Introduction à l'armoire de gaz spécialisé BSGS

Armoire de gaz spécialisés BSGS

Dans les installations de fabrication haut de gamme pour les semi-conducteurs, les écrans TFT-LCD, les photovoltaïques, les batteries lithium-ion et d'autres industries, des gaz spécialisés tels que le silane (SiH₄), l'ammoniac (NH₃), l'hydrogène (H₂), le chlore (Cl₂), l'hexafluorure de tungstène (WF₆) et d'autres gaz spécialisés sont livrés sur site en bouteilles haute pression et transportés par tuyauterie vers les chambres de processus pour faciliter des processus critiques tels que le dépôt de couches minces, la gravure et le dopage. La plupart de ces gaz sont inflammables, explosifs, hautement toxiques ou hautement corrosifs. Entre les bouteilles et l'équipement de processus, il doit y avoir un hub central qui intègre le stockage, la régulation de pression, la commutation, la surveillance, le verrouillage et le traitement des gaz d'échappement—le BSGS (Bulk Specialty Gas System).

INTRODUCTION FONCTIONNELLE

Présentation de l'armoire de gaz spécialisés BSGS

Présentation de l'armoire de gaz spécialisés BSGS de Wofly Technology

01 Structure générale

L'armoire de gaz spécialisés BSGS est une armoire verticale en acier qui intègre six unités : une zone de stockage de bouteilles scellée, un ensemble de collecteur et de vannes de distribution de gaz en acier inoxydable, une unité de régulation de pression, une unité de contrôle d'interface homme-machine basée sur PLC, une unité de détection de gaz et de verrouillage de sécurité, et une unité de traitement des gaz d'échappement. Les conduites de gaz utilisent des tubes en acier inoxydable 316L EP/BA et des vannes à membrane de haute pureté pour répondre aux exigences de gaz de haute pureté SEMI. Le dessus de l'armoire est équipé de feux d'alarme rouges, jaunes et verts, et la porte de l'armoire est dotée d'une fenêtre d'observation et d'une serrure mécanique. Les bouteilles sont fixées à des supports dédiés, et le remplacement des bouteilles ne peut être effectué qu'après la réussite du processus d'isolement et de purge.

                       Intérieur de l'armoire de gaz spécialisés BSGS

02 Commutation automatique à double réservoir

Le BSGS est configuré avec deux conduites de gaz identiques : une pour la bouteille principale et une pour la bouteille de secours. Le PLC surveille la pression de sortie de la bouteille principale en temps réel. Lorsque la pression descend au point de consigne de limite de processus inférieure, il ferme automatiquement l'ensemble de vannes de la bouteille principale et ouvre l'ensemble de vannes de la bouteille de secours, permettant une commutation sans interrompre le fonctionnement tout en déclenchant une alarme pour indiquer la nécessité d'un changement de bouteille. Cela évite les interruptions de gaz de processus causées par l'épuisement d'une seule bouteille. Pendant le processus de commutation, le système effectue automatiquement la purge de la conduite et le maintien de la pression (contrôle d'étanchéité) pour éviter la contamination croisée des gaz entre les deux conduites et le reflux d'air dans la tuyauterie de haute pureté.

03 Régulation de pression multi-étapes et sortie de pression stable

Les pressions des bouteilles varient de plusieurs mégapascals à plus de dix mégapascals (la pression de vapeur du NH3 est d'environ 0,9 MPa, tandis que les bouteilles de SiH4 haute pression peuvent atteindre plus de dix MPa), alors que l'extrémité du processus ne nécessite que 0,2 à 0,5 MPa. L'armoire de gaz spécialisés BSGS stabilise la pression de sortie grâce à un processus de réduction de pression en deux étapes—réduction de pression primaire (côté haute pression) et réduction de pression secondaire (ajustement fin côté basse pression)—en conjonction avec des manomètres, des transmetteurs de pression et des plaques d'orifice. Des vannes à membrane pneumatiques et des clapets anti-retour sont installés sur le collecteur, les vannes étant dotées de connexions à joint facial VCR 316L.

