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Materiais para Peças de Vácuo e de Equipamentos de Semicondutores

Classe, têmpera e certificado decidem se uma peça pode entrar na máquina. As designações abaixo cobrem ASTM e UNS, EN e JIS, para que um desenho escrito em um sistema seja lido da mesma forma por uma oficina que compra material em outro.

Classes de metais e suas designações

Os equivalentes são próximos, não idênticos. Os limites de composição variam um pouco entre normas, então indique a norma em que você libera a peça e deixe a oficina comprar conforme ela.

MaterialUNSENJISForma e têmpera usuaisOnde é usado
Alumínio 6061A96061EN AW-6061A6061Chapa e barra T6 ou T651Corpos de câmara, tampas, suportes, a maioria das peças estruturais
Alumínio 5083A95083EN AW-5083A5083Chapa O, H111 ou H321Grandes corpos de câmara, estrutura de vácuo soldada
Alumínio 5052A95052EN AW-5052A5052Chapa fina e chapa H32Tampas, dutos, gabinetes de chapa metálica
Inox 304LS304031.4307SUS304LBarra e chapa recozidasEstruturas, peças de pré-vácuo, estrutura de vácuo sem contato com o fluido
Inox 316LS316031.4404SUS316LBarra, chapa e tubo recozidosPeças em contato com o gás, flanges, hardware UHV
Inox 316LNS316531.4429SUS316LNRecozido, muitas vezes refundidoFlanges CF e peças UHV com bake-out
Titânio Grau 2R504003.7035Class 2Barra e chapa recozidasÁreas de processo corrosivas, peças de PVD
Titânio Grau 5R564003.7165TAP6400Barra e chapa recozidasPeças leves e rígidas, braços de manuseio de wafers
MolibdênioR03600n/dn/dBarra e chapa com alívio de tensõesEscudos térmicos, hardware de zona quente e de implantação
Cobre OFEC10100CW009AC1011Recozido ou meio duroGaxetas CF, blocos de resfriamento, peças de RF

Normas de chapa e barra que vale citar no desenho: ASTM B209 e B221 para alumínio, ASTM A240 e A276 para inox, ASTM B265 e B348 para titânio, ASTM F68 para cobre isento de oxigênio.

Alumínio ou inox

A maioria das peças de câmara é de um ou de outro. A escolha é feita por temperatura, química do processo e forma de união, mais do que por resistência.

Alumínio 6061 e 5083

  • Leve, rápido de usinar, mais barato por peça
  • Conduz bem o calor, bom para tampas e placas refrigeradas
  • Aceita anodização dura Tipo III em superfícies voltadas ao plasma
  • Temperaturas de bake mais baixas que o inox
  • As faces de vedação riscam com facilidade, então manuseio e embalagem importam

Inox 304L e 316L

  • Suporta bake a temperaturas mais altas para trabalho UHV
  • Solda em juntas estanques, padrão para hardware CF
  • Eletropolido para pureza em contato com o gás
  • Mais pesado e mais lento de usinar, encrua
  • As classes L, de baixo carbono, limitam a sensibilização nas soldas

Escolha de chapa dentro do alumínio: 6061, 5083 e chapa fundida para ferramental em câmaras. Graus de pureza do inox: 316L VIM-VAR para linhas de gás UHP.

O que deixar fora de uma peça de vácuo

São os materiais e hábitos que passam em uma verificação dimensional e depois falham no bombeamento ou no bake.

  • Zinco e cádmioAmbos têm alta pressão de vapor e contaminam uma câmara no bake. Isso exclui o latão, o 7075 e outras ligas com zinco, além de fixadores cadmiados dentro do vácuo.
  • Classes de usinagem fácilEnxofre e chumbo são o que faz o 303, o 12L14 e o 2011 cortarem fácil. Eles liberam gás, prejudicam a qualidade da solda e aparecem como inclusões em uma face polida. Especifique 304L ou 316L, não 303.
  • Material fundido porosoA porosidade da fundição aprisiona gás e fluido de limpeza e libera ambos sob vácuo. Chapa ou barra laminada para tudo o que vê vácuo, a menos que a peça fundida seja qualificada para isso.
  • Silicone e lubrificantes desconhecidosO silicone migra e é difícil de remover. Pergunte à oficina quais fluidos de corte e lubrificantes tocam a peça e diga no desenho se o silicone é proibido.
  • Volumes cegos sem ventilaçãoNão é um material, mas se comporta como um. O gás preso atrás de um parafuso ou em um furo cego vaza devagar e aparece como um bombeamento ruim.

