يعتمد تصنيع أشباه الموصلات بشكل أساسي على التحكم في درجة الحرارة. فكل خطوة في مصنع متطور - بدءًا من الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى، مرورًا بالتلميع الكيميائي الميكانيكي، والحفر بالبلازما، والترسيب الكيميائي للبخار، وزرع الأيونات، وصولًا إلى القياسات البصرية - تعتمد على الحفاظ على سوائل التبريد عند درجة حرارة ثابتة، غالبًا ضمن نطاق ±0.1 درجة مئوية. تُباع المبردات ووحدات التحكم في درجة الحرارة التي تحافظ على هذا الاستقرار كمعدات جاهزة، ولكن المكون الذي ينقل سائل التبريد فعليًا هو المضخة. عندما تتعطل هذه المضخة، أو تُصدر نبضات، أو تُلوث الدائرة، تُتلف الرقاقة أو تعود من الفحص بعيوب دقيقة لا يرغب أحد في إصلاحها. لقد قمنا بتوريد مضخات ذات محركات مغناطيسية لمشاريع مبردات أشباه الموصلات ومشاريع سوائل التبريد المفلورة في تايوان وكوريا الجنوبية والصين القارية لأكثر من عقد من الزمان، بما في ذلك مشروع تايواني طويل الأمد لتزويد مضخات سلسلة MDW بمحركات مغناطيسية دائمة متزامنة مصممة خصيصًا لنقل سائل التبريد PFPE تحت الصفر.
يُغطي هذا الدليل كيفية اختيار مضخة لتبريد أشباه الموصلات في عام 2026، وهو العام الذي يشهد بناء أكثر من 18 مصنعًا جديدًا لأشباه الموصلات بحجم 300 مم، وخفض درجات حرارة المعالجة إلى ما يقارب -80 درجة مئوية، والتحول من سوائل التبريد Fluorinert وNovec التي أوقفت شركة 3M إنتاجها إلى بدائل Galden PFPE وHFE من جهات خارجية. إن خيارات المضخات التي كانت فعّالة قبل خمس سنوات ليست بالضرورة هي الخيارات المناسبة اليوم.
1. تحدي مضخة تبريد أشباه الموصلات: من الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى إلى التلميع الكيميائي الميكانيكي والحفر
تضم مصانع أشباه الموصلات الحديثة أكثر من اثنتي عشرة فئة من الأدوات التي تتطلب تبريدًا سائلًا فعالًا. ولكل فئة سائل تبريد مختلف، ودرجة حرارة ضبط مختلفة، ومستوى تحمل مختلف للاضطرابات الناتجة عن المضخة. ويُعد فهم هذه الخصائص شرطًا أساسيًا لتحديد مواصفات المضخة بشكل سليم.
● تبريد مصدر الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى والماسح الضوئي — من -20 درجة مئوية إلى +25 درجة مئوية، PFPE أو مزيج من الماء والجليكول، ميزانية نبض ضيقة للغاية لأن المحاذاة البصرية تنحرف مع الاهتزاز.
● التلميع الرطب والتلميع الكيميائي الميكانيكي (CMP) — مواد كيميائية للتنظيف والتنظيف يتم التحكم في درجة حرارتها، وغالبًا ما تكون 20-40 درجة مئوية، مع متطلبات نقاء عالية (لا توجد أيونات معدنية في مسار المادة المعلقة).
● تبريد ظرف مفاعل الحفر بالبلازما والترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما — من -40 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية، سائل تبريد PFPE مفلور يتلامس مباشرة مع رؤوس الدش الكهروستاتيكية.
● تبريد خط شعاع زرع الأيونات - عادةً ما يكون الماء والجليكول، ولكن الحلقات الثانوية لأجهزة الزرع عالية الطاقة تستخدم PFPE.
● أدوات الفحص والقياس — الفحص البصري، وقياسات الحزمة الإلكترونية، وفحص الأقنعة. التحكم في درجة الحرارة بدقة ±0.1 درجة مئوية مع نبضات تدفق شبه معدومة؛ وهنا تبرز أهمية تصميم المضخة.
● الاختبار والتشغيل الأولي — غرف الصدمات الحرارية التي تقوم بتدوير الرقائق بين -65 درجة مئوية و +155 درجة مئوية في حمامات فلورينرت / جالدين ثنائية الطور.
● خطوات المعالجة بالتبريد — الحفر البارد عند درجة حرارة -100 درجة مئوية، وتسخين العينة مسبقًا إلى درجة حرارة -196 درجة مئوية باستخدام النيتروجين السائل من أجل تكديس NAND ثلاثي الأبعاد وHBM المتقدم.
