半導体製造工場向けの UL 認定変圧器サプライヤーの選択: 電圧低下、高調波、N+1 冗長性

ウェーハ製造工場では、200 ミリ秒の電圧低下により、ほとんどの機器の故障よりも多くの生産量が失われます。プロセスの途中でツールが故障すると、チャンバー内のロットはスクラップとなり、拡散またはエッチングの再評価には何時間もの生産時間がかかります。これが、ファブプロジェクトの変圧器仕様がライドスルー要件から逆算して記述される理由であり、適切な変圧器を任命する理由です。UL 認定変圧器サプライヤー決定は発注書のずっと前から始まります。

ファブが配電に関して本当に求めていること

半導体工場は、通常の意味での重工業負荷ではありません。これは、たまたま数十メガワットを消費する精密負荷です。個々のツールの負荷はそれぞれ数百 kVA と控えめですが、数百ものツールがあり、シフトではなくプロセス レシピで切り替わります。公共サービスは通常 13.8 kV または 22.9 kV に達し、主配電では 480 V に降圧され、その後ツール レベルで 208 V に降圧されます。

設備エンジニアが心配しているのはkVAではありません。それは、負荷が移動するときに二次電圧が狭い帯域内に留まるかどうか、および上流のネットワークが低下したときにツールが認識する電圧に変圧器がどのような影響を与えるかです。容量は急速に追加されています。 SEMIの2026年4月300 mm ファブの展望世界中の 404 の施設とラインにわたって、300 mm ファブ装置の支出は 2026 年に 18% 増加して 1,330 億ドル、2027 年にはさらに 14% 増加して 1,510 億ドルになると予測しています。これらの各ラインには新しい中電圧および低電圧の変圧器ベイが必要であり、そのほとんどは屋内に設置されているため、技術的な議論が始まる前に機器の選択が決まります。

電圧低下耐性: SEMI F47 が実際に必要とするもの

SEMI F47 は、ほとんどのファブ機器契約の仕様名です。最低値を設定します電圧低下耐性加工、計測、および自動テスト装置の場合: ツールは、プロセスを中断することなく、60 Hz で最大 12 サイクル、約 200 ミリ秒の間、公称電圧の 50% までの低下を乗り越える必要があります。公共事業で発生するほとんどのサグは 3 ～ 10 サイクルの範囲に収まるため、その曲線を中心に建設された施設は、送電網が提供する電力のほとんどを乗り切ることができます。テスト プロトコルは IEC 61000-4-34 に準拠しており、要件は次のとおりです。SEMI F47規格.

この仕様に関する SEMI 自身のメモは二度読む価値があります。サグ耐性と装置コストの増加との間のバランスがとれています。購入者にとっては、変圧器や UPS が不要なため、無限のライドスルーを購入できます。変圧器が制御するのは、ツールが開始する電圧とツールが移動する距離です。それを決めるのは 2 つの数字です。 1 つ目はパーセントインピーダンスです。インピーダンスが低いと、負荷の段階的変化の下でも二次側がより安定しますが、インピーダンスが高いと、下流のブレーカーが遮断できる範囲内に故障電流が保持されます。ファブプロジェクトでは、通常、短絡の検討が上限を設定し、設計はその下に落ち着きます。 2 番目はタップ範囲で、通常は高電圧巻線のプラスまたはマイナス 2 x 2.5% で、これにより試運転チームは二次電圧を変圧器のブッシングではなくツールの端子に集中させることができます。 IEEE Std 1100、IEEE エメラルドブックは、ほとんどのファブ設計チームが敏感な電子機器への電力供給と接地のために保持している基準であり、障害がどこから来たのかという問題の場合に開始するのに適切な場所です。

ペナンとクリムのファブ関連の電気請負業者から最も多く聞かれる質問は、kVA に関するものではありません。それは、二次電圧が最初の 200 ミリ秒で何をするのか、そしてその数値がテスト ファイルのどこにあるのかということです。したがって、測定されたインピーダンスと無負荷損失は、定期テストレポートに埋め込まれるのではなく、ルーチンテストレポートと一緒に送信される概要シートに記載されます。

1 つの二次効果が試運転中にチームに影響を及ぼします。変圧器に通電すると、数サイクルの間、定格電流の数倍の突入電流が流れます。同じバス上で一連の変圧器が順番に作動すると、その突入電流によってバス電圧が十分に低下し、すでに動作しているツールに支障をきたす可能性があります。スタッガード通電でそのほとんどが処理されます。 3 台目のユニットの電源がオンになるまで発見されないため、計画する必要があります。

高調波と非線形工具荷重

工場の電気負荷は主にパワー エレクトロニクスです。 RF ジェネレーター、DC 電源、ポンプやチラーの可変周波数ドライブ、ツール レベルの何百ものスイッチ モード電源はすべて、非正弦波電流を消費します。これらの高調波電流は変圧器をただでは通過しません。これらは渦電流と漂遊損失を増加させ、熱は負荷計ではなく巻線、コアクランプ、エンクロージャに現れます。

UL 1561 は、まさにこれに対して、K-4 から K-20 までの K ファクター評価を定義しています。 K-13 と K-20 はファブやデータセンターのプロジェクトでは一般的であり、より高い評価は、温度上昇を超えずに高調波損失を許容する巻線の能力を示しています。共通結合の時点で IEEE 519 を無視することは許されませんが、それでも準拠する必要があります。購入者が見逃している 2 つ目のポイントは、中立であることです。単相電源から構築された 208 V ツールレベル配電では、中性線に三重高調波が追加されます。そのため、これらのシステムでは二次側の 200% 定格中性線が標準となっています。もし乾式変圧器見積書は高調波スペクトルに関する何の質問もなく到着し、その見積書は一般的なものです。