                      Affichage du tuyautage du panneau de l'armoire de gaz spécialisés

04 Détection de fuites et alarmes de verrouillage de sécurité

Des détecteurs sont installés à l'intérieur de l'armoire en fonction des propriétés des gaz : des détecteurs à combustion catalytique ou infrarouge sont utilisés pour les gaz combustibles (H₂, SiH₄, NH₃) ; des détecteurs électrochimiques sont utilisés pour les gaz hautement toxiques et corrosifs (Cl₂, PH₃, AsH₃), et sont positionnés en bas ou en haut de l'armoire en fonction de la densité des gaz. Lorsque la concentration atteint le seuil d'alarme basse, une alarme sonore et visuelle est déclenchée et un signal est transmis ; lorsqu'elle atteint le seuil d'alarme haute, la vanne d'extrémité de la bouteille est automatiquement fermée, la ventilation d'urgence est activée, les circuits électriques non antidéflagrants sont coupés, et un signal de verrouillage est envoyé au GDS de l'usine.

                                Présentation du détecteur de fumée

05 Pression positive antidéflagrante et sécurité électrique

Pour les applications impliquant des gaz inflammables et explosifs tels que SiH₄, H₂ et NH₃, l'armoire de gaz spécialisés BSGS est équipée d'une armoire de contrôle à pression positive antidéflagrante de type PXK. De l'air comprimé propre ou de l'azote (N₂) est fourni à l'armoire pour maintenir une légère pression positive, empêchant les mélanges explosifs d'entrer de l'extérieur ; l'écran tactile HMI, le bouton d'arrêt d'urgence et les alarmes sonores et visuelles sont tous situés dans la chambre à pression positive, et les composants électriques sont sélectionnés conformément à la classification antidéflagrante Ex.

          Présentation des armoires à pression positive antidéflagrantes

06 Épuration des gaz d'échappement et conformité aux normes d'émission

L'armoire de gaz spécialisés BSGS libère une petite quantité de gaz d'échappement de processus lors des opérations de purge, de remplacement et de changement de bouteille. Après avoir été adsorbé et neutralisé, le gaz d'échappement est évacué à l'extérieur par un conduit d'échappement dédié, conformément aux normes d'émission, empêchant ainsi l'accumulation de gaz toxiques et inflammables dans l'atelier.

INTRODUCTION FONCTIONNELLE

Le rôle des armoires de gaz spécialisés BSGS dans les systèmes d'approvisionnement en gaz spécialisés en vrac

               Présentation de l'équipement d'atelier de Wofly Technology

01 Dépannage des liaisons système

La chaîne complète d'approvisionnement en gaz spécialisés se compose de quatre sections : ① La zone source de gaz (salle des bouteilles/station de gaz spécialisés) stocke les racks de bouteilles ; ② L'armoire de gaz spécialisés BSGS gère la commutation, la régulation de pression, la surveillance, le verrouillage et le traitement des gaz d'échappement ; ③ Les tuyauteries de distribution et les boîtes de vannes (VMB/VMP) acheminent les gaz de haute pureté vers diverses zones de processus ; ④ À l'extrémité de l'équipement de processus (Outil), les gaz sont acheminés via le panneau de contrôle de gaz de point d'utilisation (GCP) vers les chambres de gravure, de dépôt et d'implantation ionique. L'armoire de gaz spécialisés BSGS est située dans le segment ② et sert de frontière physique et de sécurité entre la zone de stockage des bouteilles haute pression et la salle blanche.

