機(ji)電(dian)(dian)壓(ya)力(li)(li)開(kai)關(guan)相比電(dian)(dian)子(zi)(zi)壓(ya)力(li)(li)開(kai)關(guan)具有諸多(duo)優勢(shi)。它們憑借堅固(gu)的(de)機(ji)械結(jie)構，本質上(shang)具備故障安(an)全(quan)功能(neng)，并(bing)且(qie)無(wu)需任(ren)何有源電(dian)(dian)子(zi)(zi)電(dian)(dian)路(lu)即(ji)可免(mian)受電(dian)(dian)磁干擾 (EMI) 的(de)影響。機(ji)電(dian)(dian)壓(ya)力(li)(li)開(kai)關(guan)通常用(yong)于(yu)關(guan)鍵(jian)的(de)安(an)全(quan)聯(lian)鎖(suo)裝置，例(li)如半導體制造(zao)設備的(de)大氣(qi)壓(ya)力(li)(li)開(kai)關(guan)（即(ji) ATM 開(kai)關(guan)）。

ATM 開關是半(ban)導(dao)體制造設(she)(she)備工(gong)藝(yi)室的(de)安(an)全聯鎖(suo)裝置(zhi)，用于(yu)確保工(gong)藝(yi)室處于(yu)安(an)全壓(ya)力下，以便向環(huan)境開放。SEMI S2 半(ban)導(dao)體制造設(she)(she)備環(huan)境、健康和安(an)全指南(nan)建議(yi)使用機(ji)電設(she)(she)備作為安(an)全聯鎖(suo)裝置(zhi)，例如 ATM 開關，因為它們具有故障安(an)全功能。

圖 1 是半導體制造設備示意(yi)圖，其中顯(xian)示了各種真空傳感和控制元件。ATM 開關安(an)裝(zhuang)在(zai)負載鎖裝(zhuang)置(zhi)上，因為它向(xiang)環境開放(fang)，以便晶(jing)圓往返于(yu)設備之間進行(xing)輸送。符合 SEMI 規范(fan) F19 和 F20 的(de) UHP 級 316L 不銹鋼(gang)通常用(yong)于(yu) ATM 交換機的(de)濕潤表面，以盡可能保持(chi)工(gong)藝清潔而不受污(wu)染(ran)。

圖(tu)1. 假設(she)的沉積(ji)或蝕刻工具，顯示真(zhen)空傳感和(he)控制(zhi)元(yuan)件(jian)(jian)。資料來源：MKS儀器手冊，《半導體器件(jian)(jian)和(he)工藝技術》，第99卷(juan)，2017年12月

   ATM 開(kai)關(guan)(guan)是一(yi)種安全聯鎖(suo)裝置(zhi)，通(tong)過將(jiang)工(gong)藝腔(qiang)內的(de)壓力保(bao)持(chi)在(zai)低(di)于大氣壓的(de)水平，防止潛(qian)在(zai)的(de)有(you)害殘(can)留氣體(ti)(ti)從(cong)工(gong)藝腔(qiang)體(ti)(ti)逸出到環境中。ATM 開(kai)關(guan)(guan)的(de)激活點設置(zhi)在(zai)略低(di)于大氣壓的(de)水平，這樣如果 ATM 開(kai)關(guan)(guan)被激活，工(gong)藝腔(qiang)體(ti)(ti)將(jiang)無(wu)法打開(kai)。

根據測量(liang)(liang)基準(zhun)，壓力有兩種(zhong)不同的(de)(de)表(biao)示方式：絕(jue)對(dui)(dui)壓力和表(biao)壓。絕(jue)對(dui)(dui)壓力是(shi)以零壓力（即絕(jue)對(dui)(dui)真空）為(wei)(wei)基準(zhun)測量(liang)(liang)的(de)(de)壓力，因此(ci)無論環境如(ru)何變化(hua)，其值(zhi)(zhi)都保持不變。表(biao)壓是(shi)以測量(liang)(liang)地(di)(di)點的(de)(de)大(da)氣(qi)壓為(wei)(wei)基準(zhun)測量(liang)(liang)的(de)(de)壓力。大(da)氣(qi)壓會(hui)隨著天氣(qi)狀況和測量(liang)(liang)地(di)(di)點的(de)(de)海拔(ba)高度而(er)變化(hua)，因此(ci)表(biao)壓值(zhi)(zhi)也會(hui)相應變化(hua)。

常用的壓力(li)(li)測量(liang)單(dan)位(wei)(wei)是 psi（磅/平方(fang)英寸）、inHg（英寸汞柱）和(he) bar。國際單(dan)位(wei)(wei)制 (SI) 單(dan)位(wei)(wei)是 Pa（帕(pa)斯(si)卡），相當于 N/m2（牛頓/平方(fang)米）。還有其他單(dan)位(wei)(wei)，例(li)如 atm（大(da)氣壓）、mmHg（毫米汞柱）和(he) torr（托）。為了(le)區分(fen)絕對壓力(li)(li)和(he)表壓，會在單(dan)位(wei)(wei)末尾添加 a 或(huo) g，例(li)如 psia 或(huo) psig。Torr 表示絕對壓力(li)(li)，常用于真空測量(liang)。