N+1 の冗長性が変圧器の仕様をどのように変えるか

ファブの電源システムは次のように構築されます。N+1の冗長性または完全な 2N として。各負荷ブロックは通常 2 つの変圧器によって給電され、各ユニットはブロック全体を単独で搬送し、もう一方が停止している状態で動作するようにサイズ設定されています。これにより、接続された負荷だけが示すよりも多くの容量がラインナップに追加されます。そして、それを回復する通常の方法は、2 番目の冷却クラスです。自然冷却では 1 桁の定格があり、強制空冷ファンが動作している場合はより高い数値で評価されるユニットです。

冗長性により、2 つの変圧器も 1 つの電気機械に変わります。並列で実行するユニットには、一致した電圧比、一致したインピーダンス、および互換性のあるベクトル グループが必要であり、各ユニットのテスト データとセットとして注文する必要があります。生産能力のある工場から 1 年後に 2 台目のユニットを購入すると、現場では循環電流が発生し、不均一な負荷分散が発生し、予備として使用できない予備が発生します。これは仕様の一部です。UL 認定変圧器サプライヤー両方のユニットの記録を保持することは、どちらか一方の価格を下げるよりも価値があります。

ドライタイプか、それとも工場内に油を浸漬するか?

建物内の変圧器のほとんどの決定は乾式タイプに基づいていますが、それには十分な理由があります。キャストレジン乾式変圧器液体を含まないため、結束、保管庫、防火設備が不要です。電気室がクリーンルームの下にあり、建物の1平方メートル当たりのコストがそこにある機器よりも高い場合、これは重要です。火災のレビューがより簡単になり、メンテナンスが視覚的にわかります。

油浸ユニットは、ユーティリティインターフェースや屋外ヤード、また定格や周囲条件が屋内乾式ユニットの経済的機能を超える場合でも、引き続きプロジェクトに属します。選択は、ユニットの設置場所とメンテナンス方法によって決まり、好みの問題ではありません。

UL 認定変圧器サプライヤーを任命する前に確認すべきこと

UL リストはエントリーチケットであり、工場間の違いではありません。ファブプロジェクトでサプライヤーを分けるのは、ユニットごとに反復可能なデータを生成できるかどうかです。鋳造樹脂ユニットに関する当社のルーチンテストシーケンスでは、比と極性、無負荷損失、負荷損失とインピーダンス、印加電位と誘導電位、部分放電測定が対象となり、pC 値は合格としてまとめられるのではなくルーチンテストレポートに印刷されます。工場にとって、部分放電の数値は、試験結果であると同時にプロセス信号でもあるため、鋳造断熱材がどのように作られたかを示す最も有用な単一の指標です。

Ryan Electric は 2007 年以来、120,000 平方メートルの工場で 180 セットを超える生産およびテスト機器と 37 件の特許を備えた変圧器を製造しており、2023 年からはイートンの合弁パートナーとして働いています。ユニットは、プロジェクトの必要に応じて UL、CSA、または DEKRA リストを付けて出荷され、パレットに梱包される前に定期テスト ファイルに署名されます。ファブジョブは、顧客が立会いエンジニアを工場に派遣する数少ない場所の 1 つでもあります。私たちは専用の証人窓口を予約し、訪問エンジニアの前で定期テストを実施し、梱包前に署名済みの報告書を渡します。これは 6 週間後の口論よりもはるかに低コストです。

注文が正しく出荷されるかどうかを決定する RFQ の詳細

ファブトランスに関する問い合わせには 2 つの種類があります。強力なものには、一次および二次電圧、kVA、インピーダンス範囲と許容差、ベクトル グループ、タップ範囲、冷却クラスと両方の温度上昇値、高調波負荷の説明、侵入保護、設置場所の高度と周囲環境がリストされています。薄いものには kVA と電圧が記載されており、残りは工場出荷時に推測してもらいます。

実践版: インピーダンスウィンドウが推測にならないように短絡調査を送信し、二重定格により価格と出荷寸法の両方が変わるため冷却クラスに名前を付け、ユニットを並列接続するかどうかを指定し、K ファクターが必要な場合は高調波スペクトルを示し、ツールレベルの分布が単相である場合は中立定格を示し、定期テストの立会人を確認します。あUL 認定変圧器サプライヤー引用する前にこれら 6 つの質問をする人は、通常、以前にファブを構築したことがあります。

ファブ プロジェクトが机の上にあり、変圧器の仕様がまだ未解決の場合は、送信してください。 SEMI F47 曲線に照らしてインピーダンス ウィンドウ、冷却クラス、ライドスルーの仮定をチェックし、最初の出荷後ではなく注文が行われる前に設計がどこに露出しているかをお知らせします。

著者について。この記事は、2007 年に設立された変圧器メーカーであり、2023 年からイートンの合弁パートナーである Ryan Electric のエンジニアリングおよび輸出チームによって作成されました。このチームは、半導体、データセンター、および産業プロジェクト向けに鋳造樹脂乾式変圧器、油浸変圧器、カスタム三相変圧器を設計し、仕様レビューから工場立会い試験までバイヤーをサポートします。