, et a été utilisé avec succès pendant des années. Le système à boucle fermée procure des surfaces totalement mouillées à l’intérieur des protections cryogéniques, minimisant le dégazage et maintenant les températures de LN2 constantes à basse pression. Le système est totalement automatisé, sûr et complètement fiable. Il consiste principalement en une tuyauterie à enveloppe sous vide allant d’un réservoir de stockage en vrac extérieur jusqu’à un séparateur de phases liquide/vapeur, avec des tuyaux d’alimentation et d’évacuation entre le séparateur et une ou plusieurs protections cryogéniques. Le système fonctionne à la base de la manière suivante : un flux biphasique de LN2 entre dans le séparateur de phases. Le gaz est dégagé vers l’atmosphère à l’extérieur du laboratoire laissant un volume de LN2 pur, exempt de gaz à -320 ºF. Le liquide est alimenté par gravité vers la protection cryogénique par une conduite d’alimentation triaxiale. Quand le liquide pénètre dans la protection cryogénique et y prélève de la chaleur, la densité se modifie, et le LN2 le plus léger est retourné au-dessus du niveau de liquide du séparateur de phases. Le gaz est évacué et le liquide est réutilisé.

Avec l’équipement de production des wafers multiples par MBE, la fourniture d’un liquide de bonne qualité ne suffit plus. Bien que nous ayons pu faire circuler l’azote liquide à travers des machines de taille modérée ou intermédiaire, les nouvelles machines présentaient de nombreux défis. Notre engagement de proposer le meilleur système possible nous a conduit à reconsidérer entièrement la conception de notre séparateur de phase liquide/vapeur ainsi que les pipes d’alimentation et de purge.

Les charges calorifiques élevées génèrent une consommation élevée de LN2 et un énorme flux gazeux. L’orientation de ce flux de gaz et la suppression des restrictions sur les purges ont été critiques pour la réalisation de la circulation en circuit fermé. Une sonde de température sur la double enveloppe qui sert au vide est disponible pour contrôler la température du gaz et du liquide retournant au séparateur de phase. L’opérateur MBE peut facilement contrôler la jauge de température digitale pour constater -320°F, gage d’une bonne circulation.

En tant que leader mondial de la fourniture de tuyauterie LN2 pour MBE, nous avons travaillé en proche collaboration avec les fournisseurs de MBE pour déterminer les débits liquides requis par la spécificité de leurs machines et avons dimensionné en fonction de cela les tuyauteries d’alimentation et de retour. L’implantation du séparateur de phase est faite avec beaucoup de soin de telle sorte que la circulation est optimisée. La très grande stabilité de la température du LN2 a été obtenue en utilisant une vanne d’admission à modulation sur le séparateur qui répond à la demande en LN2 et cette température stable a favorisé un niveau de vide très stable dans la chambre. L’absence de givrage des raccords a été obtenue par un travail en proche collaboration avec les fournisseurs des équipements MBE pour proposer des raccords complémentaires. Dès que nous avons connaissance qu’une machine doit être installée chez les clients, nous sommes en mesure de fournir par avance le système de tuyauteries de la machine, avant son installation. Celle-ci peut être réalisée rapidement et facilement grâce aux composants modulaires et à la flexibilité des conduites. Cette méthode éprouvée de tubage permet au client d’être prêt à démarrer aussi vite que possible. En résumé, dès le début de la technologie MBE, Vacuum Barrier Corporation a conçu et fabriqué les systèmes de canalisation LN2 à circuit fermé. Nous poursuivons le développement de nouveaux procédés pour satisfaire les demandes toujours croissantes. Notre réputation de leader dans l’industrie s’appuie sur l’expérience et l’expertise acquises par des années de travail en proche collaboration avec les clients et les fournisseurs d’équipements.

 

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