Ein Halbleiter-OEM schickt Ihrem CNC-Betrieb eine RFQ für eine Vakuumkammer. Die Zeichnung sagt „Leckrate < 1×10¹&sup9; mbar·L/s“. Ihr Betrieb hat diese Anforderung noch nie gesehen. Was bedeutet sie? Kann Ihre Bearbeitung das tatsächlich erreichen? Und wie schreiben Sie Vakuum-Leckspezifikationen in RFQs, damit beide Seiten sich einig sind, was „bestanden“ bedeutet? Diese Seite beantwortet alle drei Fragen.
Leckrate ist nicht Druck. Sie ist eine Volumenstromgröße — das Gasvolumen (in mbar·L, äquivalent zu Pa·m³), das pro Sekunde in die Kammer ein- oder aus ihr austritt. Eine Leckrate von 1×10¹&sup9; mbar·L/s bedeutet: Wenn Sie die Kammer versiegeln und warten, sickert Gas mit einer Rate ein, die 0.000000001 mbar·L pro Sekunde entspricht.
Zum Vergleich: Eine einzelne Durchgangsbohrung von 0.1 mm Durchmesser bei Atmosphärendruckdifferenz erzeugt eine Leckrate von etwa 1×10¹&sup4; mbar·L/s — 10 000-fach über der Spezifikation. Die Kammer darf effektiv keinen durchgehenden Pfad von außen nach innen haben, nicht einmal einen mikroskopischen Porositätspfad in einer Schweißnaht oder einen unter der Oberfläche liegenden Riss in einem Gussteil.
| Leckrate (mbar·L/s) | Entsprechende Lochgröße (ca.) | Typische Anwendung |
|---|---|---|
| 1×10¹³ | ~1 mm Durchgangsbohrung | Grobvakuumsysteme (Vakuumverpackung, Sauggreifer) |
| 1×10¹&sup5; | ~0.1 mm Durchgangsbohrung | Industrievakuum (Öfen, Beschichtungskammern) |
| 1×10¹&sup7; | Mikroporosität in Schweißnaht | Hochvakuum (REM-Kammern, Sputteranlagen) |
| 1×10¹&sup9; | Sub-Nanometer-Pfad | Halbleiter-Prozesskammern (CVD, PVD, Ätzen) |
| 1×10¹¹ | Kristallgitter-Diffusionsniveau | Ultrahochvakuum (MBE, Ionenimplantation, EUV-Optik) |
Die Vakuumtechnik unterteilt Systeme in drei Hauptbereiche. Jeder Bereich hat andere Leckratenerwartungen, andere Bearbeitungsanforderungen und andere Prüfmethoden:
| Vakuumbereich | Druckbereich | Erforderliche Leckrate | Typische Dichtung | CNC-Relevanz |
|---|---|---|---|---|
| Grobvakuum | 1000 bis 1 mbar | < 1×10¹&sup5; mbar·L/s | O-Ringe (NBR, Viton) | Standardbearbeitung; Oberflächengüte Ra 1.6–3.2 µm auf Dichtflächen |
| Hochvakuum (HV) | 10¹³ bis 10¹&sup9; mbar | < 1×10¹&sup9; mbar·L/s | Metalldichtungen (Cu, Al) oder Schneidkantendichtungen | Präzisionsbearbeitung; Dichtfläche Ra < 0.8 µm; Ebenheit < 0.01 mm |
| Ultrahochvakuum (UHV) | < 10¹&sup9; mbar | < 1×10¹¹ mbar·L/s | ConFlat (Schneidkanten-Cu-Dichtungen), geschweißte Verbindungen | Ultrapräzision; Ra < 0.4 µm; keine Unterflächenporosität; ausgasungskontrollierte Werkstoffe |
Schlüsselerkenntnis für CNC-Betriebe: Der Sprung vom Grobvakuum zum Hochvakuum ist primär ein Oberflächengüte-Problem der Dichtfläche. Eine Kammer, die mit O-Ring 1×10¹&sup5; hält, kann bei 1×10¹&sup7; lecken, wenn die O-Ring-Nut eine Werkzeugspur tiefer als 5 µm aufweist. Für Hochvakuum und UHV muss die Dichtfläche auf Spiegelfinish ohne sichtbare Werkzeugspuren bearbeitet sein, und die gesamte Kammer muss frei von Unterflächenporosität sein (was Gussteile ohne Imprägnierung ausschließt).
