Como a soldagem orbital reduz a contaminação por partículas em instalações de semicondutores

Na fabricação de semicondutores, a contaminação é medida em partes por bilhão. Uma única partícula de metal ou óxido dentro de uma linha de gás pode destruir um lote inteiro de wafers. É por isso que as fábricas de semicondutores abandonaram a soldagem manual e adotaram soluções automatizadas.

Um sistema de soldagem orbital com cabeçote fechado é o padrão da indústria para unir tubos de aço inoxidável de ultra-alta pureza. Mas nem todas as máquinas de soldagem orbital de tubos oferecem o mesmo resultado. A diferença reside nos procedimentos de soldagem orbital – como a máquina é configurada, purgada e operada.

Aqui estão as três principais ameaças de partículas na soldagem de linhas de gás – e como um sistema de soldagem orbital configurado corretamente elimina cada uma delas.

Ameaça 1: Respingos de Solda (Gorduras Fundidas)

Quando um soldador manual inicia um arco, pequenas gotas de metal fundido podem se desprender da poça de fusão. Essas gotas de respingos aderem à parede interna do tubo. Com o tempo, a vibração ou o fluxo de gás podem desprendê-las. Uma única gota de 100 mícrons é suficiente para riscar um wafer ou obstruir um bocal.

Uma moderna máquina de soldagem orbital de tubos utiliza uma rotina de partida suave. O arco aumenta gradualmente, evitando a iniciação violenta que causa respingos. O sistema de soldagem orbital também mantém um comprimento de arco estável por meio do controle de tensão em circuito fechado. Sem movimentos bruscos. Sem gotas voando.

Desenvolvemos procedimentos de soldagem orbital para fábricas que exigem zero respingos detectáveis ​​com ampliação de 20x. A máquina de soldagem orbital de tubos executa a mesma partida controlada em todas as juntas – a habilidade do operador não varia.

Ameaça 2: Escama de Óxido de Cromo (Coloração Térmica)

Quando o aço inoxidável é aquecido acima de 800 °F (427 °C) na presença de oxigênio, forma-se óxido de cromo. Essa escama é azul, roxa ou cinza. Ela se desprende facilmente e se torna um gerador permanente de partículas dentro da linha de gás.

A soldagem manual quase sempre produz alguma oxidação devido à variação no ângulo da tocha e na vazão de purga do soldador. Um sistema de soldagem orbital elimina essa variação. A máquina de soldagem orbital de tubos sela a zona de solda dentro de uma câmara hermética. Os procedimentos de soldagem orbital especificam:

Pré-purga até que os níveis de oxigênio estejam abaixo de 50 ppm.

Pós-purga para resfriar a solda em uma atmosfera inerte.

Limites de entrada de calor que evitam o superaquecimento.

O resultado é uma raiz prateada ou amarelo-palha clara – sem escama de óxido, sem fonte de partículas. Um sistema de soldagem orbital devidamente qualificado pode alcançar esse resultado em 100% das soldas.

Ameaça 3: Inclusões de Tungstênio (Fragmentos Metálicos)

Soldadores TIG manuais ocasionalmente deixam o eletrodo de tungstênio tocar a poça de fusão. A ponta derrete e se quebra, deixando um fragmento duro de tungstênio incrustado na solda. Esses fragmentos são extremamente densos e podem se desprender posteriormente, danificando válvulas e instrumentos a jusante.

Uma máquina de soldagem orbital de tubos nunca permite que o tungstênio toque a peça. O sistema de soldagem orbital fixa o eletrodo a uma distância precisa. O comprimento do arco é mantido automaticamente. Mesmo que o operador cometa um erro durante a configuração, os procedimentos de soldagem orbital incluem uma verificação da ponta de tungstênio antes de cada solda – e um cronograma de troca obrigatório baseado no número de soldas, não na aparência visual.

Observamos que fábricas eliminaram completamente as inclusões de tungstênio após a transição para um sistema de soldagem orbital com procedimentos rigorosos.

Como implementar esses procedimentos em sua fábrica

A transição da soldagem manual para a orbital não se resume apenas à compra de uma máquina de soldagem orbital de tubos. É necessário qualificar os procedimentos de soldagem orbital de acordo com o tamanho específico do tubo, a espessura da parede e a mistura de gases. É preciso treinar os operadores para seguirem o procedimento à risca – sem atalhos.

É aí que entramos. Construímos equipamentos para sistemas de soldagem orbital desde 1994. Fornecemos sistemas de soldagem orbital de tubos com cabeçote fechado para fábricas de semicondutores em mais de cinquenta países. E incluímos treinamento ministrado por engenheiros com cada sistema – no seu tubo, em seu ambiente de sala limpa.

Nossos procedimentos de soldagem orbital são desenvolvidos em conjunto com sua equipe de qualidade. Eles abrangem limites de oxigênio de purga, faixas de entrada de calor, intervalos de troca de tungstênio e requisitos de registro de dados. O sistema de soldagem orbital registra todos os parâmetros, proporcionando rastreabilidade completa para cada solda.

Em resumo

A contaminação por partículas em linhas de gás de semicondutores provém de três fontes principais: respingos, escamas de óxido e inclusões de tungstênio. A soldagem manual não consegue eliminar nenhuma delas de forma confiável. Uma máquina de soldagem orbital de tubos com cabeçote fechado, executando procedimentos de soldagem orbital qualificados como parte de um sistema integrado de soldagem orbital, elimina todas as três.

É por isso que todas as principais fábricas de semicondutores hoje especificam a soldagem orbital para seus sistemas críticos de distribuição de gás. Não porque seja mais barato – não é. Porque o custo de um único wafer com partículas mortas é muito maior do que o custo de fazer o trabalho corretamente.

Há mais de três décadas que ajudamos as fábricas a fazer tudo certo. Se você é responsável pela instalação ou manutenção de linhas de gás, entre em contato conosco. Mostraremos como nosso sistema de soldagem orbital e nossa máquina de soldagem orbital de tubos — com procedimentos comprovados de soldagem orbital — podem proteger seus wafers de partículas que você nem imagina.