Vakuumumgebungen für fortschrittliche Elektronikfertigung nutzen

Ziehen, Abdichten, Vergessen

Mit der Erfindung der Glühlampe und Elektronenröhren vor über einem Jahrhundert wurde das Vakuum zum wichtigen Fertigungswerkzeug. Heute wird die Glühlampe von CFLs und LEDs herausgefordert. Und dank Kosteneffizienz, kompakter Größe, verbesserter Effizienz und Zuverlässigkeit digitaler Elektronik und Halbleiter sind Elektronenröhren weitgehend Vergangenheit (abgesehen von Nischenanwendungen).

Doch der Prozess der Erzeugung einer Vakuumatmosphäre lebt weiter – im Gegenteil, er ist ein wesentlicher Teil der Elektronikbauteilfertigung.

Wiederholte vs. einmalige Erzeugung einer Vakuumatmosphäre

Es gibt Anwendungen, bei denen Vakuum wiederholt gezogen wird, um eine Aufgabe zu erfüllen. Beispiele: Vakuummetallisieren von Spulen für Oberflächenbeschichtung; Rasterelektronenmikroskop (REM), das im Vakuum arbeitet; Pumpensysteme für Kraftstoff oder andere Flüssigkeiten; sogar der Haushaltsstaubsauger, der jedoch nur ~20 % Druckreduktion erzeugt – also bestenfalls Teilvakuum.

Es gibt jedoch eine andere Nutzung der Vakuumatmosphäre: Fertigungsprozesse, bei denen man einmal Vakuum zieht, abdichtet und nie wieder daran denkt. Diese einmalige Erzeugung dient Anwendungen, die einen versiegelten Glaskonstrukt ohne Ein- oder Austrittsöffnungen erfordern.

Vakuumkammern und lineare Vakuen

Eine Vakuumatmosphäre wird grundsätzlich auf zwei Arten erzeugt – mittels Vakuumkammer oder linearem Vakuum. Bei der Vakuumkammer entfernt eine Pumpe Luft und Gase aus einem starren (meist metallischen) Gehäuse, was eine Niederdruckumgebung im Inneren schafft. Dies wird häufig für physikalische Experimente und Tests von Geräten genutzt, die in luftleerer Umgebung funktionieren müssen (Weltraum), sowie für Vakuumabscheidung und Vakuumtrocknung. Es bietet auch eine luft- und kontaminantenfreie Umgebung, essenziell für Halbleiterfertigung.

Zudem, wie im letzten Blog erwähnt, kann eine Vakuumkammer im einmaligen Vergießprozess (Encapsulation) genutzt werden, um eine lunkerfreie Versiegelung um elektronische Komponenten zu schaffen, wie Halbleiter in Halbleiterrelais. Einmaliges hermetisches Abdichten von Leistungshalbleitern gelingt auch durch Positionieren eines Halbleiterchips in einer Gehäusekavität, Ziehen eines Vakuums und Verschließen mit Keramik- oder Metallkappe.

Dies führt zum linearen Vakuum: Hier wird Vakuum über eine externe Vakuumpumpe, verbunden über Kapillarrohr, gezogen und dann versiegelt. Diese Art der Vakuumatmosphäre verantwortet die thermische Isolierschicht in Ihrer Thermoskanne. In der HLK-Fertigung nutzt man lineares Vakuum zur thermischen Barriere und zum Entgasen/Entfeuchten von Luft, Gasen, Feuchtigkeit und Verunreinigungen, die Systembetrieb und -leistung beeinträchtigen könnten. (Auch Klima- oder Kältesysteme, die während Installation oder Service geöffnet wurden, müssen ordnungsgemäß evakuiert werden – Vakuumpumpen zum Entgasen und Dehydrieren.)

Einsatz von Kapillarrohr für Vakuumatmosphäre

Kapillarrohr kann die sehr dicke Wand und den kleinen Innendurchmesser (ID) liefern, die für das Ziehen einer Vakuumatmosphäre nötig sind. Das gewählte Metall muss weich genug sein für einfaches Warmformen und Crimpen zu einer dichten, leckfreien Versiegelung. Zudem muss das Kapillarrohr haben:

• Sehr saubere ID, ohne Grate, Schmutz, Verstopfungen, die Rohr verstopfen oder Produktion kontaminieren könnten
• Keine Außendurchmesser-Lecks (OD)
• Keine ID-Lecks nach Vakuumziehen
• Fähigkeit, sich metallurgisch selbst zu verbinden für leckfreie Selbstversiegelung

Gutes Design und sorgfältige Teileinspektion tragen weit zur Sicherung einer luftdichten Vakuumatmosphäre bei. Die Zusammenarbeit mit den richtigen Partnern hilft, dass Teile und Prozesse entlang der Lieferkette getestet werden, um Fertigungsbedürfnisse, Termine und Qualitätsstandards zu erfüllen.

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