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ULVAC愛發科CRYO-U8H-U標準型低溫真空泵技術解析

2026-7-8　　閱讀(170)

一、引言

在FPD（平板顯示）、半導體、電子器件及光學鍍膜等高制造領域，超高真空環境是實現高質量工藝的關鍵前提。ULVAC愛發科CRYO-U8H-U標準型低溫真空泵是CRYO-U系列中的8英寸口徑代表型號。該泵采用兩級GM（Gifford-McMahon）制冷機，能夠在不使用油或其它密封液體的情況下實現從高真空到超高真空的清潔排氣。CRYO-U8H-U以其輕量緊湊、高抽速、與CTI CT-8兼容等優勢，已成為實驗設備和小型生產設備中低溫泵的標準選擇。

二、工作原理

2.1 低溫泵的基本原理

低溫泵是一種通過將氣體冷凝并吸附在極低溫表面上來捕獲氣體分子，從而實現真空排氣的真空泵。其核心原理基于氣體在極低溫度下的飽和蒸氣壓會急劇下降這一物理特性。當低溫面板被冷卻至20K以下時，除氫、氦、氖等少數輕氣體外，大多數氣體的蒸氣壓將降至10?? Pa以下，從而實現高效捕獲。

對于氫、氦、氖等無法在20K溫度下冷凝的輕氣體，低溫泵在低溫面板上設置了由特殊多孔材料制成的吸附劑。這些吸附劑在20K以下的低溫環境中能夠有效吸附上述輕氣體，從而使低溫泵能夠達到10?? Pa甚至更低的超高真空。

2.2 CRYO-U8H-U的制冷系統

CRYO-U8H-U采用閉式循環氦GM制冷機作為冷源。與傳統依賴液氮或液氦等冷卻介質的制冷方式不同，閉式循環氦制冷機無需頻繁補充冷卻液，可實現長期穩定運行。

該制冷機為兩級式結構：

第一級（1st Stage）：冷凍能力較大，可將溫度冷卻至80K以下。第一級為整個泵體提供熱輻射屏蔽，保護第二級的超低溫區域免受外界熱輻射的干擾。
第二級（2nd Stage）：冷凍能力相對較小，但可將溫度進一步冷卻至10～12K。第二級上安裝有15K低溫面板，負責氣體的冷凝與吸附。

2.3 氣體捕獲機制

CRYO-U8H-U通過以下三種方式捕獲不同種類的氣體：

冷凝（Condensation）：對于氮氣、氧氣、氬氣等氣體，當它們接觸到溫度低于其冷凝點的低溫面板時，會直接冷凝為固態并被捕獲。
吸附（Adsorption）：對于氫氣等不易冷凝的輕氣體，通過低溫面板上安裝的吸附劑（如活性炭）進行物理吸附。
低溫捕集（Cryotrapping）：在冷凝和吸附的共同作用下，實現對混合氣體的高效捕獲。

三、核心技術特點

3.1 輕量緊湊的標準設計

CRYO-U8H-U重量僅約20.8 kg，在同級別8英寸低溫泵中屬于輕量級產品。其緊湊的結構設計使其非常適合安裝在空間有限的實驗設備和小型生產設備中。該型號已在全球范圍內大量出貨，是ULVAC低溫泵產品線中的標準型號。

3.2 抽氣性能

CRYO-U8H-U在20℃條件下對各主要氣體的抽速如下：

氣體種類	抽速（L/s）
氮氣（N?）	1,700
氫氣（H?）	2,700
氬氣（Ar）	1,400
水蒸氣（H?O）	4,000

其中，對水蒸氣的抽速高達4,000 L/s，這一特性對于需要快速排除腔體內水汽的真空工藝尤為重要——水汽通常是真空系統中最大的釋氣成分。

3.3 超高真空能力

CRYO-U8H-U的極限壓力可達10?? Pa（10?? Torr）甚至更低，能夠滿足從高真空到超高真空的廣泛真空需求。其有效工作壓力范圍覆蓋10?1 Pa至10?? Pa。

3.4 與CTI CT-8兼容

CRYO-U8H-U可與CTI（現為Brooks Automation）的CT-8低溫泵互換。這一兼容性設計使得用戶在進行設備升級或替換時，無需修改現有的安裝接口和管路布局，大幅降低了設備改造的復雜性和成本。

3.5 優異的氫氣抽氣特性

與CT-8相比，CRYO-U8H-U具有更優異的氫氣排放（抽氣）特性。在半導體離子注入、PVD等涉及氫氣排放的工藝中，這一優勢尤為突出。

3.6 多臺聯機運行

CRYO-U8H-U支持多臺聯機運行，根據壓縮機組的不同，最多可連接3臺。使用C40R壓縮機組時，最多可連接4臺U8H-U。這一特性顯著降低了多腔體系統的設備成本和占地面積。

3.7 超長維護周期

CRYO-U8H-U的維護周期長達16,000小時，遠超許多同類產品。超長的維護間隔有效降低了設備的全生命周期運行成本，減少了因停機維護造成的產能損失。

四、技術規格

CRYO-U8H-U的核心技術參數匯總如下：

項目	規格
抽速（20℃）	氮氣：1,700 L/s 氫氣：2,700 L/s 氬氣：1,400 L/s 水蒸氣：4,000 L/s
極限壓力	10?? Pa（10?? Torr）
最大流量（氬氣）	1.2×103 Pa?L/s（8.9 Torr?L/s）
抽氣容量（氬氣）	1.0×10? Pa?L（7.6×10? Torr?L）
抽氣容量（氫氣）	1.0×10? Pa?L（7.6×103 Torr?L）
冷卻下降時間	100/90 min（50/60 Hz）
吸氣口法蘭	UVG-200、6B ANSI、ICF-253
壓縮機組	C10T、C10AT、C10ES
重量	20.8 kg
維護周期	16,000小時

五、主要應用領域

基于上述技術特點，CRYO-U8H-U主要應用于以下場景：

半導體制造：濺射工藝（Sputtering）、離子注入等需要清潔超高真空的工藝環節。
FPD（平板顯示）制造：OLED屏幕等顯示器件制造過程中的真空鍍膜和排氣工藝。
電子器件與光學鍍膜：電子設備制造、光學鍍膜等對真空潔凈度要求高的應用。
研究開發：大學及科研院所的超高真空實驗系統。
小型生產設備：適用于空間有限、對設備尺寸和重量有嚴格限制的生產場景。

六、總結

ULVAC愛發科CRYO-U8H-U標準型低溫真空泵通過兩級GM制冷機實現了10～12K的超低溫環境，利用氣體在極低溫表面的冷凝與吸附原理，獲得了10?? Pa的超高真空。其輕量緊湊的設計（20.8 kg）、抽氣性能（水蒸氣4,000 L/s）、與CTI CT-8的互換性以及16,000小時的超長維護周期，使其成為實驗設備和小型生產設備中低溫泵的標準選擇。在半導體、FPD、光學鍍膜及科研開發等領域，CRYO-U8H-U無疑是追求清潔、超高真空環境的理想解決方案。