ULVAC 爱发科 HR90 多级罗茨型干泵技术解析

一、概述与产品定位

ULVAC 爱发科 HR90 是日本真空技术龙头爱发科（ULVAC）旗下 HR/UR 系列多级罗茨干式真空泵中的中坚型号。HR 系列基于爱发科有的高温均热化（High-temperature Uniform Heating）技术，通过有效利用泵体内部的压缩热，在 CVD（化学气相沉积）、干法蚀刻等硬工艺（Hard Process）中实现了高的耐久性和稳定性。

HR90 的命名中包含两层含义：“HR"代表“High-temperature"，即其专门为需要高温运行环境的工艺而设计；“90"则指向其 90 系列定位，与 HR60 和 HR180 共同构成了该产品线在中抽速段的主力产品矩阵。

在 HR/UR 系列产品矩阵中，HR 系列针对 CVD 和蚀刻工艺专门优化，LR 系列设计用于低温运行场景（如 Load Lock 或 PVD 工艺），而 UR 系列则面向需要加热泵体、加热气体管路和/或加热排气管路的更高温度工况。

二、多级罗茨型干泵的工作原理

2.1 罗茨型干泵的基本原理

罗茨型干泵是一种在真空腔室中不使用油或液体的机械真空泵。在 FPD（平板显示器）、电子和半导体制造等行业，为了提升产品良率和设备可维护性，对无油洁净真空环境的需求日益增长，罗茨型干泵是目前应用广泛的干式真空泵类型之一。

罗茨型干泵的核心结构包括：泵壳内部装有两个三叶形状的转子（旋转体），转子通过一对齿轮以相同转速、相反方向同步旋转。转子之间以及转子与壳体之间不直接接触，而是保持着精密的微小间隙进行非接触式旋转，对气体进行逐级压缩和输送。由于泵头内部不使用真空油，且转子和气缸无接触运行，因此可以实现清洁排气，并实现长时间稳定运转。

2.2 HR90 的技术架构

HR90 采用多级罗茨结构，将多级转子集成于同一泵轴之上，使气体经过多级压缩后达到大气压并排放。齿轮和轴承所需的润滑脂通过特殊的密封结构被严格隔离，防止润滑介质进入泵腔。这种设计从根源上杜绝了油蒸汽返流污染真空腔室及工艺介质的风险。

三、核心技术优势

3.1 高温均热化技术——硬工艺的耐久性保障

HR90 最核心的技术突破在于其 “高温均热化"设计。一般的干式真空泵在处理 CVD、蚀刻等硬工艺时，容易因工艺气体产生的可升华副产物在泵腔内部凝结而导致故障甚至卡死。HR 系列通过在整个泵体高温范围内实现极其均匀的热分布，有效利用压缩过程中自然产生的热量，将可升华的废气物质（如反应副产物）维持在气态下排出，从而避免了其在泵腔内部沉积。

具体而言，爱发科采用独特的铝合金泵体设计，实现了整个泵体高度的温度均匀性，从而保证泵在所有级段均维持在高温状态，这对预防工艺副产物的沉积至关重要。

3.2 ECO-SHOCK 节能技术——大幅降低运行能耗

HR90 可与爱发科的 ECO-SHOCK 技术组合使用。在轻工艺过程中（如抽空气或氮气时），ECO-SHOCK 可以将待机功耗减少高达约70%；在一些特定轻工艺场景下，与 ECO-SHOCK 结合使用时功耗降低甚至可达约 88%。对于需要长时间连续运行的半导体产线，这一优势意味着显著的电费节约和碳排放降低。

3.3 耐腐蚀性能

HR90 内部主要部件经过特殊的表面处理，具有高表面硬度和优异的耐腐蚀性。在排出腐蚀性气体时，该处理能有效减少泵内部的腐蚀和磨损，显著延长泵的使用寿命并降低维护频率。

3.4 氦气密封与电机安全

HR90 搭载了罐装电机（Canned Motor） 结构，形成了密闭性高的密封结构，实现了“零泄漏"运行。这一设计不仅确保了运行安全，还大幅降低了维护难度，同时使泵体结构更为紧凑。