● حلقات المرافق الفرعية للمصنع — مياه تبريد العمليات (PCW)، مياه فائقة النقاء، استعادة المواد اللزجة. دقة أقل، تدفق أعلى.
تتداخل خمسة قيود هندسية في جميع هذه المحطات: منع التسرب تمامًا لحماية هواء غرف التعقيم ومخزون البولي إيثيلين الفلورايد (PFPE) باهظ الثمن، وتقليل تلوث السائل بأيونات المعادن إلى أدنى حد، وضمان تدفق خالٍ من النبضات في أدوات الطباعة الحجرية والفحص، والقدرة على التشغيل المستمر في درجات حرارة تتراوح بين -196 درجة مئوية و+290 درجة مئوية، والتوافق الكيميائي مع سوائل نقل الحرارة الفلورية التي تختلف خصائصها اختلافًا كبيرًا عن الماء. لا يوجد تصميم مضخة واحد يغطي جميع هذه القيود الخمسة في آن واحد. الحل الأمثل هو مجموعة من الحلول المصممة خصيصًا لكل محطة.
2. كيمياء المبردات المفلورة: مقارنة بين Galden PFPE و Fluorinert FC و HFE
قبل تحديد نوع المضخة، يجب معرفة نوع السائل المستخدم. تُهيمن ثلاث عائلات على تبريد أشباه الموصلات، وهي: بيرفلوروبولي إيثر (PFPE، تُباع تحت العلامة التجارية Galden من قِبل Syensqo/Solvay سابقًا)، وبيرفلوروكربون (PFC، تُباع تحت العلامة التجارية Fluorinert من قِبل 3M)، وهيدروفلوروإيثر (HFE، تُباع من قِبل 3M تحت اسم Novec). تبدو هذه المواد متشابهة ظاهريًا من وجهة نظر مهندس العمليات - شفافة، عازلة، وخاملة - لكنها تختلف اختلافًا كبيرًا في طريقة ضخها.
الخصائص الرئيسية التي تهم اختيار المضخة:
| عائلة سائل التبريد | العلامة التجارية النموذجية | نطاق التشغيل | الكثافة عند 25 درجة مئوية | اللزوجة عند درجة حرارة -40 درجة مئوية | ملاحظات جانبية حول المضخة |
| PFPE | Gall HT55–HT270 | من -70 إلى +290 درجة مئوية | 1.7–1.9 جم/سم³ | 5–20 سنتي بواز (HT55–HT135) | معيار صناعي لخدمة المبردات/وحدات التحكم في درجة الحرارة؛ يحل محل سوائل 3M التي توقف إنتاجها. |
| جندي أول | فلورينرت FC-3283 / FC-40 / FC-72 | من +30 إلى +215 درجة مئوية | 1.7–1.9 جم/سم³ | غير متوفر (مجمد) | انتهى إنتاج شركة 3M في أكتوبر 2024 (FC-3283) حتى نهاية عام 2025 |
| HFE | نوفيك 7100/7200/7300/7500 | من -135 إلى +260 درجة مئوية | 1.4–1.6 جم/سم³ | 0.4–1.5 سنتي بواز | انخفاض الاحترار العالمي مقارنةً بمركبات PFC/PFPE؛ شركة 3M توقف الإنتاج؛ بدائل HFE من TMC/BestSolv |
| جلايكول-ماء | 50/50 إيثيلين جليكول | من -35 إلى +105 درجة مئوية | 1.07 جم/سم³ | 50-200 سنتي بواز | رخيصة الثمن، لكنها لا تستطيع الوصول إلى درجات الحرارة التي تتطلبها العقد المتقدمة |
ثلاثة أمور جديرة بالملاحظة. أولًا، يتميز كل من سائل غالدن PFPE وفلورينرت PFC بكثافة تقارب ضعف كثافة الماء، لذا فإن المضخة المصممة لخدمة المياه لن تُؤدي وظيفتها بكفاءة مع سائل PFPE لأن نفس القدرة الهيدروليكية تُحرك كمية أقل. ثانيًا، ترتفع لزوجة سائل غالدن بشكل حاد مع انخفاض درجة الحرارة؛ فحتى النوع HT55 ذو درجة الغليان المنخفضة، عند درجات حرارة أقل من -50 درجة مئوية، يقترب من حد 20 سنتي بواز الذي تبدأ عنده المضخات الهيدروليكية الطاردة المركزية بفقدان كفاءتها. ثالثًا، تتراوح تكلفة هذه السوائل بين 200 و500 دولار أمريكي للكيلوغرام الواحد، فكل تسرب يُعد خسارة في المخزون، وكل لتر ملوث يتطلب أعمال معالجة، وكل قطرة على أرضية الغرفة النظيفة تُسبب حادثًا متعلقًا بالصحة والسلامة والبيئة.
