Introdução ao Gabinete de Gases Especiais BSGS

Gabinete de Gás Especial BSGS

Em instalações de fabricação de ponta para semicondutores, TFT-LCDs, fotovoltaicos, baterias de íon-lítio e outras indústrias, gases especiais como silano (SiH₄), amônia (NH₃), hidrogênio (H₂), cloro (Cl₂), hexafluoreto de tungstênio (WF₆) e outros gases especiais são entregues no local em cilindros de alta pressão e transportados por tubulações para câmaras de processo para facilitar processos críticos como deposição de filme, gravação e dopagem. A maioria desses gases é inflamável, explosiva, altamente tóxica ou altamente corrosiva. Entre os cilindros e o equipamento de processo, deve haver um hub central que integre armazenamento, regulagem de pressão, comutação, monitoramento, intertravamento e tratamento de gás de exaustão — o BSGS (Bulk Specialty Gas System).

INTRODUÇÃO À FUNÇÃO

Visão Geral do Gabinete de Gás Especial BSGS

Vitrine do Gabinete de Gás Especial BSGS da Wofly Technology

01 Estrutura Geral

O Gabinete de Gás Especial BSGS é um gabinete vertical de aço que integra seis unidades: uma área de armazenamento de cilindros selada, um manifold de distribuição de gás de aço inoxidável e conjunto de válvulas, uma unidade de regulagem de pressão, uma unidade de controle de interface homem-máquina baseada em PLC, uma unidade de detecção de gás e intertravamento de segurança e uma unidade de tratamento de gás de exaustão. As linhas de gás utilizam tubos de aço inoxidável 316L EP/BA e válvulas de diafragma de alta pureza para atender aos requisitos de gás de alta pureza SEMI. O topo do gabinete é equipado com luzes de alarme vermelhas, amarelas e verdes, e a porta do gabinete possui uma janela de visualização e uma trava mecânica. Os cilindros são fixados em suportes dedicados, e a substituição de cilindros só pode ser realizada após a conclusão bem-sucedida do processo de isolamento e purga.

                       Interior do Gabinete de Gás Especial BSGS

02 Comutação Automática de Tanque Duplo

O BSGS é configurado com duas linhas de gás espelhadas: uma para o cilindro primário e outra para o cilindro em espera. O PLC monitora a pressão de saída do cilindro primário em tempo real. Quando a pressão cai para o ponto de ajuste limite de processo inferior, ele fecha automaticamente o conjunto da válvula do cilindro primário e abre o conjunto da válvula do cilindro em espera, permitindo uma comutação sem interromper a operação, ao mesmo tempo em que aciona um alarme para indicar a necessidade de troca de cilindro. Isso evita a interrupção do gás de processo causada pelo esgotamento de um único cilindro. Durante o processo de comutação, o sistema executa automaticamente a purga da tubulação e a retenção de pressão (teste de vazamento) para evitar a contaminação cruzada de gás entre as duas linhas e o refluxo de ar para a tubulação de alta pureza.

03 Regulagem de Pressão Multi-Estágio e Saída de Pressão Estável

As pressões dos cilindros variam de vários megapascals a mais de dez megapascals (a pressão de vapor da NH3 é de aproximadamente 0,9 MPa, enquanto os cilindros de SiH4 de alta pressão podem atingir mais de dez MPa), enquanto o final do processo requer apenas 0,2 a 0,5 MPa. O gabinete de gás especial BSGS estabiliza a pressão de saída através de um processo de redução de pressão em dois estágios — redução de pressão primária (no lado de alta pressão) e redução de pressão secundária (ajuste fino no lado de baixa pressão) — em conjunto com manômetros, transmissores de pressão e placas de orifício. Válvulas de diafragma pneumáticas e válvulas de retenção são instaladas no manifold, com as válvulas apresentando conexões de vedação facial 316L VCR.

                      Exibição de Tubulação do Painel do Gabinete de Gás Especial

04 Detecção de Vazamento e Alarmes de Intertravamento de Segurança

Detectores são instalados dentro do gabinete de acordo com as propriedades dos gases: detectores de combustão catalítica ou infravermelha são usados para gases combustíveis (H₂, SiH₄, NH₃); detectores eletroquímicos são usados para gases altamente tóxicos e corrosivos (Cl₂, PH₃, AsH₃), e são posicionados na parte inferior ou superior do gabinete com base na densidade dos gases. Quando a concentração atinge o limiar de alarme baixo, um alarme sonoro e visual é acionado e um sinal é transmitido; quando atinge o limiar de alarme alto, a válvula final do cilindro é fechada automaticamente, a ventilação de emergência é ativada, os circuitos elétricos não à prova de explosão são desligados e um sinal de intertravamento é enviado para o GDS da planta.

                                   Vitrine de Detector de Fumaça

05 Pressão Positiva à Prova de Explosão e Segurança Elétrica

Para aplicações envolvendo gases inflamáveis e explosivos como SiH₄, H₂ e NH₃, o gabinete de gás especial BSGS é equipado com um gabinete de controle de pressão positiva à prova de explosão tipo PXK. Ar comprimido limpo ou nitrogênio (N₂) é fornecido ao gabinete para manter uma leve pressão positiva, evitando que misturas explosivas entrem do exterior; a tela sensível ao toque HMI, o botão de parada de emergência e os alarmes sonoros e visuais estão localizados dentro da câmara de pressão positiva, e os componentes elétricos são selecionados de acordo com a classificação à prova de explosão Ex.

