ULVAC爱发科CRYO-U4H低温真空泵：4英寸级GM制冷超高真空泵的技术解析与应用

一、产品概述

CRYO-U4H是日本ULVAC（爱发科）株式会社推出的一款4英寸标准型低温真空泵，隶属于CRYO-U小型超高真空系列。该产品采用两级GM制冷机（Gifford-McMahon cryocooler）作为核心制冷单元，能够以无油、无机械摩擦的方式获得10⁻⁷ 别的超高洁净真空环境。

作为CRYO-U系列中的紧凑型代表，CRYO-U4H凭借其优异的抽气性能、轻量化设计和灵活的集群控制能力，广泛应用于半导体制造、平板显示（FPD）、光学镀膜、研究开发以及新能源等对清洁高真空有严苛要求的领域。其泵体重量仅为14.5 kg，属于该系列中最为轻便的型号之一。

二、核心技术原理

2.1 两级GM制冷机系统

CRYO-U4H的核心工作原理，是利用一台两级GM制冷机创造极低温表面，通过物理方式将气体分子“冻结"并“吸附"在泵内，从而实现超高真空。GM制冷机通过外部的氦气压缩机驱动，使两级冷头分别达到两个不同的极低温度：

• 第一级（First Stage）：温度约为60K - 80K

• 第二级（Second Stage）：温度可低至10K - 20K

这种分级设计实现了“各司其职"的高效分工。

2.2 气体捕获机制

不同气体的冷凝/凝固点不同，两级冷头正是利用这一点来捕获不同的气体分子：

• 第一级冷头（60K-80K）：主要捕获高沸点气体，如水蒸气（H₂O）和油蒸气，在这一级被冷凝并固化。该级通常还装有防辐射屏，用于阻挡外部热辐射，保护更冷的第二级。

• 第二级冷头（10K-20K）：负责捕获低沸点气体。大部分气体（如氮气N₂、氩气Ar、氧气O₂等）在此被冷凝成固体。对于氦气（He）、氢气（H₂）和氖气（Ne）等极难冷凝的气体，第二级冷头上附有活性炭吸附剂，通过物理吸附将它们牢牢捕获。

2.3 工作流程与系统组成

一个完整的CRYO-U4H低温泵系统主要由三部分组成：

其工作流程如下：

1. 制冷：启动后，压缩机驱动氦气在GM制冷机内循环，约45-50分钟后，两级冷头即可降至工作温度。

2. 抽气：真空腔体内的气体分子碰到极低温的冷头表面后，被冷凝或吸附捕获。

3. 饱和与再生：随着捕获的气体越来越多，冷头表面会逐渐饱和，抽速下降。此时，需要对低温泵进行“再生"——即停止制冷，将泵体加热，使被捕获的气体重新气化并释放出去。再生后可选配RBH-6加热带以缩短再生时长。

三、技术规格参数

综合ULVAC及各渠道信息，CRYO-U4H的主要技术规格如下：

四、关键技术特性

4.1 无油超高洁净真空

CRYO-U4H内部无润滑油、无机械摩擦，可获得无油超高洁净真空。这一特性使其成为半导体、光学镀膜等对洁净度要求高的应用场景的理想选择。

4.2 4英寸级优抽气性能

CRYO-U4H大程度发挥了4英寸低温泵的排气特性。其对水蒸气的抽速高达1,100 L/s，对氮气、氢气和氩气也分别达到450 L/s、500 L/s和370 L/s的优异水平。

4.3 高抽速与生产效率

高排气速度有助于提高排气效率和生产率。快速的抽气能力可显著缩短工艺周期，提升设备产出效率。

4.4 智能集群控制

一台压缩机最多可以同时运行四台CRYO-U4H低温泵。这种集群控制能力大幅降低了多泵系统的设备成本和占地面积，提高了系统的集成度和灵活性。

4.5 轻量化紧凑设计

CRYO-U4H泵体重量仅为14.5 kg，采用轻量化立式结构设计。紧凑的外形使其易于集成到各类小型生产设备和实验装置中。

4.6 低振动运行

低振设计确保不干扰光学、视觉检测等对振动敏感的设备和工艺。这对于精密光学镀膜、电子束曝光等应用尤为重要。

五、应用领域

CRYO-U4H凭借其优异的性能，在多个行业领域得到广泛应用：

1. 半导体制造：适用于半导体制造设备和小型设备的溅射工艺。用于蚀刻设备、灰化设备、等离子清洗设备等的真空排气系统。

2. 平板显示（FPD）：广泛应用于FPD制造过程中的真空工艺环节。

3. 光学镀膜：用于光学镀膜设备、蒸发设备、溅射设备等的真空排气系统。

4. 研究开发：适用于各类实验室研究开发设备的超高真空系统。

5. 新能源与前沿科学：应用于太阳能、核聚变、太空开发等领域。

6. 真空热处理：用于真空热处理炉、烧结炉、渗碳炉等的真空排气系统。

7. 锂电池制造：适用于锂电池制造设备的真空排气系统。

六、总结

ULVAC爱发科CRYO-U4H低温真空泵以其两级GM制冷机技术、4英寸级优抽气性能、10⁻⁷ 级别的超高真空能力以及无油洁净的运行特性，成为半导体、FPD、光学镀膜及前沿科研等领域高真空需求场景的理想选择。其轻量化设计（14.5 kg）、低振动运行以及一台压缩机最多可驱动四台泵的智能集群控制能力，在保证优异性能的同时显著降低了系统集成难度和运行成本。作为CRYO-U系列中的紧凑型代表，CRYO-U4H在需要清洁高真空、快速抽气和小型化集成的应用场景中具有不可替代的优势，是现代高制造与科研领域的核心真空获得设备。