EBARA荏原干式真空泵的工作原理

EBARA（荏原制作所）的干式真空泵（Dry Vacuum Pump）采用无油机械式抽气原理，通过多级转子与腔体的精密配合实现气体压缩和排出，全程无需润滑油，确保高洁净度。以下是其核心工作原理及技术细节的深度解析：

1. 核心工作原理：多级压缩与容积变化

EBARA干式泵通常采用爪式（Claw）、螺杆式（Screw）或罗茨式（Roots）结构，通过转子旋转周期性改变腔体容积，将气体从进气口逐级压缩至排气口。以爪式干泵为例：

（1）工作流程

1. 吸气阶段：

• 转子旋转分离，进气侧腔体容积增大，形成负压吸入气体。

• 关键点：转子与腔体间隙仅10-50微米，防止气体回流（无阀门设计）。

2. 压缩阶段：

• 转子继续旋转，气体被封闭在逐渐缩小的腔体中，压力升高。

• 多级设计：通常3-5级压缩，每级压力比约10:1，最终将气体压缩至大气压。

3. 排气阶段：

• 压缩气体通过排气口排出，转子相位差设计确保连续排气（无脉冲）。

（2）动态示意图

进气口 → [级1:低压压缩] → [级2:中压压缩] → [级3:高压压缩] → 排气口          (转子A/B交替啮合)  (间隙密封)       (气体冷却)

2. 无油洁净实现技术

（1）材料与表面处理

• 转子/腔体材质：

• 不锈钢（SUS316L）或铝合金基体，表面镀镍或陶瓷涂层（如Al₂O₃），耐腐蚀且降低摩擦。

• 密封方式：

• 非接触式密封：依靠纳米级间隙（无需润滑）防止气体泄漏。

• 特殊涂层：自润滑材料（如PTFE复合涂层）减少磨损。

（2）气体吹扫（Purge Gas）

• 在泵腔关键部位注入惰性气体（如N₂），防止腐蚀性气体凝结或颗粒沉积。

• 案例：蚀刻工艺中，Cl₂气体会与吹扫N₂形成保护层，延缓泵体腐蚀。

3. 关键技术创新

（1）热管理设计

• 内部冷却流道：在转子轴心集成冷却液通道，控制温度波动（±1°C），避免热变形。

• 排气温度控制：高温气体经级间冷却器（Intercooler）降温，保护下游设备。

（2）耐颗粒物处理

• 螺旋排尘通道：将沉积的颗粒（如Si颗粒）导向专用收集器，避免腔体卡死。

• 自清洁模式：定期反向气流冲洗（需配合智能控制系统）。

（3）低振动技术

• 动平衡校正：转子在万转级转速下动平衡精度≤0.1g·mm/kg。

• 磁悬浮轴承（高-端型号）：完-全消除机械接触，振动值<0.1μm（适用于EUV光刻）。

4. 与油泵的对比优势

5. 半导体工艺适配案例

• 蚀刻应用：

• 泵腔镀镍处理，配合N₂吹扫，寿命可达20,000小时（普通泵<8,000小时）。

• CVD应用：

• 大流量设计（1000 m³/h级）匹配SiH₄/H₂混合气体，抽速波动<±1%。

6. 未来技术方向

• 智能泵（IoT集成）：
  实时监测转子磨损、气体成分，预测性维护（如EBARA SmartEye系统）。

• 氢能应用适配：
  开发防爆型号，处理H₂压缩时的微泄漏风险（泄漏率<1×10⁻⁶ Pa·m³/s）。

总结：EBARA干式泵通过多级无油压缩+材料创新实现高洁净、耐腐蚀的真空环境，其工作原理本质是机械精密性与材料科学的结合。在半导体领域，这种设计完-美匹配了制程对污染控制和稳定性的极-致要求。