低溫冷凝泵的結構和維護
發布時間：2015年07月31日 09:40 閱讀：5347
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澤德
低溫冷凝泵是依靠制冷機獲取冷量,利用低溫表面冷凝和吸附氣體的物理過程來獲得和保持真空。它具有極限真空度高(可達10-8Pa)、清潔無油、對各種氣體都具有較大抽速等特點,同時它可以長期可靠運行,是分子泵、油擴散泵無法比擬的。因此,在半導體器件的生產過程中,廣泛運用于蒸發、濺射、離子注入、分子束外延等工藝。
低溫
冷凝泵主要有壓縮機和泵體兩個部分組成，He氣作為工作氣體,通過壓縮機壓縮后,產生高壓He氣,經過高壓管路及閥門,進入泵體膨脹室膨脹制冷,將冷量積蓄在由銅絨及鉛丸組成的、具有較大表面積的一二級蓄冷器中,從而在一級冷頭產生80 K低溫,在二級冷頭產生10~20 K低溫。經膨脹后的He氣再通過低壓閥門回到壓縮機循環使用。
1.內部結構
(1)80K冷凝陣列(無氧銅)。人字型,溫度為80 K,主要作用是冷凝水蒸汽,同時對進入泵體的氣體預冷,防止真空室熱輻射進入泵體。
(2)15K低溫陣列(無氧銅)。兩個半圓柱型對拼而成,共九層,溫度為15 K,主要作用是冷凝N2、O2、Ar、CO2等氣體,其內表面粘有大量活性碳顆粒,用以吸附在15 K下不能被冷凝的氣體如H2、He、Ne等氣體。
(3)80K輻射罩(無氧銅)。80 K輻射罩包圍著冷頭,為防止泵壁熱輻射外側進行了鎳鍍涂處理,內側為了防止熱輻射冷頭,進行了能吸收熱輻射的表面黑化處理。
(4)一級冷頭(無氧銅)。溫度為80 K左右,主要用于冷凝水蒸汽。
(5)二級冷頭(無氧銅)。溫度為10~20 K左右,用于冷凝N2、O2、Ar、CO2等氣體。
(6)溫度傳感器。常用的溫度傳感器有兩種,一種是H2蒸汽壓溫度傳感器,特點是簡單直觀,但量程窄,可讀性差,一般在10~30 K可讀;另一種是熱敏二級管溫度傳感器,結構較復雜,但可讀性較強,適于自動控制系統中,量程寬,從1K至室溫可準確讀數,現較多使用。
(7)銦片。泵體中為確保各部件接觸良好以傳導低溫,減少熱損耗,使用低溫下質地柔軟且導熱性好的銦片作為緊固墊片。
2.冷凝泵的維護與維修
(1)壓縮機部分
①充He氣。當He氣靜態壓力低于規定值時,應首先檢漏,排除后從壓縮機充氣口充入純度>99.999%的高純He氣;若壓縮機內He氣不純,則應放空后用機械泵進行粗抽,然后充入高純He氣。充氣前要對充氣管道進行自沖洗處理,一般不少于5次。
②He過濾器的更換。He過濾器在使用一段時間后功能會下降,造成He氣純度下降,因此應按規定更換。新的過濾器帶自密封接頭,且已充入一定壓力的高純He氣,更換后待壓力平衡,檢查系統He氣壓力是否在規定范圍,否則應作適量補充。
③噪聲。若壓縮機部位發出有規律的異常噪聲,應檢查電源頻率50~60 Hz設置開關,將其置于50 Hz位置,便可將噪音消除。
(2)泵體部分
①驅動部分。經過長期運轉后會產生機械磨損,在啟動和運行過程中會出現死點,此時應將它拆開用無水酒精清洗,烘干后進行裝配。裝配時應注意凸輪和高、低壓閥的相對位置,同時應更換密封傳動軸的o型圈。
②活塞及蓄冷器部分。由膠木構成的活塞及由聚四氟乙烯構成的活塞環在長期運行后會出現磨損,可用無水酒精進行簡單的表面清潔處理,但不要觸及內部的蓄冷器,因為一、二級蓄冷器內部為表面積極大的銅絨和鉛丸,若被有機溶劑污染后不易去除。處理干凈后放入66℃真空烘箱烘干備用。在泵運行過程中如果發出異常的磨擦聲,則是由于He氣不純造成活塞部位凝結了固態異物所致,它會磨損氣缸壁,應立即停機,對活塞及活塞環進行清潔、烘干處理,并對壓縮機及泵體內的He氣進行更換。
③低溫陣列部分。當泵的抽氣性能下降,再生過程頻繁時,須對低溫陣列部分進行維護。這部分由于沒有運動部件,因此維護比較簡單,一般可放入66℃真空烘箱烘干,以恢復活性碳的吸附功能。若使用時間過長引起活性碳失效則必須更換。
目前低溫冷凝泵主要有兩種比較成熟的產品，一種是以GM制冷機為主構成，其特點是可靠性高,但機械結構較復雜;另一種是循環冷凍機為主構成,它的制冷原理與GM制冷機不同,活塞以氣體驅動,特點是結構簡單,維護方便。
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