Die einzige praktische Methode zur Messung von Leckraten unter 1×10¹&sup7; mbar·L/s ist die Helium-Massenspektrometrie (He-MS). So funktioniert sie:
| He-MS-Parameter | Typischer Wert | Hinweise |
|---|---|---|
| Minimale detektierbare Leckrate (Vakuummodus) | 5×10¹¹³ Pa·m³/s (5×10¹¹³ mbar·L/s) | Modernste Geräte (Pfeiffer ASM 340) |
| Minimale detektierbare Leckrate (Schnüffelmodus) | 1×10¹&sup7; Pa·m³/s | Weniger empfindlich; zur Lokalisierung großer Lecks |
| Testgas | Helium 4.6 (99.996 % Reinheit) | Höhere Reinheit reduziert Hintergrundrauschen |
| Ansprechzeit | < 1 Sekunde | Moderne Geräte |
| Typische Testzeit pro Kammer | 30–60 Minuten | Umfasst Abpumpen + vollständige Sprühuntersuchung |
Die meisten RFQs formulieren die Leckratenspezifikation falsch. So sieht eine vollständige Vakuumspezifikation aus:
Häufige RFQ-Fehler, die zu vermeiden sind:
Eine Leckrate von 1×10¹&sup9; mbar·L/s zu erreichen, betrifft nicht nur die Dichtung — auch der Kammerkörper selbst muss leckdicht sein. Hier sind die Bearbeitungsanforderungen:
| Merkmal | Anforderung für HV (<10⁻⁸) | Anforderung für UHV (<10⁻⁷) |
|---|---|---|
| Oberflächengüte der Dichtfläche | Ra < 0.8 µm | Ra < 0.4 µm |
| Ebenheit der Dichtfläche | < 0.02 mm | < 0.005 mm |
| O-Ring-Nut-Güte | Ra < 1.6 µm | Nicht verwendet (nur Metalldichtungen) |
| Schneidkantendichtungs-Geometrie | N/A | Kantenwinkel 60–90°; Kantenradius < 5 µm |
| Wandporosität (Gussteile) | Muss imprägniert sein oder Knetwerkstoff verwenden | Nur Knetwerkstoff; keine Gussteile |
| Schweißnahtqualität | Volle Durchdringung, keine Porosität; röntgen- oder farbeindringprüft | Wie links + vakuumgeglüht; ausgasungskontrolliert nach ASTM F595 |
| Werkstoff-Ausgasung | Typischerweise nicht spezifiziert | Ausgasungsrate < 1×10¹¹&sup0; mbar·L/s·cm² |
Wenn eine Kammer den He-MS-Lecktest nicht besteht (gemessene Leckrate überschreitet die Spezifikation), folgen Sie diesem Ablauf:
| Phase | Prüfung | Warum |
|---|---|---|
| Zeichnung | Leckrate numerisch mit Prüfverfahren spezifiziert | „Vakuumdicht“ ist keine Spezifikation |
| Zeichnung | Oberflächengüte und Ebenheit der Dichtfläche toleriert | Untolierte Dichtflächen sind die Leckquelle Nr. 1 |
| Werkstoffauswahl | Knetwerkstoff für HV/UHV spezifiziert (keine Gussteile) | Gussporosität ist ein versteckter Leckpfad |
| Bearbeitung | Dichtflächen in der Schlussaufspannung gefertigt (keine Umspannung) | Umspannen bricht Ebenheit |
| Bearbeitung | Schneidkantengeometrie verifiziert (Winkel, Kantenradius) | Beschädigte Schneidkante = gescheiterte Metalldichtung |
| Montage | Dichtungen neu, sauber, mit korrektem Drehmoment | Wiederverwendete Cu-Dichtungen lecken im HV |
| Vor dem Test | Alle Oberflächen nach ASTM F595 gereinigt (Lösungsmittelreinigung, ggf. Ausheizen für UHV) | Verunreinigung auf Dichtfläche = Leckpfad |
| Test | He-MS-Detektor-Kalibrierung aktuell; Hintergrund < 10 % der Spezifikation | Unkalibrierter Detektor = ungültiges Ergebnis |
Das bedeutet, dass Gas mit einer Rate von 0.000000001 mbar·L pro Sekunde in die Kammer ein- oder aus ihr austritt. Praktisch entspricht das der Aussage, dass die Kammer keinen durchgehenden Pfad größer als einen Sub-Nanometer-Kanal hat — effektiv müssen der gesamte Kammerkörper und alle Dichtungen auf molekularer Ebene gasundurchlässig sein. Dies ist die Standardanforderung für Halbleiter-Prozesskammern (CVD, PVD, Ätzanlagen).
