Tanques de expansão em refrigeradores de semicondutores: Por que são importantes

Se alguma vez entrou numa fábrica de semicondutores, sabe que a temperatura é implacável. Uma pequena mudança na pressão do refrigerante pode significar que os wafers são descartados, a produção abranda e os custos sobem. É por isso que todas as partes do sistema de refrigeração são importantes - não apenas o compressor ou o permutador de calor. Um herói desconhecido é o tanque de expansão. Parece simples, mas sem ele, o seu circuito de refrigeração pode tornar-se instável rapidamente.

No fabrico de semicondutores, refrigeradores não são apenas máquinas de arrefecimento. São ferramentas de precisão, que mantêm as oscilações de temperatura dentro de fracções de grau. Essa estabilidade depende da gestão da pressão no circuito de refrigeraçãoE é aqui que o depósito de expansão ganha o seu sustento.

O que é um tanque de expansão?

Pense no depósito de expansão como o amortecedor de pressão do seu sistema de refrigeração. É um recipiente selado que contém tanto líquido de refrigeração como uma almofada de ar. Quando o líquido de refrigeração aquece e se expande, o volume extra tem de ir para algum lado. Sem um reservatório para o absorver, essa pressão é empurrada de volta para o seu chiller e tubagem, causando tensão nos componentes e criando fugas ao longo do tempo.

A maioria dos reservatórios de expansão em sistemas de refrigeração de semicondutores são fabricados em aço inoxidável ou em aço-carbono com revestimento epoxídico. Isto garante a compatibilidade com misturas glicol-águaágua desionizada ou óleos térmicos. A conceção interna inclui frequentemente uma bexiga ou diafragma que separa o líquido de refrigeração da bolsa de ar, impedindo a absorção de gás pelo líquido.

Como funciona um tanque de expansão?

Imagine your chiller is running a 24/7 process, cooling a photolithography stepper. The coolant leaves the chiller at a precise setpoint. The fluid absorbs heat from the machinery as it moves through the system. Back in the chiller, that slightly warmer liquid contracts as it’s cooled again. This constant thermal expansion and contraction changes the liquid’s volume.

Quando o líquido de refrigeração se expande, flui para o depósito, comprimindo a bolsa de ar. Quando o líquido de refrigeração se contrai, a bolsa de ar empurra o líquido de volta para o sistema.

Ao manter a pressão do sistema estável, o depósito evita a tensão nas bombas, vedantes e sensores. Sem ele, mesmo pequenas oscilações de temperatura podem acionar alarmes de alta pressão ou cavitação.

Porque é que os chillers para semicondutores necessitam de tanques de expansão?

Em regime normal AVAC ou refrigeradoresSe o problema não for resolvido, uma pequena flutuação de pressão pode passar despercebida. Numa instalação de semicondutores, esse problema pode levar a grandes interrupções.

Uma mudança de ±0,1°C num circuito de arrefecimento pode alterar as taxas de reação química, provocar a distorção do padrão da bolacha ou afetar a espessura do revestimento da resistência:

Proteger a estabilidade do processo

O refrigerador funcionará a 0°C, pelo que o líquido de refrigeração dentro dos tubos irá congelar. A mistura de glicol com água reduz o ponto de congelação da solução. Com o rácio correto, não congela mesmo a -40°C. Por conseguinte, os refrigeradores de glicol podem funcionar a uma temperatura tão baixa como -20°C ou mesmo até -40°C, pelo que são ideais para reactores em que é necessária uma temperatura baixa para a reação.

Reduzir o desgaste do equipamento

Sem um depósito, a sua bomba sofre picos de pressão rápidos. O desgaste excessivo dos rolamentos, vedantes e impulsores provoca frequentemente paragens inesperadas.

Prevenir a perda de líquido de refrigeração

As oscilações de pressão podem forçar o líquido de refrigeração a passar pelas válvulas de alívio ou para as linhas de transbordo. Numa sala limpa, mesmo um pequeno derrame pode fechar uma baía durante horas.

