סביבות שואב נקי יותר מספקות רווחי ניסוי וייצור

ככל שהמדע והטכנולוגיה ממשיכים לפרוץ גבולות חדשים, יש ביקוש הולך וגובר לסביבות ואקום נקיות יותר וניתנות לשליטה שניתן להתאים לצרכים של כל יישום. בין אם לצורך ניסויים מדויקים בפיזיקה קוונטית או ייצור המוני של שבבי מחשב, מדענים ומהנדסים מחפשים ציוד בעל ביצועים גבוהים שיכול להשיג תנאי ואקום אולטרה-גבוה (UHV) או ואקום גבוה קיצוני (XHV) תוך עבודה במסגרת המגבלות של היישום שלהם. .

בעוד שמערכות ואקום העשויות מנירוסטה ממשיכות להיות הטכנולוגיה המועדפת עבור רוב התהליכים, יישומים מיוחדים הדורשים תנאי UHV או XHV יכולים ליהנות מהתכונות שמציעים חומרים חלופיים כגון אלומיניום וטיטניום. במרכזי מחקר עם מאיצי חלקיקים, למשל, הפך האלומיניום לפופולרי עבור מערכות אלומיניום מכיוון שהוא מפזר קרינה בצורה יעילה יותר מפלדת אל חלד. זה גם שומר על פחות מגנטיות שיורית, וממזער כל השפעה אפשרית על השדות המגנטיים החזקים המשמשים לכיוון הקרן.

"יותר מדענים ומהנדסים רואים את היתרונות של שימוש באלומיניום ובטיטניום לתהליכי UHV או XHV שלהם", אומר טום בוגדן, סגן נשיא לפיתוח עסקי ב- ANCORP, יצרן אמריקאי של תאי ואקום, שסתומים ורכיבים. "מתקנים מדעיים בקנה מידה גדול וקהילת המו"פ מציעים סביבות עשירות עבור הטכנולוגיות המתקדמות הללו, בעוד שהמגזר המסחרי מתחיל להשתמש באלומיניום כדי לשפר את תנאי התהליך לייצור דיוק גבוה".

ANCORP מתכננת ומייצרת קו משלה של ציוד ואקום, וכן הקימה מתקן ייעודי לבניית תאים מותאמים אישית מנירוסטה. כעת החברה יצרה שותפות עם LOS מוצרי ואקום, המתמחה בייצור חומרת ואקום מאלומיניום וטיטניום, כדי לאפשר ללקוחותיה לנצל את החומרים בעלי הביצועים הגבוהים הללו בתהליכי UHV ו-XHV שלהם. "זוהי שותפות נהדרת בין שתי חברות המתמקדות באספקת פתרונות ואקום בעלי ביצועים גבוהים עבור הלקוחות שלהן", מעיר בוגדן. "LOS Vacuum ייהנה מהיכולת שלנו ליצור קשרים עם השוק העולמי, תוך שאנו מרוויחים מהוספת הטכנולוגיה הייחודית שלהם לפורטפוליו המוצרים שלנו."

LOS Vacuum Products הוקמה בשנת 2013 כדי לתכנן ולבנות תאי ואקום בהתאמה אישית עבור יישומי UHV ו-XHV. "אלומיניום וטיטניום הופכים פופולריים יותר כדי לעמוד בדרישות ההולכות וגדלות לפיתוח טכנולוגי נקי ומדויק יותר", אומר אריק ג'ונס, מייסד ובעלים של החברה. בעוד שהביקוש הראשוני מקורו בעיקר בקהילת המחקר, ג'ונס מדווח על התעניינות גוברת מצד יצרני ציוד המכוונים למגזר המוליכים למחצה, כמו גם בשווקים מתעוררים למערכות רפואיות וייצור תאים סולאריים. "ככל שהטכנולוגיות הללו צומחות, סביבת הוואקום הופכת להיות חשובה ביותר", הוא אומר.

