Die Vakuumtechnik: Warum PEEK-Mehrstiftdurchführungen Keramik in UHV-Vakuumkammern ersetzen

In der feindlichen Umgebung eines Ultrahochvakuum (UHV)-Kammer, Bei all seinen Komponenten stellt jede einzelne ein potenzielles Fehlerrisiko dar. Jahrzehntelang nutzten Vakuumtechniker Keramik-Metall-Dichtungen für elektrische Verbindungen. Keramik ist zwar effektiv, hat aber einen großen Nachteil: ihre Sprödigkeit.

Heute erleben wir einen Paradigmenwechsel in der Halbleiterfertigung und bei Oberflächenanalysegeräten. Der allgemeine Trend in der Branche geht hin zu PEEK-Mehrpol-Durchführungen. Dieser Hochleistungsthermoplast ist nicht nur ein Kunststoff, sondern eine wichtige technische Lösung, die das Problem der “gerissenen Isolierung” löst und gleichzeitig die für PVD-, CVD- und Teilchenphysikanwendungen erforderliche Vakuumintegrität erhält.

Dieser Artikel befasst sich mit der technischen Überlegenheit von PEEK (Polyetheretherketon) in Vakuumumgebungen und warum es die beste Wahl für Ihr nächstes Vakuumsystemdesign ist.

Der verborgene Feind: Ausgasung in Hochvakuumumgebungen

Das Hauptkriterium für jedes Material innerhalb eines Vakuumsystem Es handelt sich um seine Ausgasungsrate. Wenn ein Verbindungsstück flüchtige organische Verbindungen (VOCs) oder Wasserdampf unter niedrigem Druck freisetzt, wirkt es wie ein “virtuelles Leck”, wodurch es unmöglich wird, UHV-Werte ($<10^{-9}$ Torr) zu erreichen.

PEEK-Steckverbinder haben sich in dieser Hinsicht als außergewöhnlich erwiesen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kunststoffen wie Nylon oder PVC, die Feuchtigkeit wie Schwämme aufnehmen, ist PEEK von Natur aus hydrophob.

• TML (Gesamtmasseverlust): Laut NASA weist standardmäßiges unverfülltes PEEK typischerweise einen TML-Wert von etwa 0,31% auf, der weit unter dem für Anwendungen im Weltraum erforderlichen Schwellenwert von 1,0% liegt.
• CVCM (Gesammelte flüchtige kondensierbare Stoffe): PEEK zeichnet sich durch einen CVCM-Wert von <0,01% aus, wodurch sichergestellt wird, dass sich keine Rückstände auf Ihren empfindlichen optischen Spiegeln oder Halbleiterwafern absetzen.

Durch die Verwendung von hochreinem Polymerbasierte Verbindungen, Ingenieure können mit minderwertigen Isolatoren schneller evakuieren und tiefere Vakuums erzeugen.

PEEK vs. Keramik: Die Lösung des Sprödigkeitsproblems

Dies ist die typischste Suchintention eines Ingenieurs, der nach Alternativen sucht: Haltbarkeit.

Keramische (Aluminiumoxid-)Durchführungen sind zwar hervorragende elektrische Isolatoren, aber empfindlich. Eine ungenaue Ausrichtung der Flansche beim Verschrauben, ein herunterfallendes Werkzeug oder ein Temperaturschock können zu katastrophalen Rissen führen.

Hochleistungsfähige thermoplastische Schnittstellen besitzen eine Transparenzeigenschaft, die bei anderen Materialien nicht zu finden ist: Elastizitätsmodul.

Das “Verzeihende” Siegel

PEEK besitzt die mechanische Festigkeit, um die Belastung zu absorbieren, die Keramik zerbrechen würde. Dies ermöglicht Folgendes:

1. Höhere Stiftdichte: Wir sind in der Lage, komplexe Muster mit Dutzenden von Stiften in kleinem Durchmesser (wie unsere kundenspezifischen Designs mit mehr als 15 Stiften) ohne strukturellen Versagen zu bearbeiten.
2. Stoßfestigkeit: Geeignet für mobile Vakuumwagen oder Systeme, die Vibrationen ausgesetzt sind.
3. Bearbeitbarkeit: Im Gegensatz zu Keramik, die teure Formen und Diamantschleifen erfordert, kann PEEK per CNC-Bearbeitung in jede beliebige, nicht standardmäßige Form gebracht werden, um auch in engen Zwischenräumen bestehender Bauteile Platz zu finden. Ablagerungsgeräte.

