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Materiales para piezas de vacío y de equipos de semiconductores

La calidad, el temple y el certificado deciden si una pieza puede entrar en la herramienta. Las designaciones siguientes cubren ASTM y UNS, EN y JIS, de modo que un plano escrito en un sistema se lee igual para un taller que compra material en otro.

Calidades de metal y sus designaciones

Las equivalencias son cercanas, no idénticas. Los límites de composición difieren ligeramente entre normas, así que nombre la norma con la que libera y deje que el taller compre conforme a ella.

MaterialUNSENJISForma y temple habitualesDónde se usa
Aluminio 6061A96061EN AW-6061A6061Placa y barra T6 o T651Cuerpos de cámara, tapas, soportes, la mayoría de piezas estructurales
Aluminio 5083A95083EN AW-5083A5083Placa O, H111 o H321Cuerpos de cámara grandes, estructura de vacío soldada
Aluminio 5052A95052EN AW-5052A5052Chapa y placa H32Cubiertas, conductos, envolventes de chapa
Acero inoxidable 304LS304031.4307SUS304LBarra y placa recocidasBastidores, piezas de línea de pre-vacío, estructura de vacío sin contacto con el fluido
Acero inoxidable 316LS316031.4404SUS316LBarra, placa y tubo recocidosPiezas en contacto con el gas, bridas, componentes UHV
Acero inoxidable 316LNS316531.4429SUS316LNRecocido, a menudo refundidoBridas CF y piezas UHV con horneado
Titanio Grado 2R504003.7035Class 2Barra y placa recocidasZonas de proceso corrosivas, piezas PVD
Titanio Grado 5R564003.7165TAP6400Barra y placa recocidasPiezas ligeras y rígidas, brazos de manipulación de obleas
MolibdenoR03600n/an/aVarilla y placa con alivio de tensionesPantallas térmicas, zona caliente y componentes de implantación
Cobre OFEC10100CW009AC1011Recocido o semiduroJuntas CF, bloques de refrigeración, piezas de RF

Normas de placa y barra que conviene nombrar en el plano: ASTM B209 y B221 para aluminio, ASTM A240 y A276 para acero inoxidable, ASTM B265 y B348 para titanio, ASTM F68 para cobre libre de oxígeno.

Aluminio o acero inoxidable

La mayoría de las piezas de cámara son de uno u otro. La elección la deciden la temperatura, la química del proceso y la forma de unión, más que la resistencia.

Aluminio 6061 y 5083

  • Ligero, rápido de mecanizar, más barato por pieza
  • Buen conductor del calor, adecuado para tapas y placas refrigeradas
  • Admite anodizado duro Tipo III en superficies expuestas al plasma
  • Temperaturas de horneado más bajas que el acero inoxidable
  • Las caras de sellado se rayan con facilidad, así que importan la manipulación y el embalaje

Acero inoxidable 304L y 316L

  • Soporta horneado a temperaturas más altas para trabajo UHV
  • Se suelda en uniones estancas, estándar en componentes CF
  • Electropulido para la pureza en contacto con el gas
  • Más pesado y lento de mecanizar, endurece por deformación
  • Las calidades L de bajo carbono limitan la sensibilización en las soldaduras

Elección de placa dentro del aluminio: 6061, 5083 y placa de utillaje fundida para cámaras. Calidades de pureza del acero inoxidable: 316L VIM-VAR para líneas de gas UHP.

Qué mantener fuera de una pieza de vacío

Estos son los materiales y los hábitos que pasan una comprobación dimensional y luego fallan en el bombeo o en el horneado.

  • Zinc y cadmioAmbos tienen una presión de vapor alta y contaminan una cámara al hornearla. Eso descarta el latón, el 7075 y otras aleaciones con zinc y los tornillos cadmiados dentro del vacío.
  • Calidades de fácil mecanizadoEl azufre y el plomo son lo que hace que el 303, el 12L14 y el 2011 se corten con facilidad. Desgasifican, perjudican la calidad de la soldadura y se ven como inclusiones en una cara pulida. Especifique 304L o 316L, no 303.
  • Material fundido porosoLa porosidad de fundición atrapa gas y fluido de limpieza y libera ambos en el vacío. Placa o barra forjada para todo lo que ve vacío, salvo que la fundición esté cualificada para ello.
  • Silicona y lubricantes desconocidosLa silicona migra y es difícil de eliminar. Pregunte al taller qué refrigerante y qué lubricantes tocan la pieza, e indique en el plano si la silicona está prohibida.
  • Volúmenes ciegos sin ventilarNo es un material, pero se comporta como tal. El gas atrapado detrás de un tornillo o en un agujero ciego se escapa despacio y se lee como un mal bombeo.