3. خروج شركة 3M: لماذا تتم إعادة النظر في مواصفات المضخات في جميع أنحاء الصناعة
في ديسمبر 2022، أعلنت شركة 3M أنها ستتخارج نهائيًا من أعمال مواد البيرفلورو ألكيل والبولي فلورو ألكيل (PFAS) بحلول نهاية عام 2025. وبدأ هذا التخارج الفعلي في أكتوبر 2024 مع إيقاف إنتاج سائل التبريد أحادي الطور Fluorinert FC-3283، الذي كان يُستخدم بكثرة في مبردات أشباه الموصلات ومحطات الاختبار والتشغيل. وبحلول نهاية عام 2025، توقف إنتاج خطوط إنتاج Novec وFluorinert بالكامل. وتعمل فرق تخطيط المصانع، ومصنّعو وحدات التحكم في درجة الحرارة (TCU) من الشركات المصنعة الأصلية، وموردي المضخات مثلنا، على دراسة تبعات هذا القرار.
أما بالنسبة لاختيار المضخة، فإن العواقب ملموسة:
● يؤدي الانتقال نحو Galden PFPE إلى تغيير نقطة التشغيل الهيدروليكية. يتميز سائل PFPE بلزوجة أعلى في الطرف البارد من نطاق التشغيل مقارنةً بسوائل Fluorinert التي يحل محلها. لم يعد منحنى أداء المضخة المنشور عند استخدام سائل FC-3283 عند درجة حرارة -40 درجة مئوية صالحًا عند استخدامه مع سائل Galden HT80 عند نفس درجة الحرارة. قد تنحرف وحدات التحكم في درجة الحرارة (TCUs) الحالية، التي كانت تعمل بشكل جيد مع سوائل FC، عن نقطة الضبط بعد استبدال سائل التبريد.
● تتميز بدائل HFE بكثافة أقل ولكن بضغط بخار أعلى. يغلي سائل نوفيك 7100 عند درجة حرارة +61 درجة مئوية؛ إذا كانت المضخة تعمل بالقرب من هذه الدرجة، يصبح هامش NPSH هو المواصفة الحرجة بدلاً من الضغط. يظهر التكهف في وقت أبكر من دورة التشغيل مقارنةً بما يحدث في سائل PFPE.
● تؤدي السوائل المستصلحة وسوائل الطرف الثالث إلى تباين في درجة النقاء. تُقدّم شركات TMC وBestSolv وغيرها بدائل لـ FC-3283 وNovec، بما في ذلك المواد المُعاد تدويرها. وتختلف درجة النقاء وعدد الجسيمات ومحتوى المعادن الذائبة من دفعة إلى أخرى. وتحمي المضخة ذات البطانات الداخلية المُقسّاة أو غير المعدنية الإنتاجية بطريقة لا تستطيع المضخة القياسية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ تحقيقها.
● لا تزال الضغوط التنظيمية المتعلقة بمواد PFAS تتزايد. تستمر قيود REACH على مركبات PFAS طويلة السلسلة، وإنفاذ وكالة حماية البيئة الأمريكية للوائح المتعلقة بمركبات PFOA/PFOS، والقواعد المقترحة الأوسع نطاقًا بشأن المركبات الفلورية، في دفع مصانع أشباه الموصلات نحو احتواء الانبعاثات الصفرية. لم تعد مضخات الختم الميكانيكي المستخدمة في خدمة PFPE مجرد مسؤولية صيانة، بل أصبحت تشكل خطرًا على الامتثال البيئي. وقد تناولنا الصورة التنظيمية الأوسع في تقريرنا السابق. دليل لوائح PFAS ومتطلبات مضخات المواد الكيميائية.
4. الهندسة في درجات الحرارة المنخفضة للغاية: لماذا يختلف الضخ عند درجة حرارة -80 درجة مئوية
تُنشر معظم كتالوجات المضخات منحنيات الأداء عند درجة حرارة 20 درجة مئوية. تعمل مضخات تبريد أشباه الموصلات في بيئة تكون فيها هذه البيانات عديمة الفائدة تقريبًا. تهيمن ثلاثة تأثيرات حرارية عند التشغيل في درجات حرارة تحت الصفر:
الانكماش الحراري وفقدان الخلوص
ينكمش الفولاذ المقاوم للصدأ بنسبة 0.3% تقريبًا من درجة حرارة الغرفة إلى -80 درجة مئوية، وبنسبة 0.1% أخرى حتى -196 درجة مئوية. أما المكونات البلاستيكية فتنكمش بنسبة أكبر. إذا صُممت مضخة بفجوات ضيقة عند 20 درجة مئوية، فإن هذه الفجوات تختفي عند درجات الحرارة المنخفضة جدًا، ويحدث تلامس بين المعدنين في غضون ثوانٍ. يتمثل الحل التصميمي في تحديد فجوات غير متماثلة؛ حيث تُصنع المضخة المُخصصة للعمل عند -80 درجة مئوية بفجوات تشغيل تبدو واسعة عند درجة حرارة الغرفة، ولكنها تضيق لتصبح مناسبة تمامًا عند درجة حرارة التشغيل.