Vergleichende Analyse: Materialleistungsdaten

Um Ihnen eine fundierte Entscheidung zu ermöglichen, haben wir einen Vergleich gängiger Materialien zusammengestellt, die in elektrische Vakuuminstrumentierung.

Datenquelle: Basierend auf den ASTM-Standardmaterialeigenschaften und internen Vakuumprüfungen.

Anmerkung des Ingenieurs: Während Keramik bei extremen Temperaturen (>300°C) die Nase vorn hat, finden die meisten PVD/CVD-Prozesse und Ausheizzyklen unter 200°C statt, wodurch sie sich klar im optimalen Anwendungsbereich von PEEK befinden.“

Praxisanwendungen in der Halbleiterforschung

Wo genau befinden sich diese? Vakuumkompatible Krümmer Wird es verwendet?

1. Halbleiter-PVD/CVD-Systeme

Bei Anlagen zur physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) ist der Platz sehr begrenzt. Durch kundenspezifische PEEK-Anschlussklemmen zu den Sensoren zur Messung der Wafertemperatur und des Plasmastatus ist eine hochdichte Übertragung der vom Prozess überwachten Signale ohne Kontaminationsrisiko für die Prozesskammer möglich.

2. Teilchenbeschleuniger

Für die Strahldiagnostik werden Materialien benötigt, die sowohl strahlungsbeständig sind als auch eine elektrische Isolation bieten. PEEK besitzt eine Gammabeständigkeit (bis maximal 10 Rad) und ist daher in der Hochenergiephysik weit verbreitet.

3. CMP-Halteringe und -Komponenten

Neben Steckverbindern eignet sich PEEK aufgrund seiner chemischen Beständigkeit gegenüber aggressiven Poliersuspensionen auch ideal für die Herstellung von Ringen für das chemisch-mechanische Polieren (CMP).

Häufig gestellte Fragen (Leute fragen auch)

Um häufig gestellte Fragen zu beantworten Vakuum-Elektrodurchführungen, Unser Ingenieurteam antwortet:

Ist PEEK für Ultrahochvakuum (UHV) geeignet?

Antwort: Ja. Aufgrund seiner extrem niedrigen Ausgasungsrate und geringen Feuchtigkeitsaufnahme (ASTM D570 <0,1%) ist PEEK vollständig kompatibel mit UHV-Umgebungen bis hinunter zu $10^{-10}$ Torr, vorausgesetzt, das Material wird ordnungsgemäß gereinigt und ausgeheizt.

Sind PEEK-Steckverbinder für Ausheizzyklen geeignet?

Antwort: PEEK hat eine Dauereinsatztemperatur von 260 °C. Die Ausheizprozesse der meisten Vakuumsysteme finden bei 120 °C bis 200 °C statt, um jeglichen Wasserdampf zu entfernen, was gut innerhalb des sicheren Betriebsbereichs dieses Polymers liegt.

Was gewährleistet die Vakuumdichtigkeit von PEEK?

Antwort: Im Gegensatz zu Glas-Metall-Dichtungen sollten PEEK-Durchführungen mit hochpräzisen Presspassungen oder Doppel-O-Ring-Dichtungen ausgeführt werden. Da PEEK mit engen Toleranzen bearbeitet werden kann, eignet es sich hervorragend für die Verwendung mit Standard-CF- (ConFlat) oder KF-Flanschen, um eine heliumdichte Dichtung zu gewährleisten.

Fazit: Die Zukunft der Vakuumkonnektivität

Die Schwäche der herkömmlichen spröden Werkstoffe wird immer deutlicher, je komplexer und kompakter Vakuumsysteme werden. PEEK-Mehrpol-Durchführungen die optimale Kombination aus elektrischer Isolation, mechanischer Festigkeit und Vakuumreinheit gewährleisten.

Sei es ein neues UHV-Kammer Wenn es um die Entwicklung eines neuen Designs oder die Nachrüstung eines bestehenden Analyseinstruments geht, wird der Umstieg auf PEEK die nötige Zuverlässigkeit dort gewährleisten, wo es darauf ankommt.

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Wir sind die Zhejiang BW Industrie Wir sind spezialisiert auf die Fertigung hochpräziser PEEK-Komponenten mittels CNC-Bearbeitung. Wir entwickeln die passende Verbindung für Ihre Bedürfnisse, egal ob es sich um einen Stift oder einen Standardersatz handelt.