3.5 电源中断保护

HR90 具备出色的抗电源中断能力，能够耐受长达 1000 毫秒的电源中断。在电网瞬时波动的工况下，泵不会因短暂断电而异常停机，这对保障半导体产线的连续生产具有重要意义。

3.6 智能监控与通信功能

HR90 配备的通信与监控系统，可实时读取泵的运行状态参数，并记录警告/报警历史数据。通过专用软件和计算机通信，可以实现对多台泵的集中监控与状态管理，便于设备维护和故障预警。

四、详细技术参数

以下是 HR90 的核心技术参数汇总（数据来源基于 50Hz 工况，60Hz 下参数会相应提升）：

补充说明：HR90 兼容 CE 标准配置（可选），其润滑脂采用 BARRIERTA J100F/J100FE 专用润滑脂，用量约为 0.9L；轴承润滑脂为 BARRIERTA JFE552HV，约 30g。

五、主要应用场景

HR90 凭借其高温均热化、耐腐蚀性强和稳定耐用的技术特性，广泛应用于以下高清洁度要求的工艺场景：

半导体和电子器件制造：

• CVD 设备（包括 PECVD、ALD）排气系统

• 干法蚀刻设备

• 等离子灰化/去胶设备

• 离子清洗设备

真空薄膜工艺：

• 溅射沉积设备

• 真空蒸发镀膜设备

• 热处理炉及真空烧结炉排气系统

产生粉尘副产物的工艺：

• 硅单晶拉制炉等产生粉末状副产物的设备排气

科研与泛半导体领域：

• Micro-OLED 制造中的 PECVD/干法刻蚀工艺

• 压电 MEMS 传感器制造

• 真空镀膜实验室系统

辅助排气应用：

• 作为涡轮分子泵的 前级泵（Backing Pump）

• 机械增压泵的辅助排气泵

六、维护与注意事项

HR90 虽然采用了免润滑的泵头设计，但仍需关注以下维护要点以保证长期稳定运行：

1. 水冷系统管理
HR90 采用水冷散热，需确保冷却水流量始终大于 5.0 L/min，入口压力维持在 0.1 ~ 0.3 MPa 范围内。冷却水流量不足或水温过高均可能导致泵体过热触发报警甚至停机。

2. 氮气吹扫管理
轴密封需持续通入约 5 SLM 的 N₂ 吹扫气体，以防止工艺气体泄漏至轴承和齿轮箱。气镇阀可根据工艺需求调节流量（0 ~ 45 SLM）。如 N₂ 供应中断或流量不足，可能导致工艺气体侵入齿轮箱引发润滑脂变质。

3. 入口压力限制
HR90 允许从大气压启动运行，但在正常工作时需关注入口压力。对于 HR300 及以上型号，厂商明确要求“请勿在 200 Pa 以上的吸入压力下连续运转"。HR90 虽未明确标注该限制，但在高入口压力下长时间运行同样会增加泵的负载和温升，建议参照此指导原则使用。

4. 定期检查

• 检查电源电压和电流是否在额定范围内

• 观察泵的运行噪音和振动，确认无异常

• 检查冷却水流量和温度是否正常

• 检查 N₂ 吹扫和气镇气体流量是否符合设定值

• 利用通信功能定期导出报警和警告历史数据，及时发现潜在问题

5. 长期维护计划
HR90 采用 BARRIERTA J100F/J100FE 专用润滑脂进行齿轮和轴承润滑，建议每 1 至 2 年进行一次润滑脂更换。具体维护周期以厂商维护手册为准。此外，随着使用时间的增长，转子涂层或泵体内部的特殊表面处理可能逐渐磨损或失效，届时建议委托专业维修服务商进行全面翻新。

七、小结

ULVAC 爱发科 HR90 多级罗茨型干泵是一款专为 CVD、蚀刻等硬工艺场景设计的专业真空抽气设备。其核心价值体现在三个技术维度：

一是高温均热化技术带来的耐久性——通过在整个泵体实现均匀的高温分布，将工艺副产物维持在气态下排出，有效抑制了沉积和腐蚀问题；

二是ECO-SHOCK 节能技术带来的显著能效优势——在轻工艺工况下最高可减少约 88% 的功耗，降低了长期使用成本；

三是氦气密封结构与智能监控功能带来的高安全性——罐装电机实现了零泄漏密封，通信功能支持实时状态监控和故障预警。