أداء المغناطيس مقابل درجة الحرارة
تفقد مغناطيسات النيوديميوم-حديد-بورون (NdFeB)، وهي الخيار الافتراضي لمضخات الدفع المغناطيسي التي تعمل في درجة حرارة الغرفة، تدفقها المغناطيسي عند انخفاض درجة الحرارة عن نقطة تصميمها، وتستعيده عند تسخينها. لا تفقد هذه المغناطيسات مغناطيسيتها عند درجات الحرارة المنخفضة جدًا كما يحدث عند درجات الحرارة الأعلى من نقطة كوري، ولكن قد ينخفض عزم الدوران بنسبة 10-20% عند -80 درجة مئوية. في ظروف التشغيل في درجات حرارة منخفضة للغاية، نزيد عادةً من حجم وصلة المغناطيس بنسبة 25-30% بالإضافة إلى تأثير انخفاض اللزوجة عند بدء التشغيل البارد، وفي مضخة النيتروجين السائل AYDH، نستخدم مجموعات مغناطيسية متخصصة مصممة للعمل في درجات حرارة منخفضة جدًا، تحافظ على عزم الدوران حتى -196 درجة مئوية.
تزييت المحامل في سائل غير مزيت
تعتمد المضخات ذات الدفع المغناطيسي على سائل العملية لتزييت المحامل الداخلية المصنوعة من كربيد السيليكون أو البولي إيثر إيثر كيتون (PEEK). تتميز المبردات المفلورة بتوتر سطحي منخفض للغاية، وتكاد تخلو من التزييت الحدودي، خاصةً عند درجات الحرارة المنخفضة. يجب أن تتناسب خلوصات المحمل مع العمود، بالإضافة إلى اختيار مادة المحمل، مع نوع المبرد المستخدم. يعمل كربيد السيليكون على كربيد السيليكون بكفاءة عالية مع البولي إيثر إيثر بوليمر (PFPE) حتى درجة حرارة -70 درجة مئوية؛ أما في درجات حرارة أقل من ذلك، فتتفوق محامل البوليمر المصنوعة من البولي إيثر إيثر كيتون (PEEK) على محامل كربيد السيليكون لأنها تتحمل التزييت الهامشي بشكل أفضل. مضخة النيتروجين السائل المغناطيسية AYDHتم تصميم نظام المحامل خصيصًا للعمل عند درجة حرارة -196 درجة مئوية مع مكونات معالجة بالتبريد العميق وأغلفة عزل خزفية.
5. لماذا يُعدّ استخدام بنية المحرك المغناطيسي إلزاميًا لخدمة سائل التبريد المفلور؟
في مجال تبريد أشباه الموصلات، أصبحت المضخة ذات الختم الميكانيكي قديمة الطراز فعلياً. ثلاثة أسباب وراء ذلك:
● مخزون سائل التبريد المفلور باهظ الثمن لدرجة لا تسمح بتسربه. تمثل شحنة مبرد سعة 500 لتر من سائل التبريد Galden HT135 ما بين 100,000 و250,000 دولار أمريكي من مخزون السوائل. ويؤدي تسرب مانع التسرب في العمود، والذي يُقلل الشحنة بنسبة 1% شهريًا، إلى خسارة سنوية تتراوح بين خمسة وستة أرقام، قبل أي تأثير على الصحة والسلامة والبيئة أو غرف التنظيف. ويتم استرداد فرق التكلفة الرأسمالية بين نظام الدفع المغناطيسي ونظام مانع التسرب الميكانيكي في غضون أشهر.
● لا يمكن لبروتوكولات الصحة والسلامة والبيئة في غرف التنظيف أن تتسامح مع الانبعاثات المتسربة. لا تقتصر أضرار قطرات مادة PFPE الموجودة في هواء غرف التنظيف على تلويث الرقائق فحسب، بل تتسبب أيضًا في إيقاف تشغيل المنشأة فورًا. وقد باتت تقنية التصنيع بدون مانع تسرب تُدرج بشكل متزايد ضمن مواصفات معدات وحدات التبريد ووحدات التحكم في درجة الحرارة من قبل كبار مشتري المسابك.
