科研課題：超聲波清洗在化學清洗中的應用

目前在半導體生產(chǎn)工藝中，已經(jīng)廣泛地采用了超聲波技術。此外，在清洗工藝中常用的有化學法，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.當超聲頻電流通過換能器線圈時產(chǎn)生電磁場，在電磁場的作用下，由于鎳有磁致伸縮效應，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，其振動頻率約為20K（超過聲頻范圍）。

3.當換能器產(chǎn)生超聲波振動時，超聲波振動就通過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到較好的清洗效果,它的機理到底是什么呢

1.而在液體介質(zhì)的密部就會發(fā)生空腔的相互碰撞，當聲壓達到一定值時液體中的微氣泡（空化核）迅速增長后突然閉合，在閉合時產(chǎn)生激波，在其周圍產(chǎn)生上千萬個大氣壓力，這局部的壓力足以使分子內(nèi)的化學鍵斷裂，它的特征是反應能力高，而且存在的時間很短（一般在10-4 -- 10-6 秒左右 ）它能使化學反應較易進行

2.氣泡還能“鉆入”裂縫作振動，從而對具有復雜結(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理是超聲空化作用，所以良好的清洗效果必須選擇適當?shù)穆晫W參數(shù)和清洗液的物理化學性質(zhì).

1.如：聲強過高會產(chǎn)生大量的氣泡，在聲源表面產(chǎn)生屏障，阻礙聲音輻射，而聲強過小，則不能產(chǎn)生超聲空化。一般來說頻率在10kHz左右空化較強，但空化噪聲大；因此從清洗效果及經(jīng)濟性考慮，頻率一般選擇在20-40kHz范圍，而聲強為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，但溫度過高，氣泡中的蒸汽壓增大對空化不利，同時溫度還與洗液的溶解度有關

超聲波清洗的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

1.超聲波清洗可大大提高被清洗制件表面的潔凈度。據(jù)資料報道，若超聲清洗的效果為100%，則刷洗(用化學試劑)為90%，蒸汽清洗(化學溶劑)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)的勞動強度，特別是大批量的小制件(或部件)，尤其適用于超聲波清洗，雷士超聲波清洗機的應用便于清洗工藝的實施及工藝過程的連續(xù)自動化。 例如：以IGBT作為主功率元件的超聲波清洗機(頻率20-50KHZ)，其電路簡化，整機可靠性高，效率可達90%，功率因素達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，尤其是單機功率可達5KW以上，這對大規(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)比較復具有狹小縫隙、孔洞的制件(或部件),可用超聲波清洗法進行較好的清洗。另外一些有害人體健康而難于清洗的場合，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：

正如前面所說，在發(fā)生空化作用時會產(chǎn)生上千個大氣壓力，破壞不溶性污物，但同時也會對物件產(chǎn)生破壞，所以超聲太厲害，會對物件有劃痕

如何解決呢？

根據(jù)研究我們發(fā)現(xiàn)空化作用的破壞對高精度基材料比較明顯，而且洗不夠干凈，但我們同時也發(fā)現(xiàn)當超聲頻率高的時候清洗效果明顯變好，而且破壞也相應減少許多，當然正確選擇頻率至關重要，而合適的工作頻率的選取還是個有待進一步深入研究的課題

超聲波清洗的實際應用與發(fā)展

超聲波不僅在硅工藝中得到了廣泛的應用，在生活中其他方面也得到了長足的發(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)復雜制件的清洗及后處理

結(jié)語：

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,更有體積小、重量輕、耗電省、操作簡便等特點,是清洗鐘表零件、電子器件、微型軸承、油泵油嘴、導彈制導系統(tǒng)、醫(yī)用注射器、打印機針頭及各類光學鏡頭等的良好方法。