无扩散泵、无罗茨泵、清洁、节能的新一代蒸发镀膜设备

1、无扩散泵、无罗茨泵、清洁、节能的新一代蒸发镀膜设备分子增压泵大型蒸发镀膜设备储继国1，龚建华2，郑主安3，蒋新元3，潘尚尧4，王树理5，王雨51深圳大学物理科学与技术学院 2摩尔市真空技术有限公司3上海三井真空设备有限公司 4. 深圳市振恒昌实业有限公司（2008年广东省产学研基金资助项目）一、大型蒸发镀膜目前存在的问题1油蒸汽污染 粗真空：通常采用滑阀泵，或旋片泵。它们都是有油泵，本底油蒸汽压为10-1 Pa。 中真空：通常采用罗茨泵。该泵的油蒸汽污染为10-2 Pa，其污染也不能忽略。 扩散泵的油蒸汽污染为10-510-6 Pa，该污染很难清除，是真空镀膜的头号大敌。2能耗高大型蒸发镀膜设

2、备抽气机组的典型配置有如下两种： 单扩散泵机组：KT-800+ ZJ-1200+ H-150+2X-30（维持泵）, 抽气能耗为35kW。 双扩散泵机组：2×K-800+ ZJ-1200+ H-150+1m2深冷水汽泵+2X-30（维持泵）抽气能耗为50kW。3活性气体分压强高蒸发镀膜设备频繁暴露大气，镀膜室会吸附大量水汽，因此，精抽本底中，H2O占8090%。近年来，部分设备开始采用深冷水汽泵（-120）与扩散泵一起工作，抽气时间明显缩短，油蒸汽污染也有所降低，但未能消除，然而，能耗和费用进一步增加，因此，未能在大范围内推广应用。二、升级换代的新路分子增压泵+深冷水汽泵最近，深圳大

3、学的原创性科技成果“分子增压泵”实现了产业化，如图1、2所示，该泵具有： 结构简单，转子全部由平圆盘构成。 兼有中、高真空泵双重性能。 能耗低，仅为同抽速罗茨泵的10%，扩散泵的20%，分子泵的60%。 泵口可以360°转动。 能获得十分清洁的中、高真空。 转子全部由平圆盘构成，消除了分子泵易发生打片损坏的一大缺陷。抽速 /L.s-1 压强 /Pa图1 分子增压泵抽速与压强的关系图2 分子增压泵的品圆盘转子 图1 MB200D分子增压泵的平圆盘转子最近，深冷水汽泵开始获得推广应用，该泵具有：无油蒸汽污染，对水汽抽速高，能耗较低等优点。上述二种新型的抽气装备，为攻克大型蒸发镀膜设备的三

4、大难题提供了新的路子：1油蒸汽的对策 粗真空采用独特的抽气工艺，将粗抽压强从几Pa提高到50100Pa，利用粗真空油蒸汽扩散速度与压强平方成反比的特点，将油蒸汽污染降至可检测值之下，詳见参考文献1。 中、高真空采用分子增压泵+深冷水汽泵，取代扩散泵和罗茨泵。2高能耗的对策 粗抽压强提高到50100Pa，缩短抽气时间一半，节省粗抽能耗50%。 采用分子增压泵和深冷水汽泵组合，取代高能耗扩散泵和罗茨泵，节省精抽能耗80%。3活性可凝性气体的对策采用深冷水汽泵作辅助抽气，大幅度抽速提高对水汽的抽速。三、实例图3 本项目蒸发镀膜设备方框图基本结构如图3所示，抽气机组由4台MB-200D分子增压泵、1台

5、深冷水汽泵 P、 2台粗抽泵H-150和1台2X-15前级泵组成，水汽泵位于镀膜室和高阀之间。真空和镀膜试验分别在上海三井公司和深圳振恒昌公司进行，如图4、5所示。1抽气工艺1）粗抽：10550Pa，时间34min。2）精抽：502×10-2Pa，抽气时间4min。分子增压泵一直运行，由高阀控制。深冷吸附阱与镀膜室直接相连，仅精抽时制冷，其余时间置于待机状态。图5 镀膜试验（深圳振恒昌公司，09.7）3）如图2所示，4台分子增压泵20 Pa抽速已达800L/s，故本设备不需要罗茨泵。分子增压泵抽速随真空度提高迅速上升，抽气效果明显优于罗茨泵。图4 真空试验（上海三井公司，09.6）

6、2镀膜室抽气曲线本设备精抽压强与时间关系如图6所示。精抽4min，镀膜室压强降至2×10-2 Pa，已达到蒸发镀膜要求。精抽10分钟进10-3Pa。 四、社会、经济效益五、讨论目前，许多水汽泵生产厂未提供泵的饱和吸附量，即使提供，也与高压强下运行的状况不符。我们发现，水汽泵在0.1 Pa附近，工作几分钟就会出现抽气能力显著下降的现象。此时，水汽泵吸附的水汽总量不到厂家提供的最大吸附量的1/3。我们认为水汽泵吸附水汽后，在冷凝面上凝结成霜，相当于穿了一件棉衣，从而，在较高压强下（需要较高的制冷功率）运行时，无法提供足够的制冷量，导致抽气能力显著下降。应对措施：降低水汽泵运行的起始压强，减少运行时间，每次镀膜结束，进行再生、除霜，将冷凝面结霜层的厚度控制在最小的限度，取得了较好效果。六、其它应用本项技术还可用于其它大型中、高真空设备。例如：磁控溅射镀膜设备、大型连续镀膜设备、分子蒸馏设备和各种真空炉等。七、致谢 本项研究的前期工作一直在华中一先生指导下进行，华先生临终之前一个月，还在关注和支持本项的进展情况，作为华先生的学生，在此表示深沉的致谢和敬意，并希望本项成果能够迅速推广应用，转化为生产力，习此慰告华中一先生在天之灵。参考文献1. Xiaotian Yang, Jiguo Chu，et al