Kapazitive Sensoren im Vakuum

TECHNOTE LT03-0021

Kapazitiver Sensor TechNote LT03-0021

Copyright © 2007 Lion Precision. www.lionprecision.com

Zusammenfassung

Diese TechNote beschreibt Überlegungen zur Verwendung kapazitive Sensoren in Vakuumanwendungen einschließlich:

  • Ausgasung
  • Feed-Thru-Steckverbinder
  • Niederdruck-Lichtbogen
  • Von der Sonde erzeugte Wärme

Kapazitive Sensoren im Vakuum

Ausgasung

Das Problem mit der Ausgasung.

Jede unter Hochvakuum stehende Substanz kann eingeschlossene Gase freisetzen. Diese Gase können Oxidation oder Verunreinigung von Oberflächen in der Vakuumumgebung verursachen. Ausgasungen können je nach Anwendung zu erheblichen Schäden am Prozess oder an der Anlage führen. Hochvakuummaterialien in Standardsonden und -prozessen wurden entwickelt, um Ausgasungen zu minimieren oder zu eliminieren.

Sondenkonstruktionsmaterialien, die das Ausgasen minimieren

Die Hauptmaterialien in der Standard-Sondenkonstruktion sind Metallkörper, Epoxidharz, PEEK, Leiter und Verkabelung. Vakuumkompatible Sonden bestehen aus 303 rostfreiem Stahl. Das Epoxidharz in den Sonden wurde speziell für Vakuumanwendungen getestet, die eine geringe Ausgasung erfordern. Bei der Standard-Sondenverkabelung wird ein PTFE-Mantel verwendet, der sehr stabil ist und wenig Ausgasung erzeugt. Die Leiter innerhalb des Kabels und der Sonde bestehen aus versilbertem, sauerstofffreiem Kupfer (OFC).

Optionales Ausheizen vor dem Versand

Alle Standardsonden für Vakuumanwendungen werden vor dem Versand gründlich gereinigt und in Plastikbeuteln versiegelt. Optional können vakuumkompatible Sonden einem „Ausheizen“ unterzogen werden. Dabei werden die Sonden mehrere Stunden lang bei 80 ° C in einem leichten Vakuum ausgeheizt. Während des Prozesses werden eingeschlossene Feuchtigkeit und Gase von den Sonden entfernt und Kohlenwasserstoffe von den Oberflächen getrieben. Die Sonden werden dann speziell verpackt, um die Kontamination zu minimieren.

Durchgangsstecker (Kupplungen)

Die Verbindung durch die Wand der Vakuumkammer erfolgt mit vakuumkompatiblen Kupplungen oder Einspeisungen.

Lemo Vakuum-kompatibler Koppler

Lemo Vakuum-kompatibler Koppler

Vakuumkompatible Sonden haben kurze Kabel mit kleinen 5-poligen Lemo-Anschlüssen, die an die Vakuumseite eines abgedichteten Lemo-Kopplers angeschlossen werden (Abbildung 1). Ein Verlängerungskabel verbindet die Außenseite des Kopplers mit dem Sondentreiber. Diese Kupplungen sind bis 10-6 Torr (130 µPa) verwendbar und haben eine spezifizierte Leckrate von 10-6 mbar Liter / Sekunde.

Für höhere Vakuums werden Sonden- und Treiberkabel mit 9-poligen Sub-D-Steckern für die Verbindung mit einem keramikgefüllten Ceramaseal-Koppler geliefert. Obwohl dies einem größeren Vakuum standhält, ist die Montage komplizierter und die Sub-D-Steckverbinder bieten nicht so viel Zugentlastung wie die Lemo-Steckverbinder.

Niederspannungslichtbogen

Das Gesetz von Paschen bezieht sich auf die Spannung, bei der das Gas zerfällt (ionisiert) und zwischen zwei Leitern ein Lichtbogen entsteht. Das Gesetz besagt grundsätzlich, dass die Durchschlageigenschaften eines Spalts eine Funktion des Produkts aus Gasdruck und Spaltabstand sind. Die Beziehung ist nicht linear.

Dies bedeutet, dass für einen gegebenen Abstand zwischen Leitern ein Lichtbogen bei niedrigeren Spannungen auftritt, wenn der Druck abnimmt. Bei sehr niedrigen Drücken erreicht die Kurve ein Minimum und beginnt wieder anzusteigen. Dieser Mindestpunkt liegt bei 300 V für Luft. Argon geht so niedrig wie 150V. Dieser Mindestpunkt liegt bei etwa 5 Torr (650 Pa), abhängig vom Leitermaterial und der Art des Gases.

Lion Precision-Sonden haben einen Abstand von ca. 1 mm zwischen dem geerdeten Körper und dem aktiven Leiter. Das maximale Potential zwischen diesen Leitern beträgt weniger als 100V.
Standard-Lion-Präzisionssonden überschreiten nicht die Mindestspannung von Paschen-Kurven und werden nicht gebogen, da der Druck durch den Mindestpunkt auf der Kurve verringert wird.

Sonde erzeugte Wärme

Kapazitive Sonden verbrauchen wenig Strom (40µW). Sie zeigen im Betrieb einen vernachlässigbaren Temperaturanstieg.

Konfiguration

NÜTZLICHE LINKS

Z-HEIGHT-MESSUNG ZUM SCANNEN DER ELEKTRONEN-MIKROSKOP-FALLSTUDIE

Z-HÖHENERKENNUNG FÜR DIE RÜCKSEITIGE HALBLEITERWELLER-INSPEKTIONSFALLSTUDIE

SEMI SILICON WAFER THICKNESS CASE STUDY