יתרון מרכזי אחד של האלומיניום הוא היותו מהיר וקל יותר לעיבוד מפלדת אל חלד, ולכן מציע גמישות רבה יותר לשילוב תכונות מותאמות אישית בעיצוב. המוליכות התרמית המעולה שלו מאפשרת גם לתא אלומיניום להתחמם מהר יותר ואחיד יותר, מה שמאיץ את תהליך האפייה הדרוש להשגת תנאי UHV או XHV. "נירוסטה צריכה להיות הרבה יותר חמה כדי לספוג את מולקולות הגז והמזהמים מפני השטח של תא הוואקום, וזה דורש יותר אנרגיה על פני תקופה ארוכה יותר של זמן", מסביר ג'ונס. "אלומיניום מפחית הן את עלות הבעלות והן את ההשפעה הסביבתית, אשר בשילוב עם יכולת הייצור המשופרת שלו הופכים אותו לאופציה אטרקטיבית עבור מגזר המוליכים למחצה."

בינתיים, תאי ואקום העשויים מטיטניום מציעים אופציה טובה יותר לניסויים בפיזיקה קוונטית, מכיוון שהחוזק והמשקל הנוסף שלהם מספקים יותר יציבות לתהליכים הנהנים מיצירת הרמוניות, ומועדפים גם עבור יישומים שבהם חיוני לחסל כל מגנטי אותות. טיטניום פועל גם כמשאב לספיגת מימן - מזהם נפוץ בעת שימוש בפלדת אל חלד בסביבות UHV או XHV - מה שמאפשר למערכות ואקום טיטניום לתמוך בתנאי XHV עד לסביבות 10^-13 טור.

בין אם משתמשים באלומיניום או טיטניום, תנאי התהליך הטובים ביותר מושגים על ידי שימוש באותה מתכת במתקנים ובאביזרים המשמשים להתממשק עם מערכת הוואקום. זה כולל את אוגני ה-Conflat שנמצאים בשימוש נרחב כדי להבטיח אטימה אטומה לדליפה בסביבות UHV ו-XHV, הפועלות על ידי לחיצה של שני פנים מתכת קשיחים במכונה עם קצוות סכין לתוך אטם מתכת רך יותר. זה גורם למתכת הרכה יותר לזרום ולמלא כל פגמים מיקרוסקופיים על פני המתכת הקשה, יצירת אטימה שיכולה לעמוד בטמפרטורות ולחצים קיצוניים עד למשטר XHV.

ANCORP כבר מייצרת אוגנים משולבים העשויים מנירוסטה בלבד, בעוד ש-LOS Vacuum מייצרת גרסאות טיטניום, כמו גם מספר דגמים המשלבים גוף אלומיניום עם פנים עשויות נירוסטה או טיטניום. "הרכיבים המתמחים המיוצרים על ידי LOS Vacuum מאפשרים לנו להציע פתרון ייחודי ללקוחות שאימצו אלומיניום או טיטניום עבור מערכות הוואקום שלהם", מעיר בוגדן. "ראינו לקוחות שפנו להשתמש בטבעות O כפולות עבור המארזים שלהם, אבל אטם מתכת למתכת מפחית את יציאת הגזים ומביא לתהליך טוב יותר."

רכיבי הבי-מתכת מיוצרים בטכניקה הנקראת חיבור פיצוץ, תהליך ריתוך במצב מוצק המייצר קשר מכני חזק בעובי של כמה מיקרונים בלבד. מטען נפץ מאלץ את המתכות יחד בלחצים גבוהים במיוחד, מה שגורם לשכבות האטומיות הקרובות לשני המשטחים להפוך לפלזמה. כאשר המתכות מתנגשות, מונע סילון פלזמה לאורך המשטחים שמנקר אותם מכל זיהומים, בעוד ההתנהגות דמוית הנוזל של המתכות יוצרת חיבור בצורת גל שהוא חזק מספיק כדי לעמוד בתנאי UHV ו-XHV.

