Componentes de precisão para equipamentos semicondutores e eletrônicos: vácuo, limpeza e desgaseificação

Artigo

15 de junho de 2010

Na atmosfera, uma câmara é avaliada pelas dimensões, planicidade e rugosidade da face de vedação. Dentro de um sistema de vácuo, os critérios mudam completamente: taxa de liberação de gases, adsorção superficial, resíduos em furos cegos e risco galvânico onde metais diferentes se tocam. Nada disso está escrito no desenho.

Uma peça no vácuo é julgada de maneira diferente

Na atmosfera, uma câmara de alumínio é avaliada quanto às dimensões, planicidade e rugosidade da face de vedação. Dentro de um sistema de vácuo, aplica-se um conjunto diferente: taxa de liberação de gases do material, adsorção superficial, resíduos presos em furos cegos e corrosão galvânica onde metais diferentes se encontram. Nenhum deles aparece no desenho e juntos decidem se a câmara bombeia para o alvo.

A liberação de gases vem principalmente de água e produtos orgânicos adsorvidos na superfície, além de hidrogênio dissolvido no material. A anodização multiplica a área superficial e transforma o óxido em uma esponja; o refrigerante preso em um orifício cego continua sendo liberado por horas. Para componentes de precisão destinados a equipamentos semicondutores, o primeiro requisito não é, portanto, precisão, mas sim limpeza e previsibilidade.

Desgaseificação: o tratamento de superfície é mais importante que a liga

No mesmo alumínio 6061, superfícies nuas, polidas quimicamente e anodizadas duramente diferem na taxa de liberação de gases em uma ordem de grandeza. A anodização é resistente ao desgaste e à corrosão, mas sob alto vácuo se comporta como uma esponja. Onde a liberação de gases é importante, o polimento químico ou eletrolítico mais um cozimento em alta temperatura é a resposta usual.

A face de vedação é outro ponto comumente esquecido. A vedação a vácuo depende de um O-ring ou vedação de metal, e a rugosidade e a limpeza dessa face decidem diretamente a taxa de vazamento. Mais suave não é automaticamente melhor: o polimento excessivo remove a capacidade de reter lubrificante e provoca arranhões durante a montagem. A banda sensível é geralmente Ra 0,4 a 0,8, sem riscos e sem partículas incorporadas.

A limpeza é gerenciada desde o primeiro corte

A limpeza não é produzida na lavagem final; é mantido desde a primeira operação. Os aditivos de enxofre e cloro no refrigerante penetram na microporosidade do alumínio e são muito difíceis de remover posteriormente. O óleo nas instalações, o pó nos transportadores e o plastificante das embalagens tornam-se, no final, fontes de contaminação.

As lojas que fabricam estruturas semicondutoras ou eletrônicas precisam, portanto, de uma linha de limpeza dedicada – ultrassônica, enxágue DI, seca – com monitoramento periódico da resistividade da água e da contagem de partículas. Ao auditar um fornecedor vale a pena observar essa linha: se as peças compartilham a lavagem com o trabalho normal, a limpeza não pode ser garantida. É também o obstáculo mais comum quando a fabricação de chapas metálicas e peças estampadas entram na cadeia de fornecimento de semicondutores.

Acabamento Superficial: Três Processos, Três Riscos

As estruturas eletrônicas geralmente apresentam um dos três acabamentos: anodização, revestimento de conversão química, como cromato condutivo, ou pintura. A anodização isola e resiste ao desgaste, mas aumenta a peça em três a oito mícrons por face, portanto, os furos roscados precisam ser mascarados. O revestimento de conversão conduz e quase não altera as dimensões, o que se adapta aos pontos de aterramento. A tinta é barata, mas libera gases sob vácuo ou calor.

Qual deles se aplica depende da função. Uma face que deve ser retificada não pode ser anodizada; uma face que deve isolar e resistir ao desgaste não pode depender apenas do revestimento de conversão; qualquer coisa próxima à óptica deve evitar tinta, cujos voláteis se condensarão nas lentes. Escrever isso nas notas do desenho é muito mais barato do que retrabalhar posteriormente.

