Der Hauptunterschied zwischen herkömmlichen Standard-UHP-Membranventilen und den spezialisierten ALD-Serien liegt in der extremen Schaltgeschwindigkeit, der massiv erhöhten Lebensdauer unter Hochfrequenz-Zyklen sowie der optimierten thermischen Beständigkeit für z.B. Gasboxen.
Während Standard-UHP-Ventile für das zuverlässige Absperren von Reinstgasen ausgelegt sind, werden ALD-Membranventile gezielt für die extremen Anforderungen der Atomlagenabscheidung (Atomic Layer Deposition) in der Halbleiterfertigung entwickelt.
Technischer Vergleich im Überblick:
| Merkmal | Herkömmliche UHP-Membranventile | ALD-Serien (Atomic Layer Deposition) |
|---|---|---|
| Primärer Fokus | Sicheres Absperren, hoher Reinheitsgrad (UHP), Medienverteilung | Millisekunden-genaue, ultra-präzise Gasdosierung |
| Schaltgeschwindigkeiten | Standard (~ 20-50 ms je nach Anwendungsparameter) | < 5 Millisekunden (Öffnen/Schließen) |
| Lebensdauer (Zyklen) sind Typen – und Anwendungsabhängig |
Nach Standard-UHP-Spezifikationen (bis zu 5 Mio.) | Ultra-hoch (Ultra-long cycle life) unter Hochfrequenz-Betrieb (bis zu über 100 Mio.) |
| Thermisches Verhalten | Abhängig von Modell und Sitzmaterial | Optionale "Thermal Immersion"-Modelle (komplett oder mittels Heizpatronen beheizbar) |
| Max. Temperatur | Je nach Serie (Standard bis ca. 65–150 °C) | Bis zu 220 °C (428 °F) |
| Material Membran | Kobalt-Alloy (Elgiloy) für hohe Korrosionsbeständigkeit | Optimiertes Kobalt-Alloy (Elgiloy) für extreme Wechselbelastungen |
Die wesentlichen Unterschiede im Detail:
1. Reaktionszeit und Schaltfrequenz (Achtung auf Millisekunden)
- Herkömmliche UHP-Ventile: Sie regeln den kontinuierlichen Gasfluss oder dienen als Hauptabsperrventile. Die Stellzeit spielt oft eine untergeordnete Rolle.
- ALD-Ventile: ALD-Prozesse basieren auf dem sequentiellen Einlass von Precursoren (Vorläuferstoffe) im Millisekundenbereich. ALD-Ventile schalten in unter 5 ms!
Es hält diese präzise Schaltleistung über Millionen von Zyklen hinweg konstant (High Cv consistency), ohne dass Materialermüdung die Dosierung verfälscht.
2. Thermisches Design und Heizbarkeit (Thermal Immersion)
- Herkömmliche UHP-Ventile: Werden Standardventile in heißen Umgebungen eingesetzt, muss der pneumatische Antrieb oft außerhalb der beheizten Zone liegen oder isoliert werden.
Dies führt zu Temperaturgradienten (Kältebrücken), wodurch Gase kondensieren oder Precursoren (Vorläuferstoffe) sich vorzeitig verfestigen können. Außerdem sind höhere Einsatztemperaturen meist nur mit speziellen Sitzmaterialien wie z. B. PFA, Polyimide oder ganzmetallisch dichtenden Ventilen realisierbar. - ALD-Ventile: HPS Solutions GmbH bietet für diese Serie spezielle "Thermal"- und "Thermal Immersion"-Modelle an.
Bei Letzterem kann das komplette Ventil inklusive des Antriebs direkt in der heißen Gasbox (bis 220 °C) platziert werden. Dies garantiert eine absolut homogene Temperaturführung und verhindert schädliche Rückstände im Ventil.
3. Optimierung des Totraums und des Strömungskanals
- Herkömmliche UHP-Ventile: Bieten bereits minimale Toträume und elektropolierte Oberflächen (0,13µm) für exzellente Spülbarkeit.
- ALD-Ventile: Da Precursor-Gase (gasförmige Vorläuferstoffe) extrem reaktiv sind und keine Reste im System verbleiben dürfen (Gefahr von Schichtfehlern auf dem Wafer), besitzen die ALD-Serien ein absolut totraumfreies Strömungsdesign (No dead space in the flow path). Das sorgt für ein sofortiges, rückstandsfreies Freispülen des Ventils beim Wechsel der Gasphase.
4. Systemintegration und Sensorik
- Herkömmliche UHP-Ventile: Werden rein manuell oder pneumatisch angesteuert, meist über entfernt montierte Standard-Vorsteuermagnetventile.
- ALD-Ventile: Die ALD-Modelle besitzen auf Wunsch direkt integrierte Features wie Bohrungen für Heizpatronen und Thermoelemente sowie Vorrichtungen für induktive Positionssensoren.
Zudem die Möglichkeit, direkt angebrachte Magnetventil (drehbar auf dem Antrieb montiert), auszuwählen um möglichst kurze Schaltzeiten zu realisieren und engen Platzverhältnissen in Halbleiter-Gasboxen gerecht zu werden.
Fazit:
Verwenden Sie herkömmliche UHP-Ventile nur für allgemeine Zuleitungen, Reinstgas-Infrastrukturen und stabile Gasflüsse.
Sobald der Prozess jedoch zyklische, ultraschnelle Gasimpulse unter hoher Hitze erfordert – wie es typischerweise in modernen ALD-Beschichtungsanlagen der Halbleiterindustrie der Fall ist –, ist der Wechsel zur ALD-Serien technisch zwingend notwendig, um Prozessstabilität und Schichtqualität zu garantieren.
Benötigen Sie weitere Informationen zu CV-Durchflusswerten, Druckbereichen oder verfügbare Anschlussarten (Face-Seal, C-Seal, W-Seal, orbitalschweißstutzen…) ?
Fragen Sie uns an: info@hps-solutions.de