以下(xia)是假設溫(wen)度保持不變的情況下(xia)，大(da)氣壓(ya)與海拔高度的關系(xi)方程(cheng)。

等式 1 大(da)氣壓力(li)與高度的關系。來源：氣壓公式

這表明，隨著(zhu)海拔高度的升高，大(da)氣壓力(li)呈對數下降。

下圖顯示了大氣壓(ya)力隨海拔高度(du)的(de)變化。

圖2. 大氣壓(ya)力(li)與海拔高度的關系。來源：工程工具箱

由于大氣(qi)壓(ya)會隨海拔(ba)和天氣(qi)條件的(de)變(bian)化(hua)而變(bian)化(hua)，ATM 開關的(de)壓(ya)力參考點須(xu)為(wei)表壓(ya)。我們以英(ying)特爾的(de)兩家晶圓(yuan)廠 Fab D1X 和 Fab 11X 為(wei)例(li)，說明為(wei)什(shen)么(me)須(xu)以表壓(ya)為(wei)參考點。

Fab D1X 位于(yu)俄勒(le)(le)(le)岡州希(xi)爾斯(si)伯(bo)(bo)勒(le)(le)(le)，Fab 11X 位于(yu)新墨西哥州里奧(ao)蘭喬(qiao)。希(xi)爾斯(si)伯(bo)(bo)勒(le)(le)(le)的海(hai)(hai)拔高度約(yue)為 150 英尺（約(yue) 45 米），里奧(ao)蘭喬(qiao)的海(hai)(hai)拔高度約(yue)為 5,500 英尺（約(yue) 1500 米）。希(xi)爾斯(si)伯(bo)(bo)勒(le)(le)(le)的平均日(ri)大氣(qi)壓(ya)約(yue)為 29.8 英寸汞(gong)柱（757 托），而里奧(ao)蘭喬(qiao)的平均日(ri)大氣(qi)壓(ya)約(yue)為 24.5 英寸汞(gong)柱（622 托）。

假設兩家晶(jing)圓廠使用的(de)負載鎖 ATM 開(kai)關的(de)啟動點均設置為低于(yu)大(da)(da)氣(qi)壓(ya) 30 托(tuo)，且壓(ya)力(li)會(hui)逐漸升高。這將確保負載鎖內部的(de)壓(ya)力(li)始終低于(yu)大(da)(da)氣(qi)壓(ya)力(li)，以便負載鎖打開(kai)時(shi)，其中殘留的(de)氣(qi)體不會(hui)排放(fang)到大(da)(da)氣(qi)中。

如果 ATM 開(kai)關(guan)的(de)壓(ya)力(li)參考值為(wei)絕對壓(ya)力(li)，則無論(lun)晶圓廠位于(yu)何(he)處，其激活(huo)點均為(wei) 730 Torr（以 760 Torr 為(wei)大氣壓(ya)）。如果將此(ci) ATM 開(kai)關(guan)用于(yu) Fab D1X，其大氣壓(ya)為(wei) 756 Torr，則激活(huo)點比大氣壓(ya)低(di)(di) 26 Torr。即(ji)使壓(ya)力(li)差比預期(qi)低(di)(di) 4 Torr，ATM 開(kai)關(guan)仍可(ke)作為(wei)安(an)全聯鎖裝置，使負載(zai)鎖內(nei)的(de)壓(ya)力(li)低(di)(di)于(yu)大氣壓(ya)。

但如果將此 ATM 開關(guan)(guan)用于 Fab 11X，其大(da)(da)氣(qi)壓(ya)為 622 Torr，則(ze)激活(huo)點(dian)實際(ji)上(shang)比(bi)大(da)(da)氣(qi)壓(ya)高 108 Torr。此 ATM 開關(guan)(guan)無法(fa)達到激活(huo)點(dian)，因此無法(fa)發揮安全聯(lian)鎖裝置(zhi)的作(zuo)用。

如果 ATM 開關的壓(ya)力參考值為(wei)表壓(ya)，則無(wu)論晶(jing)圓廠(chang)位于何處(chu)/海拔高度，其(qi)激活點(dian)都(dou)比大氣壓(ya)低 30 Torr。激活點(dian)分(fen)別(bie)為(wei) Fab D1X 的 727 托和(he) Fab 11X 的 592 托，即使氣壓(ya)發生(sheng)變化，ATM 開關也將始終發揮安全聯鎖的作用。

了(le)解(jie)絕對壓力(li)和表壓之間的區別，以(yi)便根據您的需求選(xuan)擇合適的壓力(li)開關(guan)類型至關(guan)重(zhong)要(yao)。如(ru)上例所(suo)示，這(zhe)兩個測量值之間的差異非常(chang)顯著(zhu)。

30 多年來，Wasco 一(yi)直(zhi)為(wei)半導體設備制造商提供(gong)多種型(xing)號的超高(gao)純(chun) (UHP) 壓(ya)力(li)開關(guan)，這些開關(guan)同(tong)時提供(gong)表壓(ya)和絕對(dui)壓(ya)力(li)參考。選擇壓(ya)力(li)開關(guan)時，還需(xu)要考慮其(qi)他因素，例(li)如結構材料、尺寸、工藝溫度、連接器(qi)類型(xing)等。