[发明专利]一种直排大气的罗茨干式真空泵转子及其加工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及罗茨泵设计，具体地说是一种直排大气的罗茨干式真空泵转子及其加工工艺。

背景技术

IC装备行业是国家发展战略的重要行业。在IC装备行业中，70％的工作需要在对洁净度要求苛刻的真空环境下进行，例如化学气相沉积、离子注入、蒸发、溅射、外延生长、刻蚀、封装、检测等。在每一条IC生产线中，都要应用大量获得与维持清洁真空环境的干式真空获得设备。以一条月产2.5万片8英寸晶圆片的中档工艺IC生产线为例，通常需用各种干式真空泵上千台，投资占设备投资的20％左右。作为IC装备的关键设备之一，干式真空获得设备由于产业技术门槛高，生产与销售一直被国外几家大公司垄断，如日本荏原、德国普发、英国爱德华、德国莱宝、法国阿尔卡特等占据了世界上95％以上的市场份额，国内生产厂家几乎没有形成产业化的产品。

罗茨真空泵由罗茨鼓风机演变而来，包括高真空多级罗茨泵、中真空罗茨增压泵和直排大气的干式罗茨泵，广泛用于化工、造纸、冶金、薄膜制备、食品等行业，也是IC装备行业中常用的一种真空泵。国内罗茨真空泵的研究和制造较早，但适合于IC装备行业严格要求的罗茨干泵并不多见，致使该设备长期依赖进口。

罗茨转子是罗茨真空泵的最关键的核心部件。在用于IC装备行业的干式罗茨泵中，一对罗茨转子的生产成本占总成本的40％左右。

直排大气罗茨干泵的发展情况如下：

1854年，美籍以色列人FRANCIS M.ROOTS和PHILAND H.ROOTS两兄弟在旋转鼓风机的基础上发明了罗茨鼓风机(P.H.ROOTS.ROTARY BLOWER[P].USPATENT.No.30157.1860.9；F.M.ROOTS.ROTARY PUMP[P].US PATENT.No.325276.1885.9)，并陆续申请了多项美国专利，并对型线进行了修改。在随后的近150年里，许多学者和机械师相继对罗茨型线进行修正和发展，以满足不同场合的需求。

1900年，美国人RALPH C.ENYART对罗茨型线作了改进，发明了如图1所示的罗茨型传输泵。1954年，出现了罗茨真空泵；在罗茨真空泵应用20年之后，CLAUSWINKELSTRATER等德国人将这种结构用于罗茨真空泵的设计上，从而发明了具有气冷式结构、可直排大气的干式罗茨真空泵(CLAUS WINKELSIRATER，et al.ROTARY-PISTON MACHINE[P].US PATENT.No.3817667.1974.6)。德国学者JHenning撰文(J Henning，H lang.Roots pumps for high difference pressures with cooling bygas circulation[J].Vacuum 1976：26(7)：273-276；J.Henning，H.Lang.WGK_Cpumps：Gas-cooled roots pumps-chemical series.Joumal of Vacuum Science andTechnology[J].1978，Vol.15 No.2，pp.784.)介绍了这种罗茨干泵的气冷原理、极限压力、抽气性能、能量消耗和加热控温等，指出这种泵采用两根转子轴在齿轮端固定的悬壁梁式结构，保证齿轮的润滑油不进入到真空泵腔，特别适合于抽除半导体工业中的含有大量可凝性气体和化工废气，获得清洁无油的真空环境。法国学者L.C.Valdes等(L.C.Valdes，Renaud Theis，et al.Calculating transient flows through ducts of nonconstantrectangular shape.Vacuum 1997：48(839-843)；L.C.Valdes，Benoit Barthod，et al.Accurateprediction of internal leaks in stationary dry roots vacuum pumps.Vacuum1999：52(451-459))，推导了通过非恒定矩形截面下过渡流的流导计算，并结合Knudsen-Dong法则研究了非运转状态下通过气冷式罗茨干泵间隙的静态泄漏理论，并通过试验进行了验证，但曾指出：Knudsen-Dong法则不适用于罗茨干泵的运转模拟。