科研課題：超聲波清洗在化學清洗中的應用

目前在半導體生產工藝中，已經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

超聲波是如何產生的？

1.高頻振蕩器產生超聲頻電流，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，使換能器鎳環的直徑大小周期性的變化，于是換能器鎳環將發生振動，其振動頻率約為20K（超過聲頻范圍）。

3.當換能器產生超聲波振動時，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

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.而在液體介質的密部就會發生空腔的相互碰撞，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，在閉合時產生激波，在其周圍產生上千萬個大氣壓力，這局部的壓力足以使分子內的化學鍵斷裂，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，從而對具有復雜結構或者有孔洞的物件產生意想不到的效果

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的聲學參數和清洗液的物理化學性質.

1.如：聲強過高會產生大量的氣泡，在聲源表面產生屏障，阻礙聲音輻射，而聲強過小，則不能產生超聲空化。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

超聲波清洗的優缺點

優點：

1.超聲波清洗可大大提高被清洗制件表面的潔凈度。據資料報道，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，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,或者外形結構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，如核工業及醫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，在發生空化作用時會產生上千個大氣壓力，破壞不溶性污物，但同時也會對物件產生破壞，所以超聲太厲害，會對物件有劃痕

如何解決呢？

根據研究我們發現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，但我們同時也發現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.結構復雜制件的清洗及后處理

結語：

超聲波清洗不但具有成本低、效率高、清洗質量好等優點,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、醫用注射器、打印機針頭及各類光學鏡頭等的良好方法。