Absorção de cargas térmicas súbitas

As ferramentas de semicondutores podem passar rapidamente do estado de inatividade para a carga total. O depósito de expansão amortece estas mudanças repentinas para que o chiller não tenha de combater o pico de carga.

Dicas de instalação para tanques de expansão em chillers de semicondutores

A instalação de um depósito de expansão não se resume a ligar duas flanges. Uma instalação incorrecta pode torná-lo inútil.

Questões de colocação

Ligar o depósito ao lado de aspiração da bomba, onde a pressão é mais baixa. Isto evita choques de caudal e martelamento da bomba.

Suporte e isolamento de vibrações

Os depósitos são pesados quando estão cheios. Utilize uma montagem rígida e considere a adição de amortecedores de vibrações se o seu chiller funcionar perto de equipamento rotativo.

Definições da carga de ar

A pressão de pré-carga da bolsa de ar deve corresponder à pressão de enchimento a frio do sistema. Se for demasiado baixa, o depósito enche-se demasiado depressa; se for demasiado alta, não entra qualquer líquido de refrigeração.

Compatibilidade de materiais

Verifique se o revestimento e os acessórios do depósito são compatíveis com a química do seu líquido de refrigeração. As fábricas de semicondutores utilizam frequentemente fluidos de elevada pureza que podem reagir com determinados revestimentos.

Como fazer a manutenção de um tanque de expansão？

Os depósitos de expansão requerem pouca manutenção, mas não estão isentos de manutenção. Ignorar o depósito pode resultar numa falha oculta, colocando o chiller em risco.

Verificar regularmente a carga de ar

Utilize um manómetro na válvula Schrader para confirmar que a pré-carga de ar corresponde às especificações.

Inspecionar quanto a corrosão ou fugas

Até mesmo os depósitos de aço inoxidável podem apresentar fugas de pinhole se forem expostos a determinados produtos químicos ou se o revestimento de tinta for danificado.

Procura de cisternas inundadas

Se a bexiga ou o diafragma se romperem, o depósito enche-se completamente de líquido de refrigeração. A forma mais fácil de verificar é bater no depósito - um "baque" sólido significa que está cheio de água.

Monitorizar as tendências da pressão

Um desvio lento na pressão do sistema pode significar que o depósito de expansão não está a fazer o seu trabalho.

Problemas comuns e soluções rápidas

Mesmo num ambiente de sala limpa, há coisas que correm mal. Alguns problemas aparecem com mais frequência do que outros:

Colapso da bolsa de ar

Isto acontece normalmente quando a bexiga tem uma fuga ou perde a sua pré-carga.
Solução: recarregar o depósito ou substituir a bexiga.

Sobrepressurização

Muitas vezes devido a reservatórios de expansão sobredimensionados ou a uma pré-carga incorrecta.
Correção: ajustar as definições e confirmar com um medidor calibrado.

Contaminação do líquido de refrigeração

Se a bexiga falhar, o líquido de refrigeração pode misturar-se com o ar e absorver gases.
Solução: lavar o circuito e substituir o depósito.

Falhas de montagem

Raro, mas possível se o tanque não estiver corretamente apoiado.
Correção: fixar a montagem e verificar a tensão da tubagem.

Conclusão

Numa fábrica de semicondutores, não há espaço para o "suficientemente bom". Todos os componentes do seu sistema de refrigeração têm de cumprir o seu papel, e o tanque de expansão não é exceção. É uma peça simples de hardware, mas desempenha um papel enorme na manutenção da pressão estável, na proteção do equipamento e na preservação do rendimento da bolacha.

Se estiver a atualizar o seu refrigerador de semicondutores ou a resolução de problemas de pressão instável, não negligencie o depósito de expansão. O investimento numa manutenção adequada é mínimo comparado com a perda de um lote estragado.

Precisa de ajuda para dimensionar ou selecionar o tanque de expansão certo para o seu sistema de refrigeração? Fale com a nossa equipa técnica - garantiremos que o seu circuito de refrigeração funciona sem problemas, da primeira à última bolacha.

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