Проектирование высоковакуумной магистрали
СОДЕРЖАНИЕ: Методика расчета высоковакуумной магистрали. Порядок расчета газовых колонок, выбор и обоснование откачных средств. Расчет проводимости соединительных трубопроводов и оценка совместимости откачных средств. Определение быстроты откачки в трубопроводах.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.