● لا توجد فترة صيانة للخدمة المستمرة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع. يعمل مصنع أشباه الموصلات بكامل طاقته الإنتاجية. تتدهور الأختام الميكانيكية بشكل متوقع، ولا يتوافق جدول أعطالها مع جدول أعطال المصنع. وقد أظهرت المضخات ذات الدفع المغناطيسي المزودة بمحامل من كربيد السيليكون متوسط وقت بين الأعطال يزيد عن 50,000 ساعة في بيئة غرف التنظيف، مما يعني أن تغيير المحامل المخطط له يتزامن مع إيقاف تشغيل المصنع بدلاً من أن يتسبب في إيقافه.
للحصول على معلومات هندسية أكثر تفصيلاً حول التصميم، بما في ذلك اختيار المغناطيس، وفقدان التيارات الدوامية في الأغلفة المعدنية، وعزم الفصل، راجع قسمنا دليل اختيار مضخة الدفع المغناطيسي الصناعيةبالنسبة للتطبيقات التي تتطلب تشغيلاً مستمراً حيث يكون حتى استخدام حلقة مانعة للتسرب ثابتة غير مقبول، فإن نوع المحرك المغلف يذهب خطوة أبعد - حيث يدور دوار المحرك داخل سائل العملية خلف علبة معدنية رقيقة، مما يلغي الحاجة إلى الاقتران المغناطيسي تماماً. دليل تكنولوجيا مضخات المحركات المعلبة يغطي هذا التقرير الأنواع الهيكلية الثلاثة لمحركات الأقراص بدون مانع تسرب.
6. التحكم في النبضات لأدوات الأشعة فوق البنفسجية القصوى، والقياس البصري، وفحص الرقائق
من بين جميع القيود المفروضة على مضخة تبريد أشباه الموصلات، يُعدّ النبض أكثرها إثارةً للدهشة بالنسبة للمُصنّعين الجدد. تتطلب مرحلة الشبكة في ماسح الأشعة فوق البنفسجية القصوى محاذاةً موضعيةً بدقة تصل إلى نانومتر واحد. ويقوم العمود البصري لأداة فحص الحزمة الإلكترونية بتمييز التفاصيل التي يقل حجمها عن 5 نانومتر. أي اهتزاز ناتج عن التدفق في حلقة التبريد ينقل الضوضاء الميكانيكية إلى النظام الفرعي البصري أو الميكانيكي، مما يُقلل من الدقة. ولذلك، يُحدد مُصنّعو الأدوات المضخة كمصدر للاهتزاز، وليس فقط كمكون للتدفق والضغط.
ثلاثة أسباب متعلقة بجانب المضخة لحدوث نبضات غير مرغوب فيها في هذه الخدمة:
● نبض أسنان التروس في مضخات التروس الخارجية - تغيرات طفيفة دورية في التدفق مع تعشيق أسنان التروس وانفصالها.
● الحركة الترددية في مضخات المكبس أو الحجاب الحاجز - ارتفاعات كبيرة في التدفق الدوري بين الأشواط؛ غير مقبولة لأي تطبيق دقيق.
● نبضات التكهف بالقرب من حد NPSH - تدفق غير منتظم مع تشكل فقاعات البخار وانهيارها، خاصة في خدمة HFE حيث تكون نقطة الغليان قريبة من درجة حرارة التشغيل.
التكوينات التي نحددها لخدمة أشباه الموصلات ذات النبضات المنخفضة:
● مضخات الدوامة ذات الدفع المغناطيسي (التوربينات التجديدية). تُنتج سلسلتا MDW وMDS لدينا تدفقًا شبه متواصل مع تذبذب ذروة إلى ذروة أقل من 2% عادةً عند نقطة التشغيل المقدرة. ينقل دافع التوربين التجديدي الطاقة على مراحل صغيرة متعددة حول محيطه بدلاً من تمريرات منفصلة للشفرات، مما يُحسّن بطبيعته انسيابية التدفق. هذا هو التصميم الذي قمنا بتوريده إلى العديد من مشاريع تبريد أشباه الموصلات في تايوان وكوريا الجنوبية.
● محرك تيار مستمر بدون فرش مع تحكم في السرعة بحلقة مغلقة. تُحافظ محركات المغناطيس الدائم المتزامنة المزودة بتقنية التحكم في التردد المتغير أو التحكم في التيار المستمر المُستشعر على سرعة دوران ضمن نطاق ±0.5%، مما يُزيل تموج التدفق الناتج عن تغير السرعة. تُعد هذه التقنية إحدى تقنياتنا الأساسية العشر، وهي قياسية في مضخاتنا المصممة خصيصًا لأشباه الموصلات.
