半導体および電子機器用の精密部品: 真空、清浄度、ガス放出

業界インサイト · 2010 年 6 月 15 日
業界インサイト半導体装置真空と清潔さ

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2010 年 6 月 15 日

大気中では、チャンバーの寸法、平面度、シール面の粗さによって判定されます。真空システム内では、ガス放出速度、表面吸着、止まり穴内の残留物、異種金属が接触する場所でのガルバニックリスクなど、基準が完全に変わります。図面には何も書かれていません。

真空中の部品の判断が異なる

アルミニウム製チャンバーを大気中で寸法、平面度、シール面の粗さで評価します。真空システム内では、材料のガス放出速度、表面吸着、止まり穴に閉じ込められた残留物、異種金属が接触する場所での電解腐食など、異なるセットが適用されます。これらはどれも図面には表示されず、それらが一緒になってチャンバーが目標までポンプダウンするかどうかを決定します。

ガスの発生は主に、表面に吸着した水と有機物、さらに材料に溶解した水素から発生します。陽極酸化処理により表面積が増加し、酸化物がスポンジに変わります。止まり穴に閉じ込められた冷却剤は何時間も放出され続けます。したがって、半導体装置向けの精密コンポーネントの場合、最初の要件は精度ではなく、クリーンで予測可能であることです。

アウトガス: 合金よりも表面処理が重要

同じ 6061 アルミニウムでも、裸の表面、化学的に研磨された表面、および硬質陽極酸化処理された表面では、ガスの放出速度が 1 桁異なります。陽極酸化処理は耐摩耗性と耐腐食性がありますが、高真空下ではスポンジのように動作します。ガスの放出が問題となる場合は、化学研磨または電解研磨と高温ベークアウトを行うのが通常の答えです。

シール面も見逃されがちな点です。真空シールは O リングまたはメタルシールに依存しており、その面の粗さと清浄度がリーク量に直接影響します。滑らかであればあるほど自動的に優れているわけではありません。研磨しすぎると潤滑剤を保持する能力が失われ、組み立て中に傷がつきやすくなります。感知可能な帯域は通常 Ra 0.4 ~ 0.8 で、傷や粒子の埋め込みはありません。

ファーストカットから清潔管理

清潔さは最終洗浄では生成されません。最初の操作から維持されます。冷却液中の硫黄と塩素の添加物はアルミニウムの微細孔に浸透し、後で除去するのは非常に困難です。設備に付着した油、コンベヤーに付着した粉塵、梱包材に含まれる可塑剤はすべて、最終的には汚染源となります。

したがって、半導体またはエレクトロニクス構造を製造する工場には、水の抵抗率と粒子数を定期的に監視する、超音波、DI リンス、乾燥などの専用の洗浄ラインが必要です。サプライヤーを監査するときは、その線に注目する価値があります。部品が通常の作業と洗浄を共有している場合、清浄度は保証できません。これは、板金製造やプレス部品が半導体サプライチェーンに参入する際に最も一般的な障害でもあります。

表面処理 3つの工程、3つのリスク

電子構造には通常、陽極酸化処理、導電性クロメートなどの化成処理、または塗装の 3 つの仕上げのいずれかが施されます。陽極酸化処理は絶縁し、摩耗に耐えますが、部品が面あたり 3 ~ 8 ミクロン増加するため、ネジ穴をマスキングする必要があります。化成皮膜は導電性があり、寸法変化がほとんどないため、接地点に適しています。塗料は安価ですが、真空または加熱するとガスが発生します。

どちらが適用されるかは機能によって異なります。研磨が必要な面は陽極酸化できません。絶縁性と耐摩耗性が求められる面は、化成皮膜のみに依存することはできません。光学機器の近くにあるものは、揮発性物質がレンズに凝縮する可能性があるため、ペイントを避けるべきです。これを図面ノートに書き込むことは、後でやり直すよりもはるかにコストがかかりません。

公差と組み立て: フレームの精度は機械加工ではなく構築されます

半導体装置のフレーム部品では、単体の公差が困難になることはほとんどありません。組み立て時の誤差が蓄積されます。 12 個の押し出し材とプレートでできた 2 メートルのフレームは、それぞれプラスまたはマイナス 0.1 mm に保たれており、2 ミリメートルの寸法で組み立てることができます。答えは、すべての部品を 0.02 mm まで締め付けることでコストが倍増するのではなく、適合するフィッティングと調整シムを使用することです。

つまり、製造レビュー用の設計では、アセンブリの次元を機能の次元から分離する必要があります。アセンブリの寸法は、アジャスターを介して累積誤差を吸収することができます。レール取付面などの機能寸法は直接保持する必要があります。図面上で 2 つのクラスを分けてマークすることは、成熟した構造図面であることを示す最も明らかな兆候です。

梱包と輸送: 開封した瞬間にきれいな部品が破損する

清浄度が 99% に達しても、パッケージングが失敗する場合があります。半導体装置部品の典型的な故障モードは、開封時の汚染です。部品はきれいだったのですが、袋から可塑剤が放出されたり、乾燥剤の粉塵が漏れたり、または開梱時に紙ラベルが 2 つの袋の層の間に挟まっていて、すべてが表面に転写されました。

適切な梱包仕様には 4 つのことが含まれます。内層は通常のPEフィルムではなく、クリーンルームグレードの二重袋です。バッグは吸着を抑えるために窒素パージまたは真空引きされています。乾燥剤は個別に密封されており、粉塵の侵入を防ぎます。外箱は部品に直接触れる段ボールではなく、クリーンルーム紙や気泡緩衝材を使用しています。ガスの発生に敏感な部品の場合は、シリコン離型剤や油を塗った防錆紙も除外する必要があります。

交通機関の管理も必要です。海上コンテナ内の温度と湿度の変動により、梱包内に結露が発生します。金属上にはウォーターマークが形成され、真空下ではそれらのマークが吸着サイトとなります。したがって、長期間の出荷では、到着後の湿度インジケーターカードと契約上の検査期間が正当化されます。その期間の外で見つかった問題の原因を特定するのは難しいからです。

見落としがちな最後のポイントは、梱包はトレーサビリティの一部であるということです。バッグには洗浄バッチと日付を記載する必要があります。そうしないと、顧客の粒子エクスカーションが洗浄または輸送によるものであるかどうかを追跡できません。

半導体装置サプライヤーを選別する方法

3つのフィルター。まず、設備です。5 軸機能、2 メートルを超える部品の処理能力、および CMM 検査です。 2 番目のプロセス: 専用の洗浄ライン、陽極酸化または化成コーティングのパートナー、および必要に応じてサードパーティのガス放出または清浄度レポート。第三に、システム: ISO 9001 を基礎​​として、ヨーロッパ出荷用の RoHS および CE、顧客に応じて UL — 機器 OEM の場合、最後の項目は通常、顧客ではなく自社の顧客によって設定されます。そのため、早めに問い合わせる価値があります。

3 つすべてを一度に満たすサプライヤーはほとんどいないため、そこから始める必要はありません。重要ではない構造から始めて、洗浄と梱包のフローを適切に行ってから、重要な部品を導入します。バイヤーにとって、信頼性の高い大量供給、つまりスケジュール通りに納品される大量注文は、通常、印象的な 1 回限りの部品 1 つよりも価値があります。 ODM モデルを扱う機器製造業者は、OEM よりも早くその文書を必要とします。これは、ツールが顧客の名前で認定されているためです。また、部品の背後にある洗浄ラインを説明できない卸売業者は、部品ではなく箱を販売しています。

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