Por qué importa a baja presión: desgasificado.

Polímeros y cerámicas

Las temperaturas son los límites típicos de servicio continuo de los fabricantes del material, no límites de horneado en vacío. Las cargas, los pigmentos y la calidad cambian tanto el límite como el desgasificado.

MaterialForma habitualLímite de servicio típicoDónde se usa
PEEK, sin cargaVarilla y placa extruidasUnos 250 °C en continuoAislantes, piezas en contacto con la oblea, anillos CMP
Poliimida (tipo Vespel SP-1)Formas obtenidas por conformado directoUnos 290 °C en continuoAislantes de alta temperatura, patines de desgaste
PPSExtruido o moldeado por compresiónUnos 220 °C en continuoAnillos de retención CMP, piezas del lado químico
PTFE y PFAVarilla y lámina moldeadasUnos 260 °C en continuoPiezas de proceso húmedo, juntas, camisas
Alúmina 99.5 por cientoSinterizada, luego rectificada o lapeadaMuy por encima del rango de procesoAislantes, piezas en contacto con la oblea, normalmente en una casa de cerámica

ASTM E595 es el cribado de desgasificado habitual para polímeros: pérdida total de masa de 1.0 por ciento o menos y material volátil condensable recogido de 0.10 por ciento o menos. Pida los datos del fabricante para la calidad exacta. Más en PFA, PVDF y PEEK para herramientas de proceso húmedo y alúmina y AlN en herramientas de obleas.

Certificados y trazabilidad

La documentación es parte del material. Ponga el tipo de certificado en el plano o no estará en la cotización.

  • EN 10204 3.1Certificado de inspección del fabricante del material con la composición y los resultados mecánicos medidos de la colada. La petición normal para piezas de vacío y de gas.
  • EN 10204 3.2Los mismos resultados, confirmados además por un inspector independiente o el representante del comprador. Solo se pide en piezas críticas, y añade tiempo en la acería.
  • Trazabilidad del lote de coladaEl número de colada del certificado se marca o registra en cada pieza o lote, de modo que una duda sobre el material pueda rastrearse hasta el material utilizado.
  • Lista de materiales restringidosSi su empresa prohíbe sustancias o exige una declaración, envíe la lista con la solicitud. Reduce el material que un taller puede comprar.
  • Certificados de acabadoLas líneas de anodizado, recubrimiento y electropulido emiten su propio certificado por lote. Pídalo junto con el informe dimensional.

Preguntas sobre materiales

¿Es mejor el 6061 o el 5083 para un cuerpo de cámara?

El 6061-T6 se mecaniza limpiamente, mantiene bien una cara de sellado y admite el anodizado duro de forma uniforme, así que cubre la mayoría de los cuerpos y tapas de cámara mecanizados. El 5083 es la elección habitual para cuerpos grandes soldados, porque conserva más de su resistencia tras la soldadura y se suministra en placa gruesa. Suele decidirlo el diseño de la soldadura.

¿Necesito 316L o basta con 304L?

Para estructura y piezas de línea de pre-vacío, el 304L normalmente basta. Las piezas en contacto con el gas, las electropulidas por pureza y las que ven gas de proceso corrosivo suelen pedir 316L, y las líneas de gas de ultra alta pureza a menudo van más allá, a 316L VIM-VAR. El molibdeno del 316L es lo que mejora la resistencia a la corrosión.

¿Qué es un certificado 3.1 y lo necesito?

Un certificado de inspección EN 10204 tipo 3.1 lo emite el fabricante del material e indica la composición y los resultados mecánicos medidos de esa colada. La mayoría de los planos de piezas de vacío y de gas piden uno, ligado al lote de colada del material realmente utilizado. Un certificado de distribuidor que solo repite el nombre de la calidad no es el mismo documento.

¿Puede ir PEEK dentro de la cámara?

A menudo, sí. El PEEK sin carga y la poliimida son habituales en vacío porque desgasifican poco tras un horneado. Compruebe la calidad, porque las cargas y los pigmentos cambian el resultado, y pida al fabricante del material datos de desgasificado medidos según ASTM E595.

¿Material decidido? Envíe el plano.

Ponga la calidad, la norma y el tipo de certificado en la solicitud. La pasamos como máximo a 3 talleres que ya compran ese material y respondemos en un plazo de 24 horas hábiles.