  Sélection de systèmes de gaz spécialisés BSGS (pour référence uniquement)

02 Isolement de sécurité

La valeur fondamentale du système de l'armoire de gaz spécialisés BSGS est l'isolement. Les bouteilles haute pression, hautement toxiques et inflammables sont toujours enfermées dans une armoire équipée d'une fenêtre d'observation ; en fonctionnement normal, le personnel n'entre pas en contact avec les conduites de gaz haute pression. En cas de fuite, la ventilation d'urgence est immédiatement activée et le verrouillage d'alarme haute coupe la vanne. Le gaz qui fuit est contenu dans l'armoire, épuré, puis évacué, l'empêchant de se propager dans la salle blanche, les couloirs ou les zones de travail du personnel, garantissant ainsi que les concentrations de gaz dans la zone principale de l'atelier restent toujours inférieures à la limite d'exposition professionnelle (LEP).

03 Approvisionnement continu en gaz

Les lignes de production de semi-conducteurs fonctionnent 24 heures sur 24, et une seule interruption de l'approvisionnement en gaz d'un seul équipement peut entraîner la mise au rebut de tout le lot de plaquettes. Le système de commutation automatique à double bouteille de l'armoire de gaz spécialisés BSGS transforme le remplacement de bouteille d'une opération hors ligne en un processus en ligne : lorsque la bouteille principale est épuisée, la bouteille de secours passe automatiquement en ligne, permettant au personnel d'exploitation et de maintenance de remplacer la bouteille vide sans interrompre le processus. Après le remplacement, le système effectue automatiquement le maintien de la pression et la purge avant de revenir au chemin d'alimentation principal, garantissant directement le taux d'utilisation global de la ligne de production.

                                Présentation des pipelines de gaz en vrac

04 Stabilisation secondaire de la pression et qualité de l'alimentation en air

Les armoires de gaz spécialisés BSGS alimentent généralement les équipements de processus via des pipelines BA/EP s'étendant sur des distances allant de dizaines à des centaines de mètres. Le long du parcours, des fluctuations de pression se produisent en raison de la résistance frictionnelle, de la distribution du gaz au niveau du VMB et de la consommation simultanée de gaz par plusieurs équipements. L'armoire de gaz spécialisés BSGS ajuste précisément la pression de sortie aux exigences du processus lors de l'étape de régulation de pression secondaire. En collaboration avec un transmetteur de pression en aval pour la compensation en boucle fermée, elle maintient une pression d'entrée stable au VMB, évitant ainsi que plusieurs appareils ne se fassent concurrence pour le gaz et évitant les fluctuations de débit qui pourraient affecter l'uniformité des couches minces et la sélectivité de gravure.

                              Présentation d'un projet de gaz en vrac

05 Téléchargement de données intégré aux systèmes GDS/GMS

Le BSGS moderne sert de nœud de terrain pour le système de détection de gaz (GDS) de l'usine et le système de surveillance de gaz (GMS). Via câblage ou communication Modbus/Profinet, le BSGS transmet des données en temps réel—y compris l'état de la bouteille (en cours d'utilisation/en attente/vide), la pression d'entrée et de sortie, le débit cumulé, la concentration du détecteur, l'état de la porte de l'armoire et les codes d'alarme—à la salle de contrôle centralisée. Cela permet au personnel d'exploitation et de maintenance de déterminer à distance quelles armoires nécessitent un remplacement de bouteille et quelles sections de tuyauterie présentent de petites fuites, facilitant ainsi la maintenance prédictive.

06 Conformité en boucle fermée du côté émission

L'armoire de gaz spécialisés BSGS prétraite les gaz d'échappement provenant des opérations de purge, de remplacement et de détection de fuites à l'intérieur de l'armoire avant de les acheminer vers le laveur de l'usine pour un rejet centralisé. Avec le système de ventilation d'échappement de l'usine, cela forme un système en boucle fermée complet et conforme, couvrant la source de gaz, le point d'utilisation et le rejet. Ce système en boucle fermée est une exigence obligatoire pour les installations de semi-conducteurs neuves et rénovées selon des normes telles que SEMI S2 (Guide d'évaluation de la sécurité des équipements de semi-conducteurs), GB 50177 (Code de conception pour les stations d'hydrogène) et GB/T 50493 (Norme de conception pour les systèmes de détection et d'alarme de gaz inflammables/toxiques).

                              Présentation d'un projet de gaz en vrac