Vocabulaire du pump-down : de up to air à base pressure

Après un week-end d'ouverture pour un changement de cible, la porte de la chambre se referme et le technicien principal dit : « Faites un Soft pump (pompage lent). Ne touchez pas à la vanne avant que la turbo (pompe turbomoléculaire) ne soit at speed (à vitesse nominale), et si ça bloque dans les 10^-5, c'est wet (humide). » Chaque expression correspond à une procédure, et se tromper peut coûter une journée ou une pompe. Voici ce qu'elles signifient, dans l'ordre où un pump down (mise au vide) se déroule réellement.

Quitter la pression atmosphérique

Une chambre qui est up to air (à l'air) a été vented (remise à la pression atmosphérique), idéalement avec de l'azote sec plutôt qu'avec l'air ambiant, car l'azote laisse beaucoup moins d'eau accrochée aux parois. Certains techniciens disent simplement qu'elle est « à atmo ».

La faire redescendre commence par la roughing pump (pompe primaire) : la mech pump (pompe mécanique) à bain d'huile qui bourdonne sur le sol ou, là où l'huile est indésirable, une scroll pump (pompe à spirale) ou une autre dry pump (pompe sèche). Faire un rough out (prévidage) consiste à faire descendre la pression de la chambre jusqu'au rough vacuum (vide primaire), au point où la pompe à vide poussé peut prendre le relais.

La première minute est la partie délicate. Ouvrez grand la vanne de pompage primaire sur une grande chambre et l'air se détend si vite qu'il se refroidit, son humidité se condense et le hublot s'embue. C'est le fogging (brouillard), et cela laisse de l'eau et des particules en suspension sur tout ce que vous venez de nettoyer. Le pompage lent permet de l'éviter : entrouvrez une petite vanne de dérivation, laissez la pression chuter doucement pendant quelques minutes, puis ouvrez la ligne principale.

Une pompe mécanique qui a avalé trop de chambres humides développe une milky oil (huile laiteuse), pâle et crémeuse dans le voyant. La faire fonctionner avec le gas ballast (lest d'air) ouvert l'aide à recracher l'eau. Une vidange d'huile règle le problème définitivement.

Le passage de relais

Le moment le plus surveillé de la séquence est le crossover (croisement), où la vanne de pompage primaire se ferme et la vanne de vide poussé s'ouvre. Si vous croisez trop tôt, la pompe à vide poussé reçoit un bouchon de gaz qu'elle ne peut pas gérer. Si vous pompez trop bas, en dessous d'environ un dixième de millibar, l'huile de la pompe primaire peut faire un backstream (rétrodiffusion) dans une chambre propre.

Au-dessus ou en dessous de la chambre se trouve le stack (groupe de pompage) : la pompe à vide poussé, sa gate valve (vanne tiroir), tout piège éventuel, et la foreline (ligne de refoulement) allant jusqu'à la backing pump (pompe d'appui). Une pompe turbo accélère contre une vanne fermée, et personne n'ouvre cette vanne tant que le contrôleur n'indique pas qu'elle est à vitesse nominale. Une fois éteinte, il lui faut de nombreuses minutes pour faire un spin down (ralentissement). La remettre à l'air correctement implique une purge lente et contrôlée une fois qu'elle a ralenti à environ la moitié de sa vitesse. Injecter de l'air à pleine vitesse est la façon dont on peut crash a turbo (crasher une turbo) : un rotor plein de pales déchiquetées et un après-midi très calme dans le laboratoire.

Un tuyau court et large vaut mieux qu'un tuyau long et fin : la conductance limite la quantité de gaz qui atteint la pompe, de sorte que la effective pumping speed (vitesse de pompage effective) au niveau de la chambre est toujours inférieure à celle de la fiche technique.

Un laboratoire équipé d'une cryopump (pompe cryogénique) sur le groupe de pompage entend des mots différents. Une pompe cryo pompe en gelant le gaz sur des panneaux froids, elle se remplit donc lentement et nécessite une regen (régénération) : la réchauffer, purger ce qu'elle a capturé, la refroidir à nouveau. « La cryo doit faire une regen » signifie que les essais de l'après-midi sont annulés.

Lire les jauges

Aucune jauge ne couvre à elle seule tout le trajet, une chambre en comporte donc deux ou trois. Depuis la pression atmosphérique, une convection gauge (jauge à convection), ou une simple Pirani gauge (jauge Pirani) une fois que la pression descend en dessous de quelques dizaines de millibars, lit la pression à partir de la vitesse à laquelle le gaz dissipe la chaleur d'un fil chaud. En dessous d'environ un millième de millibar, le travail passe à une ionization gauge (jauge à ionisation) : une Bayard-Alpert gauge (jauge Bayard-Alpert) à filament chaud ou une cold cathode gauge (jauge à cathode froide) sans filament risquant de griller. Une jauge bloquée en fin d'échelle est pegged (saturée), et une jauge Pirani bloquée en bas n'est pas synonyme d'un bon vide.