Tolerância e montagem: a precisão da estrutura é construída, não usinada

Em peças de estrutura para equipamentos semicondutores, a tolerância de peça única raramente é a dificuldade; erro acumulado na montagem é. Uma estrutura de dois metros feita de uma dúzia de extrusões e placas, cada uma fixada a mais ou menos 0,1 mm, pode ser montada com dois milímetros de espessura. A resposta não é apertar cada peça a 0,02 mm, o que multiplica o custo, mas usar calços de encaixe e ajuste correspondentes.

Isso significa que o projeto para revisão de fabricação precisa separar as dimensões da montagem das dimensões funcionais. As dimensões da montagem podem absorver erros acumulados através de ajustadores; as dimensões da função, como a face de montagem do trilho, devem ser mantidas diretamente. Marcar as duas classes no desenho é o sinal mais claro de um desenho de estrutura maduro.

Embalagem e Transporte: Peças Limpas Falham no Momento da Abertura

A limpeza pode chegar a noventa e nove por cento e ainda falhar na embalagem. O modo de falha típico em peças de equipamentos semicondutores é a contaminação na abertura: a peça estava limpa, mas o saco liberou plastificante, o pó dessecante escapou ou uma etiqueta de papel ficou entre as duas camadas do saco e transferiu tudo para a superfície durante a desembalagem.

Uma especificação de embalagem adequada abrange quatro coisas. A camada interna é um saco duplo para salas limpas, em vez de um filme PE comum. O saco é purgado com nitrogênio ou aspirado para suprimir a adsorção. O dessecante é selado individualmente para que nenhuma poeira escape. A caixa externa utiliza papel de sala limpa ou plástico bolha em vez de papelão ondulado em contato direto com a peça. Para peças sensíveis à liberação de gases, também devem ser excluídos agentes desmoldantes de silicone e papel antiferrugem oleado.

Os transportes também precisam de ser geridos. As oscilações de temperatura e umidade dentro de um contêiner marítimo causam condensação dentro da embalagem; marcas de água se formam no metal e, sob vácuo, essas marcas tornam-se locais de adsorção. Envios longos justificam, portanto, cartões indicadores de umidade e uma janela de inspeção contratual após a chegada, porque os problemas encontrados fora dessa janela são difíceis de atribuir.

Um último ponto que passa facilmente despercebido: a embalagem faz parte da rastreabilidade. O saco deve conter o lote de limpeza e a data, caso contrário, uma excursão de partículas no cliente não poderá ser atribuída à limpeza ou ao transporte.

Como selecionar um fornecedor de equipamentos semicondutores

Três filtros. Primeiro, o equipamento: capacidade de cinco eixos, capacidade de manusear peças além de dois metros e inspeção CMM. Em segundo lugar, processo: uma linha de limpeza dedicada, um parceiro de anodização ou revestimento de conversão e relatórios de desgaseificação ou limpeza de terceiros, quando necessário. Terceiro, sistema: ISO 9001 como piso, RoHS e CE para remessas europeias, UL dependendo do cliente — para um equipamento OEM, esse último item geralmente é definido pelo próprio cliente e não por ele, por isso vale a pena perguntar com antecedência.

Poucos fornecedores passam nos três ao mesmo tempo e não há necessidade de começar por aí. Comece com estruturas não críticas, acerte o fluxo de limpeza e embalagem e, em seguida, introduza as peças críticas. Para um comprador, o fornecimento de volume confiável – pedidos em grandes quantidades entregues dentro do prazo – geralmente vale mais do que uma peça única e impressionante. Um fabricante de equipamentos que trabalha com um modelo ODM precisa dessa documentação antes do que um OEM, porque a ferramenta é qualificada no nome do cliente; e um distribuidor atacadista que não consegue descrever a linha de limpeza por trás das peças está vendendo caixas em vez de componentes.