Por que isso importa em baixa pressão: desgaseificação.

Polímeros e cerâmicas

As temperaturas são limites típicos de serviço contínuo informados pelos fabricantes do material, não limites de bake em vácuo. Cargas, pigmentos e a classe alteram tanto o limite quanto a desgaseificação.

MaterialForma usualLimite de serviço típicoOnde é usado
PEEK, sem cargaBarra e chapa extrudadasCerca de 250 °C contínuosIsoladores, peças de contato com o wafer, anéis de CMP
Poliimida (tipo Vespel SP-1)Formas moldadas diretamenteCerca de 290 °C contínuosIsoladores de alta temperatura, pastilhas de desgaste
PPSExtrudado ou moldado por compressãoCerca de 220 °C contínuosAnéis de retenção de CMP, peças do lado químico
PTFE e PFABarra e chapa moldadasCerca de 260 °C contínuosPeças de processo úmido, vedações, liners
Alumina 99.5 por centoQueimada, depois retificada ou lapidadaBem acima da faixa de processoIsoladores, peças de contato com o wafer, em geral numa empresa de cerâmica

A ASTM E595 é a triagem comum de desgaseificação para polímeros: perda total de massa de 1.0 por cento ou menos e material volátil condensável coletado de 0.10 por cento ou menos. Peça ao fabricante os dados da classe exata. Mais em PFA, PVDF e PEEK para ferramentas de processo úmido e alumina e AlN em ferramentas de wafer.

Certificados e rastreabilidade

A documentação faz parte do material. Coloque o tipo de certificado no desenho ou ele não estará na cotação.

  • EN 10204 3.1Certificado de inspeção do fabricante do material com a composição química medida e os resultados mecânicos da corrida. O pedido normal para peças de vácuo e de gás.
  • EN 10204 3.2Os mesmos resultados, também confirmados por um inspetor independente ou pelo representante do comprador. Pedido só em peças críticas, e acrescenta tempo na usina.
  • Rastreabilidade da corridaO número da corrida do certificado é marcado ou registrado em cada peça ou lote, de modo que uma dúvida sobre o material possa ser rastreada até o material usado.
  • Lista de materiais restritosSe a sua empresa proíbe substâncias ou exige uma declaração, envie a lista com a RFQ. Ela reduz o material que a oficina pode comprar.
  • Certificados de acabamentoAs linhas de anodização, galvanoplastia e eletropolimento emitem o seu próprio certificado por lote. Peça-o junto com o relatório dimensional.

Perguntas sobre materiais

O 6061 ou o 5083 é melhor para um corpo de câmara?

O 6061-T6 usina bem, mantém bem uma face de vedação e recebe a anodização dura de modo uniforme, então atende à maioria dos corpos e tampas de câmara usinados. O 5083 é a escolha habitual para grandes corpos soldados, porque mantém mais da sua resistência depois da soldagem e é fornecido em chapa grossa. O projeto da solda costuma decidir.

Preciso de 316L ou o 304L serve?

Para estrutura e peças de pré-vácuo o 304L normalmente basta. Peças em contato com o gás, peças eletropolidas para pureza e peças que veem gás de processo corrosivo costumam exigir 316L, e linhas de gás de altíssima pureza muitas vezes vão além, para 316L VIM-VAR. O molibdênio do 316L é o que melhora a resistência à corrosão.

O que é um certificado 3.1 e eu preciso de um?

Um certificado de inspeção EN 10204 tipo 3.1 é emitido pelo fabricante do material e informa a composição química e os resultados mecânicos medidos naquela corrida. A maioria dos desenhos de peças de vácuo e de gás pede um, ligado ao lote de corrida do material realmente usado. Um certificado de distribuidor que só repete o nome da classe não é o mesmo documento.

O PEEK pode ir dentro da câmara?

Muitas vezes, sim. PEEK sem carga e poliimida são comuns dentro do vácuo porque liberam pouco gás depois de um bake. Verifique a classe, pois cargas e pigmentos mudam o resultado, e peça ao fabricante do material os dados de desgaseificação medidos conforme a ASTM E595.

Material decidido? Envie o desenho.

Indique a classe, a norma e o tipo de certificado na RFQ. Encaminhamos a até 3 oficinas que já compram esse material e respondemos em até 24 horas úteis.