● مُجمِّع التفريغ أو مُخمد المثانة. بالنسبة للمحطات الأكثر حساسية للنبضات (ماسحات الأشعة فوق البنفسجية القصوى، وأعمدة الحزم الإلكترونية)، يعمل مُجمِّع صغير مُثبَّت عند مخرج المضخة على خفض النبضات المتبقية إلى أقل من 0.5% من الذروة إلى الذروة. هذه إضافة على مستوى النظام وليست ميزة خاصة بالمضخة، ولكن من المفيد تحديدها.
7. المواد والأجزاء الملامسة للسائل: محامل من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L، ومادة PTFE، ومادة PEEK، ومحامل سيراميكية
تتميز المبردات الفلورية بخمولها الكيميائي تجاه معظم المواد، لكن الملوثات التي تتدفق إلى المصنع من المضخة ليست المبرد نفسه، بل هي ما يزيله المبرد عن الأسطح المبللة على مدار آلاف ساعات التشغيل. ولذلك، فإن مواصفات المواد تعتمد على التحكم في التلوث، وليس على التوافق الكيميائي.
● الفولاذ المقاوم للصدأ 316L. المادة المبللة الافتراضية لمضخات أشباه الموصلات المستخدمة في أجهزة التبريد. مصقولة بمرآة بدقة Ra 0.2 ميكرومتر أو أفضل لتقليل تساقط الجسيمات. مقبولة للاستخدام مع مضخات PFPE لعقود؛ غير مقبولة لسوائل العمليات المحتوية على حمض الهيدروفلوريك (ولهذا السبب يجب أن تتحول مضخات المرافق في مصانع أشباه الموصلات ومضخات الإلكتروليت/CMP إلى بنية مبطنة بالفلوروبوليمر).
● بطانة من مادة PTFE / PFA الفلورية. بالنسبة للخدمات فائقة النقاء أو للمواد الكيميائية التي تحتوي على آثار من حمض الهيدروفلوريك أو المواد الحمضية (مثل التلميع الكيميائي الميكانيكي، والتلميع الرطب، واستعادة الإلكتروليت)، فإن التصميم المبطن بالكامل بمادة PTFE يمنع تسرب أيونات المعادن إلى مستويات أجزاء في المليار. مضخة محرك مغناطيسي مبطنة بمادة PTFE من نوع AMC-F تم تصميمها لهذه الفئة من المهام.
● محامل ومكونات غلاف الاحتواء المصنوعة من بوليمر PEEK. تم اختيار مادة PEEK للاستخدام في درجات حرارة تحت الصفر حيث يؤدي الانكماش الحراري إلى هشاشة الأغلفة الخزفية. تتميز هذه المادة بصلابة ممتازة في درجات الحرارة المنخفضة للغاية وخمول كيميائي؛ أما عيبها فهو انخفاض الحد الأقصى لدرجة الحرارة التي تتحملها (عادةً ≤ 200 درجة مئوية).
● محامل من كربيد السيليكون المتلبد. معيار صناعي لمحامل مضخات الدفع المغناطيسي في درجة حرارة الغرفة. صلابة ممتازة، تآكل شبه معدوم، توافق كيميائي شامل. أقل تسامحًا من مادة PEEK عند التشحيم الهامشي؛ يُنصح باستخدامه مع حماية من التشغيل الجاف إذا تم استخدامه في تطبيقات قد ينخفض فيها التدفق مؤقتًا إلى الصفر.
● أغلفة عازلة من السيراميك. تُزيل الأغلفة غير المعدنية المانعة للتسرب فقدان الطاقة الناتج عن التيارات الدوامية (أي لا يحدث تسخين مُستحث في الغلاف من المجال المغناطيسي الدوار)، وهو أمر بالغ الأهمية في درجات الحرارة المنخفضة جدًا حيث يمكن حتى لبضعة واط من الحرارة الطفيلية أن تُؤثر على الدائرة. تُعد الأغلفة الخزفية قياسية في منتجاتنا. مضخة النيتروجين السائل AYDH.
بالنسبة لخدمة التبريد التقليدية باستخدام مادة PFPE، يتكون التكوين النموذجي من أجزاء ملامسة للسائل مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L مصقولة بمرآة، ومحامل من كربيد السيليكون، وغلاف معدني رقيق. أما في حالة استخدام محامل HF أو في بيئة رطبة، فيتم استخدام بطانة كاملة من مادة PTFE. ولأغراض القياس الدقيق تحت الصفر، يتم استخدام غلاف سيراميكي مع محامل PEEK. يُحدد مخطط شجرة القرار بدقة حسب المحطة، وليس بناءً على تكوين "أفضل" واحد.