Ja, wenn der Betrieb Präzisionsbearbeitung beherrscht und Vakuum-Praktiken befolgt. Die Schlüsselanforderungen sind: (1) Dichtflächen-Oberflächengüte Ra < 0.8 µm für Hochvakuum, Ra < 0.4 µm für UHV; (2) Dichtflächen-Ebenheit < 0.01 mm; (3) Knetwerkstoff (keine Gussporosität); (4) Schweißnähte mit voller Durchdringung und geprüft. 5-Achs-Bearbeitung hilft, indem sie alle Dichtungsmerkmale in einer Aufspannung fertigt. Der Betrieb muss keinen He-MS-Detektor besitzen — die Leckprüfung kann an ein Vakuumlabor ausgelagert werden.
Vakuummodus evakuiert die Kammer und sprüht Helium auf die Außenseite — er misst die Gesamtleckrate, kann aber einzelne Lecks nicht lokalisieren. Empfindlichkeit: bis 5×10¹¹³ mbar·L/s. Schnüffelmodus setzt die Kammer mit Helium unter Druck und tastet die Außenseite ab — er kann einzelne Lecks lokalisieren, ist aber weniger empfindlich (bis ~1×10¹&sup7; mbar·L/s). Für die Halbleiter-RFQ-Abnahme ist der Vakuummodus Standard. Der Schnüffelmodus wird bei der Fehlersuche verwendet, um Leckpositionen zu finden.
Bearbeitungsqualität der Dichtfläche. Werkzeugspuren, die nur wenige Mikrometer tief auf einer Schneidkanten- oder ConFlat-Flanschfläche sind, erzeugen einen Leckpfad, den keine Dichtung schließen kann. Die zweithäufigste Ursache ist Gussporosität in Kammerkörpern — unter der Oberfläche liegende Gasblasen, die Mikrokanäle von innen nach außen bilden. Für Hochvakuum und UHV sollte immer Knetwerkstoff (geschmiedet oder Stange) statt Guss spezifiziert werden.
Fügen Sie einen Hinweis mit vier Elementen hinzu: (1) numerische Leckrate (z. B. < 1×10¹&sup9; mbar·L/s); (2) Prüfverfahren (He-MS, Vakuummodus); (3) Prüfbedingungen (Basisdruck vor dem Test, Dichtungstyp, Drehmomentwerte); (4) erforderliche Dokumentation (Prüfbericht mit Gerätekalibrierdatum, Hintergrundwert und gemessener Leckrate). Schreiben Sie niemals „vakuumdicht“ ohne Zahl — es ist nicht durchsetzbar.
Nein. Viele Präzisions-CNC-Betriebe lagern die He-MS-Leckprüfung an spezialisierte Vakuumlabore oder Prüfdienste aus. Die entscheidende Fähigkeit ist die Bearbeitungsqualität, die es der Kammer ermöglicht, den Test zu bestehen. Wenn Sie Dichtflächen mit Ra < 0.4 µm und Ebenheit < 0.005 mm fertigen sowie Knetwerkstoff mit geprüften Schweißnähten verwenden, besteht die Kammer — unabhängig davon, wer den Lecktest durchführt. Arbeiten Sie für Abnahmetests mit einem lokalen Vakuumlabor zusammen.
Die meisten Halbleiter-Prozesskammern arbeiten im Hochvakuumbereich (10¹³ bis 10¹&sup9; mbar), mit Leckratenanforderungen von < 1×10¹&sup9; mbar·L/s. Ultrahochvakuum-Prozesse (MBE, Ionenimplantation, EUV) arbeiten unter 10¹&sup9; mbar und erfordern Leckraten < 1×10¹¹ mbar·L/s. Die Bearbeitungsanforderungen für UHV sind deutlich strenger: Ra < 0.4 µm, Ebenheit < 0.005 mm, nur Metalldichtungen und ausgasungskontrollierte Werkstoffe.
Wir bearbeiten Vakuumkammern aus Knetaluminium, 316L Edelstahl und Titan nach Hochvakuum-Spezifikationen. Dichtflächen bis Ra < 0.4 µm, Ebenheit < 0.005 mm, 5-Achs-Fähigkeit für komplexe Multi-Port-Designs. Leckprüfung über unsere Vakuumlabor-Partner möglich.
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