Wie gelingt eine korrekte Schlauchführung in einer Halbleiter-Hilfseinrichtung (Sub-Fab)?

BETH NIESER:
Hallo und willkommen bei Ask Swagelok. Mein Name ist Beth Nieser und das sind Margaret Brennan und Doug Nordstrom, unsere Experten für Schläuche in der Halbleiterindustrie. Heute schauen wir uns an, warum eine korrekte Schlauchführung in der Halbleiterfertigung so wichtig ist. Margaret, Doug, warum spielt die richtige Schlauchführung eine so wichtige Rolle?

MARGARET BRENNAN:
Die Schlauchführung ist ein entscheidender Faktor, wenn es darum geht, Sub-Fab-Einrichtungen mit der technischen Ausrüstung im Reinraum zu verbinden. Halbleiterhersteller stellen in diesen Anwendungen auf flexible Leitungen um, um die Zeit- und Arbeitsaufwände bei Wartung und Installation zu reduzieren. Die Schlauchführung hat auch einen erheblichen Einfluss auf die Leistung und Einsatzdauer eines Schlauchs.

DOUG NORDSTROM:
Die Leistungsfähigkeit wird zum Beispiel beeinträchtigt, wenn ein Schlauch bei beengten Platzverhältnissen zu stark gebogen wird und abknickt oder wenn die Biegung zu nah am Endanschluss erfolgt. Hierbei kann es zu einer Beschädigung einzelner Schlauchschichten kommen. Bei extrem hohen Temperaturen im Schlauchinnern müssen zudem die Abstände zu anderen Einrichtungen und etwaige Kontaktflächen berücksichtigt werden. In Reinraum- und Sub-Fab-Einrichtungen ist der verfügbare Platz immer sehr stark begrenzt. Das macht es häufig sehr schwierig, bei der Schlauchführung die von Margaret angesprochenen Probleme zu vermeiden.

BETH NIESER:
OK, verstehe. Die Platzverhältnisse spielen also eine große Rolle?

MARGARET BRENNAN:
Ja, vor allem in Anwendungen mit extremen Temperaturbedingungen. In den Schläuchen wird häufig sehr kaltes Wasser befördert. Und bei einem Kontakt zwischen den Schläuchen oder zu anderen Oberflächen können sogenannte Kaltstellen entstehen. Analog kann es beim Transport heißer Medien zur Bildung heißer Stellen kommen. Bei niedrigen Temperaturen kann es insbesondere in Sub-Fabs zu Kondensation und Eisbildung kommen. Die Folge sind Anlagenstillstände und Leistungseinbußen. Das sollte man natürlich vermeiden.

DOUG NORDSTROM:
Da in Sub-Fab-Einrichtungen so wenig Platz vorhanden ist, müssen Schläuche oft eng beieinander verlegt werden, was häufig zu den erwähnten Problemen führt. Gemeinsam mit einigen Kunden haben wir deshalb einen physischen Abstandshalter entwickelt, damit sich die Schläuche nicht berühren. Diese relativ einfache Lösung ist ein echter Erfolg. Sie verhindert, dass Schläuche zu eng beieinander verlegt werden. So kann es nicht zur Bildung heißer oder kalter Stellen kommen.

BETH NIESER:
OK. Und unter welchen Umständen können Schläuche gebogen werden?

MARGARET BRENNAN:
Schläuche können grundsätzlich gebogen werden, damit sie von einer Stelle zur anderen geführt werden können. Dabei darf jedoch der Mindestbiegeradius auf keinen Fall überschritten werden. Jeder Schlauch hat einen Mindestbiegeradius, der den Übergang zwischen der elastischen und der plastischen Verformung des Schlauchs angibt. Bei einer Überschreitung wird der Schlauch beschädigt. Er verliert seine funktionelle Leistungsfähigkeit und kann den erforderlichen Betriebsdrücken nicht mehr standhalten. Daher ist es äußerst wichtig, die Elastizitätsgrenze bzw. den Mindestbiegeradius bei der Biegung zu beachten.

DOUG NORDSTROM:
Schlauchisolierungen haben keinen Einfluss auf den Mindestbiegeradius. Der Schlauch knickt nicht schneller aufgrund der Isolierung. Der Mindestbiegeradius bleibt somit unverändert, auch mit Isolierung. Allerdings wird die Schlauchisolierung beim Biegen an der Außenseite auseinandergezogen und an der Innenseite zusammengedrückt. Diese Belastung beeinträchtigt die Isolierung und damit die Leistung. Bei Schläuchen mit Isolierung setzen wir für den Mindestbiegeradius also den dreifachen Wert des Schlauchs ohne Isolierung an. Dieser Schlauch hat beispielsweise einen Mindestbiegeradius von zwei Zoll. Mit Isolierung wäre also ein Mindestbiegeradius von etwa sechs Zoll einzuhalten.

BETH NIESER:
Wann ist denn eine Schlauchisolierung überhaupt erforderlich?

MARGARET BRENNAN:
Die Halbleiterfertigung umfasst viele Prozesse und Tools mit unterschiedlichen Temperaturanforderungen. Temperaturregulierende Fluide werden von Kühlgeräten oder Wärmetauschern oder anderen Hilfseinrichtungen im Sub-Fab bereitgestellt. Beim Transport zum Tool kann es allerdings zu Temperaturschwankungen kommen. Hier kommt dann die Isolierung ins Spiel, je nach den Temperaturen der Medien im Schlauch.

DOUG NORDSTROM:
Wie Margaret bereits erwähnt hat, muss auch die Außentemperatur berücksichtigt werden. Sinkt diese unter den Taupunkt, kann es zu Kondensation kommen. So wie bei einem Glas mit Eis im Sommer, sammelt sich Kondenswasser aus der Luft auf dem Schlauch an. In einer Sub-Fab weiß man aber nicht genau, ob es sich auch wirklich um Wasser handelt. Hier muss der Prozess angehalten und ermittelt werden, welche Flüssigkeit kondensiert. Da diese Stillstandszeiten extrem kostenintensiv sind, wird mithilfe von Schlauchisolierungen sichergestellt, dass die Temperaturen nicht unter den Taupunkt absinken.

MARGARET BRENNAN:
Natürlich könnte man beliebig viele Isolierschichten anbringen, damit die Temperatur über dem Taupunkt bleibt. Allerdings ist das Material nur bis zu einer Temperatur von bis zu –30 °C geeignet. Und da diese Fertigungsprozesse bei immer niedrigeren Temperaturen ablaufen, brauchen wir eine andere Isolierungstechnologie. Eine Möglichkeit sind diese vakuumisolierten Schläuche. Die äußerste Schicht des Innenschlauchs ist mit einer Vakuumschicht versehen. Damit wird jegliche Wärmeübertragung vermieden und eine wirksame Isolierung bis zu kryogenen Temperaturen von –200 °C erzielt. Diese Technologie ist zukunftsweisend.

BETH NIESER:
Vielen Dank für diese spannenden Einblicke. Und vielen Dank, dass Sie sich dieses Ask Swagelok-Video angeschaut haben!