8. طريقة لتحديد حجم مضخات مبردات أشباه الموصلات ومضخات وحدة التحكم في درجة الحرارة
يُعدّ تحديد حجم المضخة اللازمة لتبريد أشباه الموصلات بروتوكولًا من ست خطوات. فيما يلي نسخة مختصرة يستخدمها مهندسو التطبيقات لدينا عندما يرسل إلينا مُصنِّع وحدة التحكم في ناقل الحركة (TCU) أو فريق هندسة المصنع مواصفاتٍ ما:
● الخطوة 1 - تحديد سائل التبريد وكثافته عند درجة حرارة التشغيل الباردة. تبلغ كثافة مادة Galden HT80 عند درجة حرارة -40 درجة مئوية حوالي 1.92 جم/سم³. تتناسب القدرة الهيدروليكية للمضخة طرديًا مع الكثافة، لذا فإن مضخة مياه بقدرة 1.5 كيلوواط تصبح مضخة PFPE بقدرة 2.9 كيلوواط عند نفس معدل التدفق والضغط.
● الخطوة 2 - حساب حمل التبريد والتدفق المطلوب. بالنسبة لأداة تبدد طاقة مقدارها Q كيلوواط مع فرق درجة حرارة مسموح به ΔT عبر الدائرة، يكون معدل التدفق الحجمي V[لتر/دقيقة] = Q[كيلوواط] / (ρ[كيلوجرام/لتر] × Cp[كيلوجول/كيلوجرام·كلفن] × ΔT[كلفن] / 60). تبلغ قيمة Cp لسائل Galden HT80 حوالي 0.97 كيلوجول/كيلوجرام·كلفن؛ ولحمل أداة 5 كيلوواط عند فرق درجة حرارة 3 درجات مئوية، يكون معدل التدفق حوالي 53 لتر/دقيقة. استخدم معامل ضرب 1.3× لهامش التخفيض.
● الخطوة 3 - حساب رأس النظام. يُحسب مجموع الضغط الساكن، واحتكاك خط الأنابيب (مع مراعاة اللزوجة العالية لمادة PFPE الباردة)، وانخفاض الضغط عبر اللوحة الباردة على جانب الأداة. بالنسبة لوحدات التحكم في نقل الطاقة لأشباه الموصلات التي تغذي لوحات الأدوات المدمجة، يتراوح الضغط الكلي عادةً بين 3 و8 بار.
● الخطوة 4 - التحقق من هامش NPSH. في درجات الحرارة المنخفضة، يتميز غالدن بضغط بخار منخفض للغاية، ونادرًا ما يكون صافي الضغط الإيجابي عند السحب (NPSH) عاملًا محددًا؛ أما في ظروف التشغيل عالية التدفق (HFE) بالقرب من نقطة غليانه، فيصبح صافي الضغط الإيجابي عند السحب (NPSH) هو العامل المهيمن. حدد ظروف جانب السحب بدقة، واختر مضخة مصممة للعمل مع صافي الضغط الإيجابي عند السحب (NPSH) المتاح بالإضافة إلى هامش أمان بنسبة 30%.
● الخطوة 5 - مطابقة بنية المضخة مع تحمل النبضات. للتصوير الحجري، والقياس، والفحص: مضخة دوامية مغناطيسية تعمل بتوربينات متجددة. للمعالجة الرطبة والتلميع الكيميائي الميكانيكي: مضخة مغناطيسية مبطنة بمادة PTFE. للاختبار والتشغيل الأولي: مضخة دوامية قياسية تعمل بمحرك مغناطيسي من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L. لعمليات التبريد العميق: مضخة AYDH تعمل بالنيتروجين السائل.
● الخطوة 6 - التحقق من صحة النتائج عن طريق اختبار عينة من السائل. تُنتج منحنيات الكتالوج باستخدام الماء. بالنسبة للتطبيقات الحساسة لأشباه الموصلات، يُرجى طلب إجراء اختبار من المورد باستخدام نوع سائل التبريد الفعلي عند درجة حرارة التشغيل الفعلية، مع بيانات قياس النبضات والتلوث. نقدم هذا التحقق لأي عرض أسعار لخدمات Galden / Fluorinert / HFE عند الطلب.
