よりクリーンな真空環境により、実験および製造上の利益がもたらされます

ANCORP と LOS Vacuum Products の新たなパートナーシップにより、科学者やエンジニアはアルミニウムとチタンの特性を活用してプロセスの真空条件を最適化できるようになります。

科学技術が新たな限界を打ち破り続ける中、各用途のニーズに合わせて調整できる、よりクリーンで制御可能な真空環境に対する需要が高まっています。量子物理学の精密な実験であれ、コンピューターチップの大量生産であれ、科学者やエンジニアは、アプリケーションの制約内で作業しながら超高真空 (UHV) または極高真空 (XHV) 条件を達成できる高性能装置を探しています。。

ステンレス鋼製の真空システムは引き続きほとんどのプロセスで選択される技術ですが、UHV または XHV 条件を必要とする特殊なアプリケーションでは、アルミニウムやチタンなどの代替材料が提供する特性の恩恵を受けることができます。たとえば、粒子加速器を備えた研究センターでは、アルミニウムがステンレス鋼よりも効率的に放射線を散逸させるため、ビームラインシステムにアルミニウムが一般的になっています。また、残留磁気も少なく、ビームの操作に使用される強力な磁場への影響を最小限に抑えます。

「より多くの科学者やエンジニアが、UHV または XHV プロセスにアルミニウムやチタンを使用する利点を実感しています」と、米国に拠点を置く真空チャンバー、バルブ、コンポーネントのメーカーである ANCORP のビジネス開発担当副社長である Tom Bogdan 氏はコメントしています。「大規模な科学施設と研究開発コミュニティは、これらの先進技術のための豊かな環境を提供していますが、商業部門も高精度製造のためのプロセス条件を改善するためにアルミニウムの使用を開始しています。」

ANCORP は独自の真空装置ラインを設計および製造しており、ステンレス鋼からカスタマイズされたチャンバーを構築するための専用施設も確立しています。現在、同社は、アルミニウムとチタンからの真空ハードウェアの製造を専門とする LOS Vacuum Products と提携し、顧客が UHV および XHV プロセスでこれらの高性能材料を活用できるようにしています。「これは、顧客に高性能の真空ソリューションを提供することに重点を置いている 2 社間の素晴らしいパートナーシップです」と Bogdan 氏はコメントしています。「LOS Vacuum は、世界市場とのつながりを築く当社の能力から恩恵を受けるとともに、当社は LOS Vacuum の独自の技術を当社の製品ポートフォリオに追加することで利益を得ることができます。」

LOS Vacuum Products は、UHV および XHV アプリケーション向けの特注真空チャンバーを設計および構築するために 2013 年に設立されました。「よりクリーンでより正確な技術開発に対する要求の高まりに応えるため、アルミニウムとチタンの人気が高まっています」と同社の創設者兼オーナーのエリック・ジョーンズは語る。当初の需要は主に研究コミュニティからのものでしたが、ジョーンズ氏は、医療システムや太陽電池生産の新興市場だけでなく、半導体セクターをターゲットとする機器メーカーからの関心も高まっていると報告しています。「これらの技術が成長するにつれて、真空環境が非常に重要になります」と彼は言います。

アルミニウムの主な利点の 1 つは、ステンレス鋼よりも機械加工が速くて簡単であるため、特注の機能を設計に組み込む際の柔軟性が高いことです。また、その優れた熱伝導率により、アルミニウムチャンバーはより速く、より均一に加熱され、UHV または XHV 条件を達成するために必要なベークアウトプロセスが高速化されます。「真空チャンバーの表面からガス分子や汚染物質を脱離させるには、ステンレス鋼をより高温にする必要があり、それには長期間にわたってより多くのエネルギーが必要です」とジョーンズ氏は説明します。「アルミニウムは所有コストと環境への影響の両方を削減し、製造性の向上と相まって、半導体分野にとって魅力的な選択肢となっています。」

一方、チタン製の真空チャンバーは、強度と重量に優れているため、高調波の生成の恩恵を受けるプロセスの安定性が向上し、磁気を排除する必要がある用途にも好まれているため、量子物理学の実験に適した選択肢となります。信号。チタンは、UHV または XHV 環境でステンレス鋼を使用する際の一般的な汚染物質である水素を吸収するためのゲッターとしても機能します。これにより、チタン真空システムは約 10 ～ 13 Torr までの XHV 条件をサポートできるようになります。

