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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.
| Material | UNS | EN | JIS | Forma e têmpera usuais | Onde é usado |
|---|---|---|---|---|---|
| Alumínio 6061 | A96061 | EN AW-6061 | A6061 | Chapa e barra T6 ou T651 | Corpos de câmara, tampas, suportes, a maioria das peças estruturais |
| Alumínio 5083 | A95083 | EN AW-5083 | A5083 | Chapa O, H111 ou H321 | Grandes corpos de câmara, estrutura de vácuo soldada |
| Alumínio 5052 | A95052 | EN AW-5052 | A5052 | Chapa fina e chapa H32 | Tampas, dutos, gabinetes de chapa metálica |
| Inox 304L | S30403 | 1.4307 | SUS304L | Barra e chapa recozidas | Estruturas, peças de pré-vácuo, estrutura de vácuo sem contato com o fluido |
| Inox 316L | S31603 | 1.4404 | SUS316L | Barra, chapa e tubo recozidos | Peças em contato com o gás, flanges, hardware UHV |
| Inox 316LN | S31653 | 1.4429 | SUS316LN | Recozido, muitas vezes refundido | Flanges CF e peças UHV com bake-out |
| Titânio Grau 2 | R50400 | 3.7035 | Class 2 | Barra e chapa recozidas | Áreas de processo corrosivas, peças de PVD |
| Titânio Grau 5 | R56400 | 3.7165 | TAP6400 | Barra e chapa recozidas | Peças leves e rígidas, braços de manuseio de wafers |
| Molibdênio | R03600 | n/d | n/d | Barra e chapa com alívio de tensões | Escudos térmicos, hardware de zona quente e de implantação |
| Cobre OFE | C10100 | CW009A | C1011 | Recozido ou meio duro | Gaxetas 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.
| Material | Forma usual | Limite de serviço típico | Onde é usado |
|---|---|---|---|
| PEEK, sem carga | Barra e chapa extrudadas | Cerca de 250 °C contínuos | Isoladores, peças de contato com o wafer, anéis de CMP |
| Poliimida (tipo Vespel SP-1) | Formas moldadas diretamente | Cerca de 290 °C contínuos | Isoladores de alta temperatura, pastilhas de desgaste |
| PPS | Extrudado ou moldado por compressão | Cerca de 220 °C contínuos | Anéis de retenção de CMP, peças do lado químico |
| PTFE e PFA | Barra e chapa moldadas | Cerca de 260 °C contínuos | Peças de processo úmido, vedações, liners |
| Alumina 99.5 por cento | Queimada, depois retificada ou lapidada | Bem acima da faixa de processo | Isoladores, 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.
- ProcessosEtapas de usinagem, acabamento, limpeza e teste.
- AplicaçõesQual material vai onde, por módulo de máquina.
- Molibdênio e titânioMetais refratários e leves em vácuo.