日本KASUGA春日微波-等离子体-静电消除系统MPNS-01的工作原理

一、系统架构与微波等离子体生成机制

1.核心组件协同：系统由微波电源、等离子体发生单元、控制模块与真空适配安装件组成。微波电源输出特定频率与功率的微波，通过传输结构导入等离子体发生单元的谐振腔，该单元是基于隼鸟 2 号离子发动机中和器技术开发，在高真空下仍能稳定激发等离子体。

2.稀薄气体电离过程：真空腔内残留的微量气体（如氩气、氦气或工艺残留气体）进入等离子体发生单元后，微波能量使气体分子的电子获得足够动能，突破原子束缚形成自由电子与离子，进而引发雪崩式电离，生成包含大量正负离子、电子的等离子体。此过程无需依赖压缩空气输送离子，避免气流带来的颗粒污染与压力波动，适配洁净真空制程。

3.稳定等离子体维持：谐振腔结构可高效约束微波能量，使等离子体在腔内稳定存在，且无易损耗的放电电极，减少维护频率；系统通过控制模块实时调节微波功率，确保等离子体密度稳定，适配不同真空度与工件带电情况。

二、电荷中和的核心过程

1.离子扩散与被动中和：等离子体中的正负离子会向周围扩散，形成覆盖范围可达 2m 的离子云（无障碍物时）。当带电工件进入离子云覆盖区域，工件表面的过剩正电荷会吸引等离子体中的负离子，过剩负电荷则吸引正离子，通过电荷结合实现中和，使工件恢复电中性。

2.适配高速与大面积场景：即使工件以 1000m/min 高速输送，离子扩散速度仍能满足快速中和需求；离子分布均匀，可避免局部静电残留，同时无接触式设计不会损伤脆弱、高精度工件。

3.低二次污染特性：等离子体生成过程无臭氧、无电极磨损碎屑，臭氧产生量符合工业环保标准，对真空工艺与工件无不良影响，适配半导体、光学元件等精密制程。

三、真空适配与安全可靠保障

1.真空环境适配逻辑：传统常压离子器在真空下因气体稀薄无法生成足量离子，而 MPNS - 01 利用微波激励稀薄气体生成等离子体，突破真空环境离子生成瓶颈，可在 10⁻³～10⁻⁷Pa 的高真空区间稳定工作。

2.能耗与安全控制：整套系统功耗适配工业真空设备，微波功率输出稳定可控，不会对真空腔内温度、压力等工艺参数造成显著干扰；可与真空腔体控制系统联动，实现制程同步除电，提升自动化水平。

3.长寿命与低维护：等离子体发生单元基于yu宙级技术开发，经 5 万小时以上的动作测试，稳定性高，无频繁更换的易损件，大幅降低维护成本与停机时间。