在過去的十多年里,有好幾種不同類型的干式真空泵被設計生產出來,它們在機械結構設計上有明顯差異,因此可以將干式真空泵歸納為以下幾種類型:圓裂片式、爪式、組合式(羅茨+爪)、螺桿式,其中前三種被稱為多級泵。因為它們的工作方式大致相同,都是利用多級真空腔對氣體進行反復的壓縮來產生真空。在多次反復壓縮的過程當中,氣體的溫度和壓力也產生比較復雜的變化,因而比較容易引起氣體物理特性的變化。而螺桿式被稱為單級泵,因為它只靠一個真空腔產生真空。根據其氣體壓縮方式的不同,又可將其分為內部壓縮型螺桿泵和外部壓縮型螺桿泵。以下就將這些不同類型的泵在物理特性上作一些探討,希望能對大家有所幫助。
干式(shi)真空泵類型
雙圓(yuan)裂片式
雙圓裂(lie)片式設(she)計(ji)和目(mu)前最流(liu)行和廣泛應用的(de)(de)羅(luo)茨泵(beng)非常相(xiang)似。事實上,一些最早期的(de)(de)干泵(beng)設(she)計(ji)思想就是將羅(luo)茨泵(beng)疊加起來(lai)。這種(zhong)多級設(she)計(ji)使得氣體通路相(xiang)當(dang)復(fu)雜,并且每(mei)一級都需(xu)要較大流(liu)量的(de)(de)氮(dan)氣起到稀(xi)釋和隔離作用。同時(shi),為(wei)了(le)達到好(hao)的(de)(de)真空度,對各(ge)級的(de)(de)間隙有非常嚴格的(de)(de)要求。當(dang)然,這種(zhong)設(she)計(ji)由于增加了(le)內部的(de)(de)壓縮(suo)比(bi)而使得其耗(hao)電(dian)量相(xiang)對較低。
三葉圓(yuan)裂片式
三(san)葉圓(yuan)裂(lie)片(pian)(pian)式(shi)設(she)計(ji)(ji)和(he)雙(shuang)圓(yuan)裂(lie)片(pian)(pian)式(shi)設(she)計(ji)(ji)的原理完全相同(tong)(tong),只是在旋轉一圈(quan)中將氣(qi)體分(fen)為三(san)份而不是像雙(shuang)圓(yuan)裂(lie)片(pian)(pian)式(shi)分(fen)為兩份。這(zhe)(zhe)兩種設(she)計(ji)(ji)有著相同(tong)(tong)的優(you)點(dian)(dian)和(he)缺點(dian)(dian)。為了進(jin)一步降(jiang)低(di)耗電量(liang),在傳動(dong)部分(fen)有的廠家選用兩個直流馬達,但(dan)這(zhe)(zhe)也會導(dao)致扭(niu)矩減小,重新啟(qi)動(dong)的能力—下降(jiang)。同(tong)(tong)雙(shuang)圓(yuan)裂(lie)片(pian)(pian)式(shi)設(she)計(ji)(ji)一樣,三(san)葉圓(yuan)裂(lie)片(pian)(pian)式(shi)設(she)計(ji)(ji)的每一級都需要較大(da)流量(liang)的氮氣(qi)來(lai)起(qi)到稀釋和(he)隔離(li)作用。
組合式(羅茨+爪)
組合式(羅(luo)茨+爪)設(she)計用(yong)羅(luo)茨來提高(gao)在較(jiao)低(di)壓力(li)下的(de)抽氣(qi)效率,用(yong)爪來提高(gao)在較(jiao)高(gao)壓力(li)下的(de)抽氣(qi)效率。它的(de)基(ji)本原理和氣(qi)體(ti)通路同(tong)前面介紹的(de)圓裂(lie)片式設(she)計完全相同(tong)。也有些廠家(jia)將(jiang)其(qi)最后一(yi)級改為星型設(she)計,這樣可(ke)以(yi)在旋轉一(yi)圈(quan)中將(jiang)氣(qi)體(ti)分為五份,就像三(san)圓裂(lie)片式設(she)計可(ke)以(yi)將(jiang)其(qi)分為三(san)份。同(tong)樣,在很多工藝中,組合式設(she)計的(de)每(mei)一(yi)級都需要較(jiao)大流(liu)量的(de)氮氣(qi)來起到稀釋和隔(ge)離作用(yong)。
外部壓縮型螺桿式
在(zai)(zai)(zai)外部(bu)(bu)壓(ya)縮型螺桿式(shi)設(she)計(ji)中(zhong),使用一(yi)對(dui)等距螺桿。這使得(de)內(nei)部(bu)(bu)壓(ya)縮減到最(zui)(zui)小,同時(shi)使得(de)氣(qi)體通路最(zui)(zui)短(duan)也最(zui)(zui)簡單(dan)。這樣(yang),氣(qi)體在(zai)(zai)(zai)泵體內(nei)停留(liu)的(de)時(shi)間也最(zui)(zui)短(duan)。