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真空電漿設備如何選擇幫浦(pump)?

Henniker Plasma 的真空電漿系列(HPT 和 Nebula 型號)包含一顆真空幫浦,透過它來達到電漿操作期間所需的低壓。Henniker Plasma提供多種類型的真空幫浦可供用戶使用。 本文旨在幫助您了解各種幫浦選項之間的區別,以及如何確定哪一款最適合您的製程。與真空幫浦選擇相關的主要考慮因素是(i)兼容性/實用性(ii)抽速(iii)實驗室或工作區域環境(iv)價格。

(i)兼容性/實用性

氧化劑 (Oxidants)

電漿製程可用多種不同作用氣體,取決於待處理材料和期望效果。典型的作用氣體包括純或混合的空氣、氧氣、氬氣和氫氣等。到目前為止,最常用於表面清潔和表面活化的氣體為—空氣和氧氣。使用空氣或惰性氣體時,通常無需考慮兼容實用性問題。←握作用氣體為純氧,或氣百分比高於 25%(按體積計)的混合氣體製程時,則不應使用用烴油潤滑的真空幫浦,此將存在易燃的風險。需特別注意,在故障條件下,氧氣百分比也可能超過 25%(按體積計),可以通過烴油旋片幫浦的氣鎮端口將氧化劑稀釋至安全濃度,但這只能使用惰性氣體(如乾燥氮氣)進行,且設備必須配備嚴格的監測系統作為安全裝置,在惰性氣體流量中斷或氧化劑流量增加的情況下停止氧化劑流量之注入。這種方法僅適用於低流量的氧化劑氣體,否則幫浦無法應對來自稀釋劑的額外氣體流量。使用超過 25% 體積的氧氣時,更安全的方法是使用 PFPE油真空幫浦乾式真空幫浦,這兩種幫浦不含潤滑劑。PFPE 油為化學惰性,不會與氧氣發生反應。乾式真空泵使用旋轉尖端密封,不含任何油。

易燃氣體 (Flammable Gases)

如果還存在點火源,易燃氣體(例如氫氣)在存在氧化劑的情況下具爆炸風險。所有真空幫浦類型都可以泵送氫氣,但必須在真空幫浦中將氫氣稀釋到低於安全水平的百分比,在真空幫浦排氣口壓縮回大氣壓,阻火器也應作為整體系統安全設計的一部分。

腐蝕性氣體 (Corrosive Gases)

某些氣體(例如氨)對一般真空幫浦的內部零件和表面具有腐蝕性,並且每種類型的幫浦都有耐腐蝕版本,應在適當的情況下進行選擇。應特別注意避免水分進入,水分會加速腐蝕作用,製程結束後應以惰性氣體吹掃腔體來做清潔。

 

 

(ii) 抽速
顧名思義,抽速及真空幫浦從真空腔體中去除氣體的速率。 所有幫浦最終都會達到相同的極限真空水平,而具有較高抽速的幫浦將比較低抽速的幫浦更快達到該條件。 因此,較高的抽速代表更快的幫浦停機時間,也意味著更短的製程時間。 在小量的樣品處理情況下,快速過程可能不是特別重要,然而在高量生產情況下,如果電漿作用時間很短,則幫浦的停機時間就顯得重要,因為幫浦的停機時間將成為整個過程中最長的階段。

下面的圖 1 顯示了 HPT-200桌上型真空電漿系統的抽氣曲線,幫浦的抽速分別為 3m3/hr(灰線) 和 5m3/hr(橘線)。

上述數據是在電漿處理腔體中沒有任何樣品的情況下測量的。 絕大多數聚合物、玻璃、金屬和陶瓷都具低孔隙率,在真空腔體中不會放氣。 然而,當對高孔隙率樣品進行等離子處理時,由於高除氣率,它們會給真空幫浦帶來很大的氣體負荷。 幫浦將需要更長的時間來消除這種額外的氣體負載,因此幫浦的停機時間將延長。 在這些情況下,還建議使用更大的抽速。

 

(iii) 實驗室或工作區域環境
在選擇幫浦時,真空幫浦所處的環境也很重要。 例如,如果將電漿系統和真空幫浦放置在無塵室中,通常會首選乾式真空幫浦,以盡量減少由於油氣從真空幫浦排氣口溢出而對空氣環境造成影響。 這也可以通過合適的真空幫浦排氣過濾器來解決, 此為Henniker Plasma 電漿處理設備所有幫浦的標準配備。

如果真空幫浦位於無塵室外,例如通過隔板,則需要考慮電漿設備和幫浦之間的真空管線(蛇管)長度,因為這可能會產生電導限制,從而降低有效抽速,若需要應使用更大的幫浦或更大口徑的真空管線。

 

(iv) 價格
真空幫浦的成本隨著抽速升高而增加。相同抽速下,PFPE油幫浦價格較乾式真空幫浦低;碳氫油幫浦價格較PFPE油幫浦低,使用者可依照製程需求及預算進行選擇。