アルミニウムを使用するかチタンを使用するかに関係なく、真空システムとのインターフェースに使用される治具やフィッティングに同じ金属を使用することで、最適なプロセス条件が達成されます。これには、UHV および XHV 環境で漏れのないシールを確保するために広く使用されているコンフラットフランジが含まれます。このフランジは、ナイフエッジで機械加工された 2 つの硬質金属面を柔らかい金属ガスケットに押し込むことによって機能します。これにより、より柔らかい金属が流れ、硬い金属の表面にある微細な欠陥が埋められ、XHV 領域までの極端な温度と圧力に耐えることができるシールが形成されます。

ANCORP はすでに完全にステンレス鋼製のコンフラットフランジを製造していますが、LOS Vacuum はオールチタンバージョンのほか、アルミニウムのボディとステンレス鋼またはチタン製の面を組み合わせたいくつかのモデルを製造しています。「LOS Vacuum が製造した専門コンポーネントにより、真空システムにアルミニウムまたはチタンを採用している顧客に独自のソリューションを提供できます」と Bogdan 氏はコメントしています。「エンクロージャにダブル O リングを使用する顧客を見てきましたが、金属間のシールによりガスの放出が減少し、プロセスが向上します。」

バイメタル部品は、爆発接合と呼ばれる技術を使用して製造されます。これは、わずか数ミクロンの厚さの強力な機械的接合を生成するソリッドステート溶接プロセスです。爆発性の装薬により金属が極度の高圧で結合され、2 つの表面近くの原子層がプラズマになります。金属が衝突すると、プラズマのジェットが表面に沿って推進され、金属から不純物が取り除かれます。その一方で、金属の流体のような挙動により、UHV および XHV 条件に耐えるのに十分な強度を持つ波形の接合が形成されます。

ANCORP は現在、LOS Vacuum が製造するバイメタルフランジとフィッティングの標準ラインを供給していますが、爆発接合プロセスにより、任意の 2 つの異なる金属から特注コンポーネントを製造することもできます。標準構成のうち 2 つは、アルミニウムのベースと異なるグレードのステンレス鋼で作られた面を組み合わせたもので、もう 1 つはチタン面のフランジをアルミニウムのボディに接合したものです。この 2 番目のバージョンには、微量の磁気を排除し、背景放射線によって引き起こされる安全上の危険を回避するという利点があり、ステンレス鋼で面したフランジよりもコスト効率が高くなります。「原材料はより高価かもしれませんが、ステンレス鋼で作られたバイメタルフランジの製造にはより多くのステップが必要です」とジョーンズ氏はコメントしています。「チタンの場合、接合プロセスはそれほど複雑ではなく、より安価です。」

ジョーンズ氏と彼のチームは、ある金属から別の金属に移行するために通常必要となる中間層材料の 1 つを排除することにも成功しました。彼らのプロセスでは、半導体メーカーが特に避けたがる銅の必要性がなくなりました。「これは現在、標準製品ラインの一部です」とジョーンズ氏は言います。「材料費と製造費が削減され、フランジを通る漏れ経路の可能性が減ります。」

パートナーシップの一環として、ANCORP は既存のカスタム製造能力を拡張し、チタンまたはアルミニウム製の特注真空チャンバーを設計および供給します。初期設計段階では、同社は顧客と緊密に連携して、顧客固有の要件を理解し、アプリケーションに最適なテクノロジーを推奨します。「顧客が、アルミニウムやチタンを使用することでメリットが得られる、特に特殊なプロセスや要求の厳しいプロセスを抱えている場合は、エリックと彼のチームを巻き込んで、専門知識を提供します」とボグダン氏は言います。「アプリケーションに合わせて設計を調整するだけでなく、LOS Vacuum のチームが必要なパラメータに合わせたソリューションを製造できることを確認する必要があります。」

ボグダン氏は、これらの特殊な機能を ANCORP の技術提供に追加することで、半導体製造だけでなく研究開発部門にも新たな市場を開拓できると確信しています。「これらの低ガス放出ソリューションは、一部の用途において真のプロセス上の利点をもたらす可能性があります」と彼は言います。「私たちはこれらのオプションを商業分野だけでなく国際科学コミュニティのより多くの顧客に利用してもらいたいと考えています。」

一方、ジョーンズにとって、ANCORP とのパートナーシップは、同社の専門的な製造技術をより多くの顧客ベースに公開する方法を提供します。「当社は、特定のプロジェクト向けに独自のソリューションを提供することに注力してきたまだ小さな会社であり、新しい顧客とのつながりを築く力はあまりありません」と彼はコメントしています。「ANCORPとのパートナーシップにより、当社の製品範囲と技術的専門知識を世界市場に提供できるようになります。」