雖然(ran)這種(zhong)設(she)計(ji)由(you)于減少(shao)了內(nei)部(bu)(bu)的(de)壓(ya)縮比而(er)使得(de)其耗電量(liang)相對(dui)較(jiao)高,但在(zai)(zai)(zai)很(hen)多(duo)復雜的(de)半導體工藝(yi)(yi)(yi)中(zhong)表現(xian)出(chu)極高的(de)穩定性(xing)。這種(zhong)單(dan)級設(she)計(ji)使得(de)其對(dui)氮(dan)氣(qi)用量(liang)的(de)要(yao)求也非(fei)常小而(er)且簡單(dan),這樣(yang)就使得(de)其在(zai)(zai)(zai)不同工藝(yi)(yi)(yi)中(zhong)有很(hen)好(hao)的(de)互換性(xing)。在(zai)(zai)(zai)很(hen)多(duo)清潔的(de)工藝(yi)(yi)(yi)中(zhong)甚至可(ke)以(yi)不用氮(dan)氣(qi)。
內部壓縮型螺桿(gan)式
除了使用一對非等距(ju)螺桿以(yi)外(wai),內(nei)(nei)部(bu)壓(ya)縮(suo)(suo)型螺桿式設(she)計和外(wai)部(bu)壓(ya)縮(suo)(suo)型螺桿式設(she)計的(de)(de)基本原理(li)非常(chang)相似。螺桿間(jian)容(rong)積的(de)(de)不斷減小使得其內(nei)(nei)部(bu)產(chan)生(sheng)壓(ya)縮(suo)(suo)。這種設(she)計由于(yu)產(chan)生(sheng)內(nei)(nei)部(bu)壓(ya)縮(suo)(suo)而使得其耗電量降低到(dao)同多(duo)級泵(beng)相當的(de)(de)水平。但(dan)在很多(duo)工藝(yi)中,這種內(nei)(nei)部(bu)壓(ya)縮(suo)(suo)同多(duo)級泵(beng)一樣,極(ji)易(yi)造成氣體(ti)在泵(beng)體(ti)內(nei)(nei)的(de)(de)物理(li)化(hua)(hua)學變化(hua)(hua)而產(chan)生(sheng)固化(hua)(hua)或(huo)液化(hua)(hua)。
發(fa)展趨勢和選擇
在以上介紹的所有類型的干式真空泵,我們都渴望能夠將其物理尺寸減小。但這與真空泵的抽氣速率相矛盾,因為真空泵的抽氣速率與真空泵的容積成正比,物理尺寸小意味著容積也小。當然,還有一個影響真空泵的抽氣速率的重要因素,那就是轉速。為了讓小尺寸的真空泵的抽氣速率與大尺寸真空泵的抽氣速率相匹配,就需要提高它的轉速。而想要改變真空泵的轉速有兩種方法,一是改變電源的頻率,即采用變頻器;二是改變齒輪箱的傳動比。其中,采用變頻器的好處是可以提供一個閉環控制,但在大負載下容易引起扭距的損失。而改變齒輪箱的傳動比是一種非常經濟的方法,當然,它只能提供不可控的單一轉速。
可以看到,干(gan)式真空(kong)泵有著(zhu)如(ru)此多的(de)不同設(she)計,它們各自(zi)有著(zhu)自(zi)己的(de)特(te)性和(he)優(you)缺點。一直(zhi)以來,使用成本(ben)是影響人們選(xuan)擇真空(kong)泵的(de)重要因素(su)。越(yue)來越(yue)多的(de)真空(kong)泵用戶意(yi)識到也(ye)應該(gai)將真空(kong)泵運行的(de)穩定(ding)性考(kao)慮進去。因為真空(kong)泵的(de)意(yi)外出錯會引起機器(qi)的(de)使用效率降低,影響到晶圓的(de)生產和(he)交貨期(qi),甚(shen)至造(zao)成所加(jia)工晶圓的(de)報廢和(he)機器(qi)其(qi)他部件的(de)損壞。
由于螺(luo)桿式(shi)設(she)計為單(dan)級設(she)計,同多級泵(beng)如圓(yuan)裂(lie)片式(shi)、爪式(shi)以及(ji)組合式(shi)相比,其在零件的使用(yong)數量上(shang)減少了百(bai)分之六十。這(zhe)使得其在穩定性和將來的維(wei)修成本上(shang)有很大的優勢。
綜(zong)合考慮,如果用戶(hu)認為耗電量對他來(lai)說最為重(zhong)要(yao)(yao)而(er)氮(dan)氣用量對他來(lai)說最不(bu)重(zhong)要(yao)(yao),那么內部壓縮型螺桿(gan)(gan)式可以一個(ge)好(hao)的選擇(ze)。但普遍(bian)說來(lai),對尾氣處理(li)越(yue)來(lai)越(yue)嚴格的要(yao)(yao)求使得將來(lai)對減少氮(dan)氣的用量變得更重(zhong)要(yao)(yao)。如果你(ni)希(xi)望(wang)用單一類型的泵不(bu)經過改變宋處理(li)各種(zhong)不(bu)同的半導(dao)體工藝,而(er)使你(ni)的庫存控(kong)制簡單化,那么外部壓縮型螺桿(gan)(gan)式是你(ni)最好(hao)的選擇(ze)。