如何规避真空腔体释气污染？BellowsTech 边缘焊接波纹管设计

日期：2026-08-18 23:01

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摘要：摘要半导体薄膜沉积 PVD、CVD、刻蚀、离子注入等设备的超高真空腔体内部，对密封元件提出极低漏率、无析出、大补偿行程、长循环寿命的严苛要求。普通橡胶密封、液压成型波纹管，容易出现有机物释气、行程不足、疲劳开裂等问题，直接影响腔体真空度，造成晶圆工艺污染、批次报废。BellowsTech 隶属于 MW Components 集团，专注边缘焊接金属波纹管研发制造，依靠超薄膜片激光边缘焊接工艺，实现全金属气密密封、大行程伸缩、低弹簧刚度，广泛用于半导体薄膜设备真空馈通、阀杆密封、升降基座、机械手位移补偿、束线组件，为 UHV 超...

摘要

半导体薄膜沉积 PVD、CVD、刻蚀、离子注入等设备的超高真空腔体内部，对密封元件提出极低漏率、无析出、大补偿行程、长循环寿命的严苛要求。普通橡胶密封、液压成型波纹管，容易出现有机物释气、行程不足、疲劳开裂等问题，直接影响腔体真空度，造成晶圆工艺污染、批次报废。BellowsTech 隶属于 MW Components 集团，专注边缘焊接金属波纹管研发制造，依靠超薄膜片激光边缘焊接工艺，实现全金属气密密封、大行程伸缩、低弹簧刚度，广泛用于半导体薄膜设备真空馈通、阀杆密封、升降基座、机械手位移补偿、束线组件，为 UHV 超高真空薄膜制程提供精密柔性密封解决方案。

1 边缘焊接波纹管工艺原理

BellowsTech 产品采用超薄金属膜片单片冲压成型，膜片内外圆周边缘通过精密激光焊接叠合组成波纹管本体，区别于传统液压胀型波纹管。单张膜片厚度可低至 0.051mm，多层叠加可实现耐压升级。依靠膜片自身形变完成轴向伸缩、角向偏转、径向偏移三维位移补偿，无需内部滑动结构、无润滑介质，整机全金属构造，不存在橡胶件释气污染风险，适配超高真空薄膜工艺腔体环境。

制造流程包含膜片精密裁切、表面处理、自动化激光边缘焊接、组件焊接装配、氦质谱检漏、疲劳循环验证全流程管控。每一件波纹管成品执行氦气检漏，标准漏率可达 1×10⁻⁹ std.cc/sec，满足半导体 UHV 超高真空腔体的密封指标，产品通过 ISO9001‑2015、AS9100D 质量体系认证，支持 RoHS、ITAR、DFARS 合规要求，适配半导体设备整机 OEM 配套。

产品分为单层结构与多层结构两大体系。单层款弹簧刚度低、柔性优异，适合低负载精密位移机构；多层膜片叠加结构提升耐压、抗爆能力，面向高压、高循环工况定制使用，可搭配法兰、接管、焊接底座加工成完整波纹管总成交付，减少客户二次机加焊接工作量。

2 核心材料体系与工况适配

针对薄膜设备不同工艺环境，BellowsTech 提供多组合金材质选型，适配等离子、卤素腐蚀气体、高低温交变工况。

316L/321/347 不锈钢：半导体真空设备通用基材，低释气，适合多数 PVD、CVD、刻蚀腔体；

Hastelloy 哈氏合金：抗卤素、腐蚀性工艺气体，适配刻蚀、反应薄膜沉积工艺；

Inconel 因科乃尔合金：耐高温氧化，面向高温薄膜制程；

钛合金：轻量化、耐强腐蚀，用于特殊特种真空与分析仪器设备。

工作温度覆盖‑240℃至 704℃宽区间，兼容深冷低温与高温工艺腔体；在狭小安装空间条件下，波纹管大行程可达到自身自由长度的 90%，伸缩能力为传统液压波纹管 3‑4 倍，满足薄膜设备腔体升降、阀杆往复运动的位移补偿需求；弹簧刚度低，不会对精密传动、探针机构带来额外机械阻力，保障运动定位精度，同时具备百万次级别疲劳循环寿命，降低设备备件更换频次。

3 在半导体薄膜设备的典型应用

PVD 物相沉积设备：腔体升降基座波纹管、靶材组件柔性密封，吸收热形变位移，维持镀膜腔体超高真空环境，避免杂质气体渗入，保障薄膜成膜均匀性。

CVD 化学气相沉积设备：真空闸阀阀杆密封、真空馈通组件，隔绝大气向工艺腔体渗漏，抑制零部件释气对薄膜材质造成污染。

刻蚀设备：机械手、探针伸缩波纹管总成，实现传动机构穿透真空腔体的气密运动，完成晶圆搬运、检测动作。

离子注入、电子束、质谱束线设备：束线管路位移补偿，吸收装配偏差与热胀冷缩形变，保护精密束流光路。

其它超高真空设备：真空腔体补偿接头、压力传感器隔离膜组件，用于科研镀膜设备、分析仪器腔体密封补偿。

4 关键技术参数

焊接工艺：超薄膜片边缘激光焊接

检漏指标：氦检漏≤1×10⁻⁹ std.cc He/s

膜片单层厚度：0.051mm 起

大行程：可达自由长度 90%

工作温度：‑240℃～704℃

结构形式：单层、多层复合结构

可选材质：316L、321、347、哈氏合金、Inconel、钛合金

性能特点：低弹簧刚度、无润滑、极低释气、百万次疲劳循环

5 选型与使用注意要点

根据实际真空等级确认氦检漏指标，UHV 超高真空工况优先选用全焊接无有机辅料总成；普通高真空工况可按需简化配置。

多层结构用于压差较高场景，单层结构优先用于需要低阻力精密位移机构。

需充分考量热胀冷缩带来的总位移量，不可超出波纹管允许大行程，避免膜片发生塑性变形，造成早期疲劳失效。

安装过程禁止对波纹管本体进行扭转变形，避免侧向过载，法兰装配受力均匀，防止局部应力集中损伤焊缝。

不同工艺气体环境匹配对应耐蚀合金，卤素腐蚀工艺不建议直接使用普通不锈钢材质，规避腐蚀泄漏风险。

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