ANCORP מספקת כעת קו סטנדרטי של אוגנים ואביזרים דו מתכתיים מיוצר על ידי LOS Vacuum, בעוד שתהליך החיבור לפיצוץ מאפשר גם לייצר רכיבים בהזמנה אישית מכל שתי מתכות שונות. שתיים מהתצורות הסטנדרטיות משלבות בסיס אלומיניום עם פרצופים עשויים מדרגות שונות של פלדת אל חלד, בעוד שאחרת מחברת אוגן עם פנים טיטניום לגוף אלומיניום. לגרסה השנייה הזו יש את היתרון של ביטול כל עקבות מגנטיות והימנעות מסכנות בטיחותיות הנגרמות מקרינת רקע, והיא יכולה אפילו להיות חסכונית יותר מאשר אוגן עם פלדת אל חלד. "חומר הגלם עשוי להיות יקר יותר אבל אוגן דו-מתכתי העשוי מפלדת אל חלד דורש יותר שלבים לייצור", מעיר ג'ונס. "עבור טיטניום תהליך ההדבקה פחות מורכב ופחות יקר."

ג'ונס והצוות שלו הצליחו גם לחסל את אחד מהחומרים הבין-שכבתיים הדרושים בדרך כלל למעבר ממתכת אחת לאחרת. התהליך שלהם מסיר את הצורך בנחושת, שיצרני המוליכים למחצה מעוניינים להימנע ממנו במיוחד. "זה עכשיו חלק מקו המוצרים הסטנדרטיים", אומר ג'ונס. "זה מוזיל את עלות החומרים והייצור, ומפחית את האפשרות של מסלול דליפה דרך האוגן."

כחלק מהשותפות, ANCORP גם תרחיב את יכולות הייצור הקיימות שלה בהתאמה אישית לתכנון ואספקה ​​של תאי ואקום בהתאמה אישית העשויים מטיטניום או אלומיניום. במהלך שלב התכנון הראשוני החברה עובדת בשיתוף פעולה הדוק עם לקוחותיה כדי להבין את הדרישות הספציפיות שלהם ולהמליץ ​​על הטכנולוגיה הטובה ביותר עבור היישום שלהם. "אם ללקוח יש תהליך יוצא דופן או תובעני במיוחד שירוויח משימוש באלומיניום או טיטניום, אנו נשתף את אריק והצוות שלו כדי לספק מומחיות מומחית מסוימת", אומר בוגדן. "בנוסף להתאים את העיצוב לאפליקציה, עלינו להבטיח שהצוות ב-LOS Vacuum יוכל לייצר את הפתרון לפרמטרים הנדרשים".

בוגדן בטוח שהוספת היכולות המיוחדות הללו להיצע הטכנולוגיות של ANCORP תעזור לפתוח שווקים חדשים במגזר המו"פ וכן בייצור מוליכים למחצה. "פתרונות אלה עם יציאות נמוכה יכולים לספק יתרון תהליכי אמיתי ביישומים מסוימים", הוא אומר. "אנחנו רוצים להפוך את האפשרויות האלה לזמינות ללקוחות נוספים בקהילה המדעית הבינלאומית, כמו גם במגזר המסחרי."

עבור ג'ונס, בינתיים, השותפות עם ANCORP מציעה דרך לחשוף את טכניקות הייצור המומחיות של החברה לקהל לקוחות גדול בהרבה. "אנחנו עדיין חברה קטנה שהתמקדה במתן פתרונות ייחודיים לפרויקטים ספציפיים, ואין לנו הרבה כוח ליצור קשרים עם לקוחות חדשים", הוא מעיר. "השותפות עם ANCORP תאפשר לנו להביא את מגוון המוצרים והמומחיות הטכנית שלנו לשוק העולמי".