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Werkstoffe für Teile von Vakuum- und Halbleiteranlagen

Güte, Zustand und Zeugnis entscheiden, ob ein Teil in die Anlage darf. Die Bezeichnungen unten decken ASTM und UNS, EN und JIS ab, damit eine Zeichnung in einem System für einen Betrieb, der Material in einem anderen einkauft, dasselbe bedeutet.

Metallgüten und ihre Bezeichnungen

Äquivalente sind nah, nicht identisch. Die Grenzwerte der Zusammensetzung unterscheiden sich leicht zwischen den Normen, nennen Sie also die Norm, nach der Sie freigeben, und lassen Sie den Betrieb danach einkaufen.

WerkstoffUNSENJISÜbliche Form und ZustandEinsatz
Aluminium 6061A96061EN AW-6061A6061T6 oder T651 Platte und StangeKammerkörper, Deckel, Halter, die meisten Strukturteile
Aluminium 5083A95083EN AW-5083A5083O, H111 oder H321 PlatteGroße Kammerkörper, geschweißte Vakuumstruktur
Aluminium 5052A95052EN AW-5052A5052H32 Blech und PlatteAbdeckungen, Kanäle, Blechgehäuse
Edelstahl 304LS304031.4307SUS304LGeglühte Stange und PlatteRahmen, Vorvakuumteile, nicht medienberührte Vakuumstruktur
Edelstahl 316LS316031.4404SUS316LGeglühte Stange, Platte und RohrGasberührte Teile, Flansche, UHV-Hardware
Edelstahl 316LNS316531.4429SUS316LNGeglüht, oft umgeschmolzenCF-Flansche und ausheizbare UHV-Teile
Titan Grade 2R504003.7035Class 2Geglühte Stange und PlatteKorrosive Prozessbereiche, PVD-Teile
Titan Grade 5R564003.7165TAP6400Geglühte Stange und PlatteLeichte steife Teile, Arme für das Wafer-Handling
MolybdänR03600entfälltentfälltSpannungsarmgeglühter Stab und PlatteHitzeschilde, Hochtemperaturzone und Implantationshardware
OFE-KupferC10100CW009AC1011Weichgeglüht oder halbhartCF-Dichtungen, Kühlblöcke, HF-Teile

Platten- und Stangennormen, die man in der Zeichnung nennen sollte: ASTM B209 und B221 für Aluminium, ASTM A240 und A276 für Edelstahl, ASTM B265 und B348 für Titan, ASTM F68 für sauerstofffreies Kupfer.

Aluminium oder Edelstahl

Die meisten Kammerteile sind das eine oder das andere. Die Wahl treffen Temperatur, Prozesschemie und die Art der Verbindung, mehr als die Festigkeit.

Aluminium 6061 und 5083

  • Leicht, schnell zu zerspanen, günstiger je Teil
  • Leitet Wärme gut, gut für gekühlte Deckel und Platten
  • Nimmt Hartanodisieren Typ III für plasmaseitige Flächen an
  • Niedrigere Ausheiztemperaturen als Edelstahl
  • Dichtflächen verkratzen leicht, daher zählen Handhabung und Verpackung

Edelstahl 304L und 316L

  • Auf höhere Temperaturen ausheizbar für UHV-Arbeiten
  • Lässt sich zu dichten Verbindungen schweißen, Standard für CF-Hardware
  • Elektropoliert für Reinheit an gasberührten Flächen
  • Schwerer und langsamer zu zerspanen, verfestigt sich
  • Kohlenstoffarme L-Güten begrenzen die Sensibilisierung an Schweißnähten

Plattenwahl innerhalb von Aluminium: 6061, 5083 und Gussplatte für Kammern. Reinheitsgüten von Edelstahl: 316L VIM-VAR für UHP-Gasleitungen.

Was von einem Vakuumteil fernzuhalten ist

Das sind die Werkstoffe und Gewohnheiten, die eine Maßprüfung bestehen und dann beim Abpumpen oder Ausheizen scheitern.

  • Zink und CadmiumBeide haben einen hohen Dampfdruck und kontaminieren eine Kammer beim Ausheizen. Das schließt Messing, 7075 und andere zinkhaltige Legierungen sowie cadmierte Befestigungen im Vakuum aus.
  • Automatenstähle und AutomatenlegierungenSchwefel und Blei machen 303, 12L14 und 2011 gut zerspanbar. Sie gasen aus, schaden der Schweißqualität und zeigen sich als Einschlüsse auf einer polierten Fläche. Geben Sie 304L oder 316L vor, nicht 303.
  • Poröses GussmaterialGussporosität fängt Gas und Reinigungsflüssigkeit ein und gibt beides unter Vakuum wieder ab. Für alles, was Vakuum sieht, Walzplatte oder Stange, es sei denn, der Guss ist dafür qualifiziert.
  • Silikon und unbekannte SchmierstoffeSilikon wandert und lässt sich schwer entfernen. Fragen Sie den Betrieb, welche Kühlschmier- und Schmierstoffe das Teil berühren, und schreiben Sie in die Zeichnung, wenn Silikon verboten ist.
  • Unbelüftete SacklochvolumenKein Werkstoff, aber es verhält sich wie einer. Hinter einer Schraube oder in einem Sackloch eingeschlossenes Gas tritt langsam aus und zeigt sich als schlechtes Abpumpen.