9. محفظة مضخات أشباه الموصلات من Aulank: MDW، وAYDH، وPWH، وAMC-F
نُزوّد قطاع أشباه الموصلات بمضخات ذات محركات مغناطيسية ومضخات ذات محركات مغلقة منذ عام ٢٠١٥. تشمل مشاريعنا الحالية عميلًا في تايوان يستخدم مضخات سلسلة MDW مع محركات مغناطيسية دائمة متزامنة مُخصصة لنقل السوائل المفلورة في درجات حرارة منخفضة، وشركة كورية جنوبية لتصنيع معدات تبريد أشباه الموصلات تستخدم وحدات MDW لاختبار تكامل المبردات، بالإضافة إلى العديد من شركات تكامل المعدات الأصلية (OEM) ووحدات المرافق في مصانع أشباه الموصلات في الصين، وذلك في مراحل المعالجة الكيميائية التلميعية (CMP) والمعالجة الرطبة والمعالجة المبردة. تشمل مجموعة المنتجات التي نوصي بها عادةً ضمن قائمة مكونات مضخات مصانع أشباه الموصلات ما يلي:
● مضخة مغناطيسية دوامية من الفولاذ المقاوم للصدأ من MDW — وحدة التبريد الرئيسية لأنظمة التبريد ووحدات التحكم في درجة الحرارة باستخدام سوائل Galden HT55–HT135 وما يعادلها من سوائل PFPE. الأجزاء الملامسة للسائل مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 304/316L، مصقولة بلمسة نهائية عاكسة، وتعمل في نطاق درجة حرارة قياسي من -40 إلى +200 درجة مئوية. هذه الوحدة هي الأكثر استخدامًا في مشاريع تبريد مصانع أشباه الموصلات في تايوان وكوريا الجنوبية.
● مضخة دوامة مغناطيسية من الفولاذ المقاوم للصدأ من نوع MDS — نفس عائلة الأنظمة الهيدروليكية مثل MDW مع قدرة تدفق أعلى لمحطات التبريد المركزية الأكبر حجماً وحلقات المرافق الفرعية للمصنع.
● مضخة النيتروجين السائل المغناطيسية AYDH مصممة للعمل في درجات حرارة منخفضة للغاية تصل إلى -196 درجة مئوية. تُستخدم في تدوير النيتروجين السائل، وأدوات الحفر البارد، والتجفيف بالتجميد، وخطوات معالجة الرقائق في درجات حرارة منخفضة للغاية. جسم المضخة وغلاف العزل الخزفي معالجان بدرجات حرارة منخفضة للغاية.
● مضخة دوامية معلبة PWH/PWD/PWM — نوع المحرك المغلق المُصمم للخدمة المستمرة عالية النقاء، حيث تُشكل حتى الحلقات المطاطية الثابتة مسارًا للتعرض. شائع الاستخدام في حلقات استعادة واسترداد PFPE، واستعادة المركبات العضوية المتطايرة، وحلقات المعالجة في أعلى فئات نقاء المصانع.
● مضخة محرك مغناطيسي مبطنة بمادة PTFE من نوع AMC-F — أجزاء مبللة مبطنة بالكامل بمادة PTFE للاستخدام في منضدة العمل الرطبة، ومعجون CMP، والإلكتروليت، وأي مهمة أخرى قد تؤدي فيها المواد الكيميائية الحاملة لحمض الهيدروفلوريك أو المواد الحمضية إلى مهاجمة الفولاذ المقاوم للصدأ 316L. تم الحفاظ على تلوث الأيونات المعدنية عند مستويات جزء في المليار.
عادةً ما يطلب قطاع أشباه الموصلات تخصيصًا يشمل: محركات مغناطيسية دائمة متزامنة بدلاً من المحركات الحثية القياسية (مما يحسن كفاءة الاقتران ويقلل من النبضات)، ومتغيرات التيار المستمر و24 فولت للمبردات المدمجة في الأدوات، وطلاء وتغليف متوافق مع غرف التنظيف، وأبعاد شفة مخصصة لتتناسب مع بصمة وحدة التحكم في درجة الحرارة الحالية، ومتغيرات مقاومة للانفجار لمناطق بخار HFE وDMC، وسجلات فحص كاملة مع إمكانية تتبع المواد لتأهيل المصنع.
تحمل مضخات الدوامة المغناطيسية الخاصة بنا شهادة TÜV CE، وتتوافق مجموعة منتجاتنا الأوسع مع متطلبات الجودة ISO 9001 و CE، ونمتلك أكثر من 50 براءة اختراع تقنية تغطي بنية محرك المغناطيس الدائم المتزامن، والاقتران المغناطيسي المبرد، والهيدروليكا الدوامية المحمية المستخدمة في هذه العائلة من المنتجات.
احصل على تكوين مضخة تبريد أشباه الموصلات
سواء كنت شركة مصنعة للمعدات الأصلية تقوم ببناء المبردات أو وحدات التحكم في درجة الحرارة أو أدوات معالجة الرقائق، أو كنت مصنعًا للمستخدم النهائي يحدد المضخات لخط إنتاج جديد أو مشروع ترحيل PFPE، فإن فريقنا الهندسي يمكنه مطابقة بنية مضخة الدفع المغناطيسي المناسبة لكل محطة والتحقق من صحتها مقابل درجة سائل التبريد الفعلية وظروف التشغيل.
تحدث إلى فريقنا: اتصل بنا | واتساب: +86 13773157367 | بريد إلكتروني: [email protected]
تصفح صفحات المنتجات والحلول ذات الصلة: