劉 豪，張 強(qiáng)，趙志昊，丁文杰

（重慶聲光電有限公司，重慶 400060）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)快速增長，半導(dǎo)體工業(yè)也隨之不斷發(fā)展，真空設(shè)備在半導(dǎo)體行業(yè)中的應(yīng)用也更加廣泛，如干法類設(shè)備、真空鍍膜類設(shè)備、材料生長類設(shè)備和摻雜類設(shè)備，等等。這些真空設(shè)備中用來獲取真空的泵組，也成為影響設(shè)備性能的核心組件之一。為保障設(shè)備正常運(yùn)行，對真空泵組的常見故障進(jìn)行分析和處理也變得越加重要。

1 常見真空泵的分類和性能指標(biāo)

真空泵是用以產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。按其工作原理，基本上分為氣體傳輸泵和氣體捕集泵[1]。區(qū)別是對氣體的處理方式不同，氣體傳輸泵是以不停吸入和排出氣體來達(dá)到抽氣目的的真空泵，而氣體捕集泵則是將被抽氣體吸附或凝結(jié)在泵內(nèi)表面上來獲取真空。氣體傳輸泵又分為容積泵和動量傳輸泵，氣體捕集泵分為吸附泵和低溫泵。

半導(dǎo)體設(shè)備中常見的真空泵為油封式機(jī)械泵，干式真空泵，羅茨真空泵，分子真空泵，擴(kuò)散泵和冷凝泵等。

各種不同的真空泵，均有方法來檢測其性能，其主要性能指標(biāo)有極限壓力、抽氣速率和流量[1]。極限壓力是指真空泵與檢測容器相連后，長時間抽氣后容器壓力能達(dá)到的極限值，單位為Pa。在真空泵的吸氣口處，單位時間內(nèi)流過的氣體量稱為泵的流量，單位為Pam3/s。抽氣速率則是指在真空泵吸口處，單位時間內(nèi)流過的氣體體積，抽氣速率一般與氣體種類有關(guān)，泵給定的抽氣速率，如無特殊說明，多指的抽空氣。通過上述3 個指標(biāo)，可以判斷真空泵的工作性能，為真空泵的檢修與維護(hù)提供判斷基準(zhǔn)。

2 常見真空泵故障分析及維修辦法

2.1 旋片式油封式機(jī)械泵

對于中小型真空設(shè)備，旋片式油封式機(jī)械泵是最基本的真空獲取設(shè)備之一，屬于低真空泵，工作壓力范圍為101 325～1×10-2Pa。它可單獨(dú)使用，也可以作為其他高真空泵的前級泵使用。旋片式油封式機(jī)械泵（圖1）可用于抽取干燥氣體和一定量的可凝氣體。

2.2 旋片式油封式機(jī)械泵的常見故障現(xiàn)象分類

2.2.1 真空性能較差

圖1 旋片泵

（1）泵體內(nèi)油有問題，機(jī)械泵性能表現(xiàn)和油的質(zhì)量及純度有著非常密切的關(guān)系。泵在使用過程中，所抽設(shè)備里的雜質(zhì)和水容易通過抽氣進(jìn)入真空泵油中，這種情況會嚴(yán)重影響機(jī)械泵的性能。因此，需要經(jīng)常對真空泵油進(jìn)行取樣觀察。如泵油有顆粒沉淀物、有水沉積、色彩較暗，則需要更換泵油并檢查進(jìn)氣口過濾器濾芯是否有損壞。注意不同種類或牌號的真空泵油不可混合使用。

（2）真空系統(tǒng)泄漏，檢查設(shè)備真空系統(tǒng)并檢漏。

（3）泵內(nèi)部元件損壞，拆開機(jī)械泵，檢查泵體旋片磨損情況，觀察泵體表面是否有劃痕，如泵體內(nèi)較臟或有粘糊狀物質(zhì)，則需清洗泵體和旋片后重新安裝。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如泵體和旋片磨損較輕微，清洗后泵的真空度會有所下降，需測試是否可滿足設(shè)備真空性能需求。如磨損嚴(yán)重，則需更換旋片或泵體，由于機(jī)械泵旋片和泵體之間間隙直接影響機(jī)械泵抽氣性能，一般需配合加工。如只更換其中之一，往往難以修復(fù)，需配合研磨。

2.2.2 機(jī)械泵無法正常旋轉(zhuǎn)

檢查機(jī)械泵的電氣連接，如是三相機(jī)械泵則確定其是否缺相，單相機(jī)械泵則檢查其電容。如機(jī)械泵供電正常，則需從聯(lián)軸器處將機(jī)械泵拆分為電機(jī)和泵體兩個部分，斷電后分別手試旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸和泵體聯(lián)軸器，看是否有較大阻力，如電機(jī)無法旋轉(zhuǎn)則需拆開檢查其內(nèi)部轉(zhuǎn)子和軸承是否損壞；如泵體部分卡死則需拆下泵體內(nèi)旋片部分進(jìn)行檢查，如有必要，可清洗泵體內(nèi)部。

2.2.3 機(jī)械泵聲音異常

（1）輸入電壓問題。檢查輸入電壓是否異常，檢查電源，開關(guān)，線路連接情況。

（2）泵內(nèi)油位太低，檢查油窗，補(bǔ)充真空泵油。

（3）彈性聯(lián)軸器損壞。檢查聯(lián)軸器是否損壞，更換元件。

2.3 渦輪分子泵

在半導(dǎo)體真空設(shè)備中，渦輪分子泵同樣也應(yīng)用十分廣泛。其是利用分子牽引（高速剛體表面攜帶氣體分子按一定方向運(yùn)動的現(xiàn)象）以高速旋轉(zhuǎn)的動葉片和靜止的定葉片相互配合實(shí)現(xiàn)抽氣。渦輪分子泵為高真空泵，需配合前級泵使用，將其泵出口的氣體抽走，其使用真空范圍為1×10-1～＜1×10-5Pa。渦輪分子泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要故障有葉片或泵體損壞，異常振動和噪聲，真空度問題，泵過熱，分子泵轉(zhuǎn)速波動超標(biāo)或停機(jī)等[2]。其中葉片或泵體損壞一般較為嚴(yán)重，需返廠維修。單純泵的真空度問題原因較多，且出現(xiàn)概率較低，限于篇幅，不再贅述，其余故障簡要分析見表1。

表1 渦輪分子泵故障

2.4 低溫泵

低溫泵是利用低溫（低于100 K 即-173.15 ℃）表面冷凝和吸附氣體的物理過程來獲得和保持真空的裝置（圖2）。其抽速大（理論比抽速可達(dá)11.6 L/（S×cm2），極限真空度高（1×10-13Pa），清潔無油且可以長期有效運(yùn)行，在半導(dǎo)體真空設(shè)備中應(yīng)用廣泛。

低溫泵系統(tǒng)主要組成部分包括制冷單元、壓縮單元和輔助元件。制冷單元包括膨脹機(jī)，一、二級冷頭，低溫抽氣冷陣和泵體。壓縮單元由氦壓縮機(jī)、換熱器和油氣分離器等構(gòu)成。輔助單元則主要包括吸附器和閥門等輔助元件。低溫泵常見故障見表2。

表2 低溫泵故障

3 結(jié)束語

真空泵是半導(dǎo)體真空設(shè)備的一個重要部分。真空泵運(yùn)行情況的優(yōu)劣直接影響設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性和安全性。對常見泵的故障現(xiàn)象和維修手段進(jìn)行總結(jié)，可有效節(jié)約維修時間，及時發(fā)現(xiàn)故障和處理，保證設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

圖2 低溫泵