Warum es bei niedrigem Druck wichtig ist: Ausgasung.

Polymere und Keramiken

Die Temperaturen sind typische Dauergebrauchsgrenzen der Materialhersteller, keine Ausheizgrenzen im Vakuum. Füllstoffe, Pigmente und die Güte verändern sowohl die Grenze als auch die Ausgasung.

WerkstoffÜbliche FormTypische EinsatzgrenzeEinsatz
PEEK, ungefülltExtrudierter Stab und PlatteEtwa 250 °C DauerbetriebIsolatoren, Wafer-Kontaktteile, CMP-Ringe
Polyimid (Typ Vespel SP-1)Direkt geformte TeileEtwa 290 °C DauerbetriebHochtemperatur-Isolatoren, Verschleißpads
PPSExtrudiert oder formgepresstEtwa 220 °C DauerbetriebCMP-Haltering, chemieseitige Teile
PTFE und PFAGeformter Stab und PlatteEtwa 260 °C DauerbetriebNassprozessteile, Dichtungen, Liner
Aluminiumoxid 99.5 ProzentGesintert, dann geschliffen oder geläpptWeit oberhalb des ProzessbereichsIsolatoren, Wafer-Kontaktteile, meist von einem Keramikbetrieb

ASTM E595 ist der übliche Ausgasungstest für Polymere: Gesamtmasseverlust von 1.0 Prozent oder weniger und kondensierbare flüchtige Stoffe von 0.10 Prozent oder weniger. Verlangen Sie die Herstellerdaten für die genaue Güte. Mehr dazu in PFA, PVDF und PEEK für Nassprozessanlagen und Aluminiumoxid und AlN in Wafer-Anlagen.

Zeugnisse und Rückverfolgbarkeit

Die Dokumentation gehört zum Werkstoff. Nennen Sie die Zeugnisart in der Zeichnung, sonst steht sie nicht im Angebot.

  • EN 10204 3.1Abnahmeprüfzeugnis des Materialherstellers mit der gemessenen Zusammensetzung und den mechanischen Ergebnissen der Schmelze. Die normale Forderung für Vakuum- und Gasteile.
  • EN 10204 3.2Dieselben Ergebnisse, zusätzlich von einem unabhängigen Prüfer oder dem Beauftragten des Käufers bestätigt. Nur für kritische Teile verlangt, und es kostet Zeit im Werk.
  • Rückverfolgbarkeit der SchmelzeDie Schmelznummer aus dem Zeugnis wird an jedem Teil oder Los markiert oder erfasst, sodass eine Materialfrage auf das verwendete Material zurückgeführt werden kann.
  • Liste beschränkter StoffeVerbietet Ihr Unternehmen Stoffe oder verlangt eine Erklärung, senden Sie die Liste mit der Anfrage. Sie verengt, welches Material ein Betrieb überhaupt einkaufen kann.
  • Zeugnisse der OberflächenbehandlungAnodisier-, Galvanik- und Elektropolierlinien stellen je Charge ein eigenes Zeugnis aus. Verlangen Sie es zusammen mit dem Maßbericht.

Fragen zu Werkstoffen

Ist 6061 oder 5083 besser für einen Kammerkörper?

6061-T6 lässt sich sauber zerspanen, hält eine Dichtfläche gut und nimmt Hartanodisieren gleichmäßig an, deshalb deckt es die meisten gefertigten Kammerkörper und Deckel ab. 5083 ist die übliche Wahl für große geschweißte Körper, weil es nach dem Schweißen mehr Festigkeit behält und in dicken Platten geliefert wird. Meist entscheidet die Schweißkonstruktion.

Brauche ich 316L oder reicht 304L?

Für Struktur- und Vorvakuumteile genügt 304L normalerweise. Gasberührte Teile, aus Reinheitsgründen elektropolierte Teile und Teile, die korrosives Prozessgas sehen, verlangen meist 316L, und Reinstgasleitungen gehen oft weiter zu 316L VIM-VAR. Das Molybdän im 316L verbessert die Korrosionsbeständigkeit.

Was ist ein 3.1-Zeugnis und brauche ich eines?

Ein Abnahmeprüfzeugnis nach EN 10204 Typ 3.1 wird vom Materialhersteller ausgestellt und nennt die gemessene Zusammensetzung und die mechanischen Ergebnisse für diese Schmelze. Die meisten Zeichnungen von Vakuum- und Gasteilen verlangen eines, bezogen auf die Schmelze des tatsächlich verwendeten Materials. Ein Händlerzeugnis, das nur den Gütenamen wiederholt, ist nicht dasselbe Dokument.

Darf PEEK in die Kammer?

Oft ja. Ungefülltes PEEK und Polyimid sind im Vakuum üblich, weil sie nach dem Ausheizen wenig ausgasen. Prüfen Sie die Güte, denn Füllstoffe und Pigmente verändern das Ergebnis, und verlangen Sie vom Materialhersteller Ausgasungsdaten nach ASTM E595.

Werkstoff entschieden? Senden Sie die Zeichnung.

Nennen Sie Güte, Norm und Zeugnisart in der Anfrage. Wir geben sie an bis zu 3 Betriebe weiter, die dieses Material bereits einkaufen, und antworten innerhalb von 24 Geschäftsstunden.