          Exibição de Gabinetes de Pressão Positiva à Prova de Explosão

06 Depuração de Gás de Exaustão e Conformidade com Padrões de Emissão

O gabinete de gás especial BSGS libera uma pequena quantidade de gás de exaustão do processo durante as operações de purga, substituição e troca de cilindro. Após ser adsorvido e neutralizado, o gás de exaustão é descarregado para o exterior através de um duto de exaustão dedicado em conformidade com os padrões de emissão, evitando assim o acúmulo de gases tóxicos e inflamáveis na oficina.

INTRODUÇÃO À FUNÇÃO

O Papel dos Gabinetes de Gás Especial BSGS em Sistemas de Fornecimento de Gás Especial a Granel

               Vitrine de Equipamentos de Oficina da Wofly Technology

01 Solução de Problemas de Link do Sistema

A cadeia completa de fornecimento de gás especial consiste em quatro seções: ① A área de fonte de gás (sala de cilindros/estação de gás especial) armazena racks de cilindros; ② O gabinete de gás especial BSGS lida com comutação, regulagem de pressão, monitoramento, intertravamento e tratamento de gás de exaustão; ③ Tubulações de distribuição e caixas de válvulas (VMB/VMP) entregam gases de alta pureza para várias zonas de processo; ④ Na extremidade do equipamento de processo (Ferramenta), os gases são roteados através do painel de controle de gás de ponto final (GCP) para câmaras de gravação, deposição e implantação iônica. O gabinete de gás especial BSGS está localizado no Segmento ② e serve como a fronteira física e de segurança entre a área de armazenamento de cilindros de alta pressão e a sala limpa.

  Uma Seleção de Sistemas de Gás Especial BSGS (Apenas para Referência)

02 Isolamento de Segurança

O valor central do sistema do gabinete de gás especial BSGS é o isolamento. Cilindros de alta pressão, altamente tóxicos e inflamáveis são sempre encapsulados dentro de um gabinete equipado com uma janela de visualização; durante a operação normal, o pessoal não entra em contato com as linhas de gás de alta pressão. Em caso de vazamento, a ventilação de emergência é imediatamente ativada e o intertravamento de alarme alto desliga a válvula. O gás vazado é contido dentro do gabinete, depurado e depois descarregado, evitando que se espalhe para a sala limpa, corredores ou áreas de operação de pessoal, garantindo assim que as concentrações de gás na área principal da oficina permaneçam abaixo do Limite de Exposição Ocupacional (OEL) em todos os momentos.

03 Fornecimento Contínuo de Gás

As linhas de produção de semicondutores operam 24 horas por dia, e uma única interrupção no fornecimento de gás para um único equipamento pode resultar no descarte de todo o lote de wafers. O sistema de comutação automática de cilindro duplo do gabinete de gás especial BSGS transforma a substituição de cilindro de uma operação offline em um processo online: quando o cilindro primário se esgota, o cilindro de backup entra automaticamente em operação, permitindo que o pessoal de operações e manutenção substitua o cilindro vazio sem interromper o processo. Após a substituição, o sistema executa automaticamente a manutenção da pressão e a purga antes de retornar ao caminho de fornecimento primário, garantindo diretamente a taxa de utilização geral da linha de produção.

                                Exibição de Tubulação de Gás a Granel

04 Estabilização Secundária da Pressão e Qualidade do Fornecimento de Ar

Os gabinetes de gás especial BSGS geralmente fornecem equipamentos de processo através de tubulações BA/EP que se estendem por distâncias de dezenas a centenas de metros. Ao longo da rota, ocorrem flutuações de pressão devido à resistência friccional, distribuição de gás no VMB e consumo simultâneo de gás por vários equipamentos. O gabinete de gás especial BSGS ajusta precisamente a pressão de saída para o requisito do processo no estágio de regulagem de pressão secundária. Trabalhando em conjunto com um transmissor de pressão downstream para compensação em malha fechada, ele mantém uma pressão de entrada estável no VMB, evitando assim que vários dispositivos compitam por gás e evitando flutuações na taxa de fluxo que poderiam afetar a uniformidade do filme e a seletividade de gravação.

                              Apresentação sobre um Projeto de Gás a Granel

05 Upload de Dados Integrado com Sistemas GDS/GMS

O BSGS moderno serve como um nó de campo para o sistema de detecção de gás de toda a planta (GDS) e o sistema de monitoramento de gás (GMS). Via fiação ou comunicação Modbus/Profinet, o BSGS transmite dados em tempo real — incluindo status do cilindro (em uso/em espera/vazio), pressão de entrada e saída, fluxo cumulativo, concentração do detector, status da porta do gabinete e códigos de alarme — para a sala de monitoramento central. Isso permite que o pessoal de operações e manutenção determine remotamente quais gabinetes requerem substituição de cilindro e quais seções de tubulação têm vazamentos menores, facilitando assim a manutenção preditiva.

06 Conformidade de Circuito Fechado no Lado de Emissão

O gabinete de gás especial BSGS pré-trata os gases de exaustão de purga, substituição e detecção de vazamento dentro do gabinete antes de roteá-los para o scrubber da planta para descarga centralizada. Juntamente com o sistema de ventilação de exaustão da planta, isso forma um sistema de circuito fechado completo e em conformidade, abrangendo a fonte de gás, o ponto de uso e a descarga. Este sistema de circuito fechado é um requisito obrigatório para instalações de semicondutores novas e reformadas sob normas como SEMI S2 (Guia de Avaliação de Segurança de Equipamentos Semicondutores), GB 50177 (Código de Projeto para Estações de Hidrogênio) e GB/T 50493 (Padrão de Projeto para Sistemas de Detecção e Alarme de Gás Inflamável/Tóxico).

                             Apresentação sobre um Projeto de Gás a Granel