Les unités dépendent du laboratoire dans lequel vous vous trouvez. Une usine américaine parle en Torr, un laboratoire européen en millibars, un atelier de fours en microns, et le certificat d'étalonnage en pascals. Personne ne lit l'exposant en entier. « Low sixes » signifie quelques fois dix puissance moins six. « Stuck in the fives » signifie que la mise au vide s'est bloquée un ordre de grandeur complet trop tôt.

Quand ça bloque

Toute chambre saine a une pump-down curve (courbe de descente en vide), et les personnes qui l'utilisent la connaissent par cœur : tant de minutes jusqu'au croisement, tant d'heures jusqu'à la base pressure (pression de base). Lorsque la courbe s'aplatit tôt, le premier suspect est l'eau. Une chambre laissée ouverte un jour humide est wet (humide) : ses parois libèrent lentement l'eau adsorbée et la pression rampe. Cette libération lente de gaz par les parois et les matériaux est le outgassing (dégazage), et dans un système propre et étanche, c'est ce qui fixe la limite inférieure.

Le remède pour une chambre humide est le temps ou la chaleur. Un bake-out (étuvage) enveloppe la chambre de rubans chauffants et la maintient chaude sous pompage pendant un jour ou plus, faisant chuter la pression de base de un à trois ordres de grandeur. Le remède pour une chambre sale est le nettoyage, et le coupable classique est une fingerprint (empreinte digitale) : un seul contact à mains nues sur une surface côté vide dégaze pendant des semaines. Les gants ne sont pas une suggestion.

Ensuite, il y a le blocage qui ressemble exactement à une fuite mais qui n'en est pas une. Une virtual leak (fuite virtuelle) est du gaz piégé dans un trou taraudé borgne sous une vis, ou entre deux surfaces serrées face à face, qui s'échappe lentement de l'intérieur. Aucune quantité d'hélium pulvérisée à l'extérieur ne la trouvera, c'est pourquoi les vis à vide sont percées et pourquoi cette expression fait grimacer les habitués.

Pour distinguer le vrai du virtuel, isolez la chambre et effectuez un rate of rise (test de remontée de pression). Le dégazage ou une fuite virtuelle donne une courbe qui s'incurve et s'aplatit. Une vraie fuite monte en ligne droite, et une chambre qui en présente une ne pourra pas hold vacuum (tenir le vide) tant que quelqu'un ne l'aura pas trouvée.

À la recherche de la fuite

Lorsque la ligne droite apparaît, on demande à quelqu'un de chase a leak (chercher une fuite). Une gross leak (fuite importante) s'annonce tôt : la chambre n'atteint jamais le croisement et la pompe primaire gargouille. Les plus petites nécessitent un helium leak detector (détecteur de fuite à l'hélium), un spectromètre de masse réglé sur un seul gaz, branché sur la ligne de refoulement.

La méthode est le helium spray test (test d'aspersion à l'hélium) : une courte bouffée d'hélium sur un joint à la fois, en commençant par le haut car l'hélium monte. Si vous en pulvérisez trop, vous obtenez un hang-up (rémanence), l'hélium imprégnant le système et maintenant le signal à un niveau élevé, de sorte qu'il est impossible de distinguer le joint suivant du précédent. « Allez-y doucement avec l'hélium » est la première chose qu'un nouveau venu entend. Pour un oui ou un non rapide sur une bride, il y a le bagging (ensachage) : enveloppez-la dans un sac en plastique rempli d'hélium et voyez si quelque chose passe au travers.

La plupart des fuites se trouvent au niveau des joints. Une KF flange (bride KF) assure l'étanchéité avec un collier de serrage et un O-ring (joint torique), un seul cheveu en travers du joint suffit donc. Une CF flange (bride CF) assure une étanchéité métal sur métal, un knife edge (couteau) mordant dans un copper gasket (joint en cuivre), et ces joints sont à usage unique. En réutiliser un pour économiser quelques dollars est la façon dont une mise au vide du lundi devient une chasse aux fuites du mardi.

Pour voir ce qu'il y a réellement à l'intérieur, demandez au RGA (analyseur de gaz résiduels). Un pic élevé à la masse 18 indique de l'eau. Des pics à 28 et 32 dans un rapport d'environ quatre pour un indiquent de l'air, et la bouteille d'hélium est de sortie.

Cinq mots à apprendre en premier

• Crossover : le passage du vide primaire au vide poussé, et le moment que tout le monde surveille.
• At speed : la turbo est prête et la vanne peut s'ouvrir. Pas avant.
• Wet : de l'eau sur les parois, la raison habituelle pour laquelle une mise au vide s'éternise.
• Virtual leak : du gaz piégé qui se comporte comme une fuite et ignore l'hélium.
• Rate of rise : le test qui permet de distinguer une fuite d'un dégazage.

Avec ces cinq mots, « le croisement s'est bien passé mais ça bloque dans les 10^-5, c'est probablement wet, faites un étuvage » cesse d'être du bruit et devient un plan pour le reste de la journée.