科研課題：超聲波清洗在化學(xué)清洗中的應(yīng)用

目前在半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中，已經(jīng)廣泛地采用了超聲波技術(shù)。此外，在清洗工藝中常用的有化學(xué)法，真空法，和高溫處理法。

清洗硅片的一般工藝:

超聲波清洗的機(jī)制和原理

超聲波是如何產(chǎn)生的？

1.高頻振蕩器產(chǎn)生超聲頻電流，傳給換能器（由繞有線圈的換狀鎳塊組成）

2.當(dāng)超聲頻電流通過(guò)換能器線圈時(shí)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，在電磁場(chǎng)的作用下，由于鎳有磁致伸縮效應(yīng)，使換能器鎳環(huán)的直徑大小周期性的變化，于是換能器鎳環(huán)將發(fā)生振動(dòng)，其振動(dòng)頻率約為20K（超過(guò)聲頻范圍）。

3.當(dāng)換能器產(chǎn)生超聲波振動(dòng)時(shí)，超聲波振動(dòng)就通過(guò)與換能器連接的液體容器底部而傳播到液體內(nèi)

超聲波清洗裝置示意圖：

為什么超聲清洗的方法能夠達(dá)到較好的清洗效果,它的機(jī)理到底是什么呢

1.而在液體介質(zhì)的密部就會(huì)發(fā)生空腔的相互碰撞，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)液體中的微氣泡（空化核）迅速增長(zhǎng)后突然閉合，在閉合時(shí)產(chǎn)生激波，在其周?chē)a(chǎn)生上千萬(wàn)個(gè)大氣壓力，這局部的壓力足以使分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂，它的特征是反應(yīng)能力高，而且存在的時(shí)間很短（一般在10-4 -- 10-6 秒左右 ）它能使化學(xué)反應(yīng)較易進(jìn)行

2.氣泡還能“鉆入”裂縫作振動(dòng)，從而對(duì)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)或者有孔洞的物件產(chǎn)生意想不到的效果

如上所述超聲清洗的主要機(jī)理是超聲空化作用，所以良好的清洗效果必須選擇適當(dāng)?shù)穆晫W(xué)參數(shù)和清洗液的物理化學(xué)性質(zhì).

1.如：聲強(qiáng)過(guò)高會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡，在聲源表面產(chǎn)生屏障，阻礙聲音輻射，而聲強(qiáng)過(guò)小，則不能產(chǎn)生超聲空化。一般來(lái)說(shuō)頻率在10kHz左右空化較強(qiáng)，但空化噪聲大；因此從清洗效果及經(jīng)濟(jì)性考慮，頻率一般選擇在20-40kHz范圍，而聲強(qiáng)為1-2W/cm2

2.再如：清洗液溫度增高，空化核增多，有利產(chǎn)生空化，但溫度過(guò)高，氣泡中的蒸汽壓增大對(duì)空化不利，同時(shí)溫度還與洗液的溶解度有關(guān)

超聲波清洗的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

1.超聲波清洗可大大提高被清洗制件表面的潔凈度。據(jù)資料報(bào)道，若超聲清洗的效果為100%，則刷洗(用化學(xué)試劑)為90%，蒸汽清洗(化學(xué)溶劑)為35%，溶劑壓力清洗為30%，溶劑浸洗為15%

2.清洗速度快、工效高，大大降低清洗作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，特別是大批量的小制件(或部件)，尤其適用于超聲波清洗，雷士超聲波清洗機(jī)的應(yīng)用便于清洗工藝的實(shí)施及工藝過(guò)程的連續(xù)自動(dòng)化。 例如：以IGBT作為主功率元件的超聲波清洗機(jī)(頻率20-50KHZ)，其電路簡(jiǎn)化，整機(jī)可靠性高，效率可達(dá)90%，功率因素達(dá)0.95以上，體積小，重量輕，功率可調(diào)，且可頻率跟蹤，掃描，操作靈活方便，尤其是單機(jī)功率可達(dá)5KW以上，這對(duì)大規(guī)模超聲波清洗具有十分重要的意義

3.不宜用其它清洗工藝清洗的易碎物品或制件,或者外形結(jié)構(gòu)比較復(fù)具有狹小縫隙、孔洞的制件(或部件),可用超聲波清洗法進(jìn)行較好的清洗。另外一些有害人體健康而難于清洗的場(chǎng)合，如核工業(yè)及醫(yī)療中的放射性污染物的清洗也可超聲清洗

缺點(diǎn)：

正如前面所說(shuō)，在發(fā)生空化作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生上千個(gè)大氣壓力，破壞不溶性污物，但同時(shí)也會(huì)對(duì)物件產(chǎn)生破壞，所以超聲太厲害，會(huì)對(duì)物件有劃痕

如何解決呢？

根據(jù)研究我們發(fā)現(xiàn)空化作用的破壞對(duì)高精度基材料比較明顯，而且洗不夠干凈，但我們同時(shí)也發(fā)現(xiàn)當(dāng)超聲頻率高的時(shí)候清洗效果明顯變好，而且破壞也相應(yīng)減少許多，當(dāng)然正確選擇頻率至關(guān)重要，而合適的工作頻率的選取還是個(gè)有待進(jìn)一步深入研究的課題

超聲波清洗的實(shí)際應(yīng)用與發(fā)展

超聲波不僅在硅工藝中得到了廣泛的應(yīng)用，在生活中其他方面也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展

1.去油污清洗

2.去銹蝕清洗

3.滲透到制件表層的各種污染物清洗

4.結(jié)構(gòu)復(fù)雜制件的清洗及后處理

結(jié)語(yǔ)：

超聲波清洗不但具有成本低、效率高、清洗質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn),更有體積小、重量輕、耗電省、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn),是清洗鐘表零件、電子器件、微型軸承、油泵油嘴、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)、醫(yī)用注射器、打印機(jī)針頭及各類(lèi)光學(xué)鏡頭等的良好方法。