Kryogene Stickstofferzeugung in Halbleiterqualität-

In der High-End-Halbleiterfertigung führen Spurenverunreinigungen in der Prozessumgebung-H₂O, O₂, CO₂ und THC-direkt zu Waferdefekten und Ausbeuteverlusten. Die konventionelle Stickstofferzeugung vor Ort hat oft mit Reinheitsschwankungen und einem höheren Energieverbrauch zu kämpfen, während die Flüssigstickstoffversorgung mit Unsicherheiten in der Lieferkette und steigenden Logistikkosten konfrontiert ist. Die Erzeugung von kryogenem Stickstoff in Halbleiterqualität begegnet diesen Herausforderungen durch kryogene Destillation und liefert kontinuierlich hochreinen Stickstoff mit einem Sauerstoffgehalt unter 1 ppm aus einer einzigen Anlage und hält gleichzeitig den Energieverbrauch auf branchenführendem Niveau. Es ist zur Standard-Stickstoffquelle für 12-Zoll-Fabriken, moderne Verpackungsanlagen und Produktionslinien für Verbindungshalbleiter geworden.

Funktionsprinzip

Das System arbeitet mit kryogener Luftdestillation. Die Speiseluft durchläuft eine mehrstufige Filterung und Komprimierung durch Wärmerückgewinnung, bevor sie in eine reversible oder Molekularsieb-Reinigungseinheit gelangt, in der H₂O, CO₂ und Kohlenwasserstoffe entfernt werden. Die gereinigte Luft wird in der Fraktionierkolonne schrittweise auf etwa -170 Grad bis -196 Grad abgekühlt, wo Sauerstoff und Stickstoff anhand ihrer Siedepunktdifferenz (Sauerstoff: -183 Grad, Stickstoff: -196 Grad) durch kontinuierliche Rektifikation in strukturierter Packung getrennt werden. Am Kopf der Kolonne wird hochreiner Stickstoff entnommen, während mit Sauerstoff angereichertes Abgas am Boden abgelassen oder zurückgewonnen wird. Ein Turboexpander mit geschlossenem Kreislauf sorgt für die Kühlleistung; Sobald das System gestartet ist, läuft es kontinuierlich allein mit Strom und Kühlwasser, ohne dass Adsorptionsmittel zerfallen oder es zu regelmäßigen Austauschproblemen kommen muss.

Leistungsangaben

Typischer Energieverbrauch (bei 1.000 Nm³/h, 0,6 MPaG):

• Spezifische Leistung: 0,28 ~ 0,32 kWh/Nm³
• Kühlwasser: ca.. 45 t/h (Δt=8 Grad)
• Instrumentenluft: Kleiner oder gleich 5 Nm³/h

Im Vergleich zu herkömmlichen Zweisäulenkonfigurationen erreicht dieses System durch einen hocheffizienten Booster-Turboexpander und optimierte Säuleneinbauten einen etwa 8–12 % geringeren Energieverbrauch der Einheit.

Technische Daten (typisches Modell)

Die Werte basieren auf Standardkonstruktionsbedingungen; Die tatsächlichen Werte können je nach Standorthöhe, Umgebungstemperatur und spezifischen Betriebsbedingungen variieren.

Anwendungen

Dieses System ist für kontinuierliche -Prozessumgebungen konzipiert, in denen strenge Grenzwerte für gasförmige Verunreinigungen gelten:

• 12-Zoll-/8-Zoll-Waferherstellung – Spül- und Trägergas für Diffusion, CVD, Ätzen und Ionenimplantation.
• Fortschrittliche Verpackung (Bumping, TSV) – Atmosphärenkontrolle in Reflow-Öfen zur Minimierung der Lotoxidation.
• Verbindungshalbleiter (SiC, GaN) – Träger- und Verdünnungsgas beim epitaktischen Wachstum.
• Lithographie und Maskenherstellung – Spülgas für tiefe-UV-Lichtwege, um zu verhindern, dass die Sauerstoffabsorption die Belichtungsenergie verschiebt.
• Alternative zu Großtankstellen – dient als Kerneinheit eines Gaslagers vor Ort und ersetzt die Lieferung von Flüssigstickstoff oder Hochdruckflaschenbänke.

Zertifizierungen, Lieferumfang und Anpassung

• Konstruktionscodes: ASME VIII-1 / GB/T 150, HG/T 3186 für Druckbehälter; Verrohrung gemäß B31.3.
• Elektrischer und explosionsgefährdeter Bereich: Erhältlich mit Class I Div 2 oder ATEX Zone 2-Konformität; Steuerungssystem mit SIL 2-Redundanz.
• Lieferoptionen: Komplett auf einem Rahmen-montierte Einheiten (Kühlbox, Turboexpander, Luftreiniger und Steuerungen vor-auf einer Stahlbasis montiert) oder lose-gelieferte Komponenten für Standorte mit Hebebeschränkungen.
• Customization: Column height and heat exchanger surface can be adjusted for high-altitude (>1.500 m) oder Umgebungen mit hohen -Temperaturen; Spezielle Grenzwerte für Taupunkt- oder Spurenverunreinigungen-können durch maßgeschneiderte Destillationszyklen berücksichtigt werden.
• Dokumentationspaket: P&IDs, allgemeine Anordnungszeichnungen, elektrische Schaltpläne, Betriebs- und Wartungshandbücher, HAZOP-Zusammenfassung, FAT/SAT-Protokolle und Testberichte.

Support und Kundendienst.-

• Fernüberwachung: Standard-IoT-Gateway mit Modbus-TCP-Konnektivität zum Anlagen-DCS oder SCADA; Cloud-Datensicherung (optional auf dem-Premise-Server).
• Ersatzteile: 3- bis 5-Jahres-Ersatzteilkits für Turboexpanderlager, Molekularsieb und Ventildichtungen, die zusammen mit der Hauptausrüstung geliefert werden.
• Außendienste: Installationsüberwachung, Inbetriebnahme und Inbetriebnahme, Bedienerschulung (Schulung + praktische Übungen) und jährliche Leistungsüberprüfung.
• Gewährleistung: 12 Monate ab Abnahme für das Gesamtsystem; Kalt-Komponenten des Turboexpanders auf 24 Monate verlängert.

Shenger Gas verfügt über umfassende interne-Fähigkeiten zur kryogenen Stickstofferzeugung-von der Simulation des Destillationsprozesses und der hydraulischen Berechnung der Kolonneneinbauten bis hin zur Spannungsanalyse der Kühlbox-, die alle von unserem eigenen Ingenieurteam durchgeführt werden. Jedes Gerät wird vor dem Versand einem Volllast-Leistungstest unterzogen. Für Halbleiteranwendungen bieten wir zusätzliche Schnittstellen für die Inline-Partikelüberwachung und die Integration der Spuren-verunreinigungsanalyse, um sicherzustellen, dass die Stickstoffqualität während der gesamten Produktion rückverfolgbar und überprüfbar bleibt. Für weitere Diskussionen zu bestimmten Reinheitsgraden, Durchflussschwankungen oder Einschränkungen bei der Standortaufteilung steht Ihnen unsere Technikgruppe zur Beratung zur Verfügung.

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