科研课题：超声波清洗在化学清洗中的应用

目前在半导体生产工艺中，已经广泛地采用了超声波技术。此外，在清洗工艺中常用的有化学法，真空法，和高温处理法。

清洗硅片的一般工艺:

超声波清洗的机制和原理

超声波是如何产生的？

1.高频振荡器产生超声频电流，传给换能器（由绕有线圈的换状镍块组成）

2.当超声频电流通过换能器线圈时产生电磁场，在电磁场的作用下，由于镍有磁致伸缩效应，使换能器镍环的直径大小周期性的变化，于是换能器镍环将发生振动，其振动频率约为20K（超过声频范围）。

3.当换能器产生超声波振动时，超声波振动就通过与换能器连接的液体容器底部而传播到液体内

超声波清洗装置示意图：

为什么超声清洗的方法能够达到较好的清洗效果,它的机理到底是什么呢

1.而在液体介质的密部就会发生空腔的相互碰撞，当声压达到一定值时液体中的微气泡（空化核）迅速增长后突然闭合，在闭合时产生激波，在其周围产生上千万个大气压力，这局部的压力足以使分子内的化学键断裂，它的特征是反应能力高，而且存在的时间很短（一般在10-4 -- 10-6 秒左右 ）它能使化学反应较易进行

2.气泡还能“钻入”裂缝作振动，从而对具有复杂结构或者有孔洞的物件产生意想不到的效果

如上所述超声清洗的主要机理是超声空化作用，所以良好的清洗效果必须选择适当的声学参数和清洗液的物理化学性质.

1.如：声强过高会产生大量的气泡，在声源表面产生屏障，阻碍声音辐射，而声强过小，则不能产生超声空化。一般来说频率在10kHz左右空化较强，但空化噪声大；因此从清洗效果及经济性考虑，频率一般选择在20-40kHz范围，而声强为1-2W/cm2

2.再如：清洗液温度增高，空化核增多，有利产生空化，但温度过高，气泡中的蒸汽压增大对空化不利，同时温度还与洗液的溶解度有关

超声波清洗的优缺点

优点：

1.超声波清洗可大大提高被清洗制件表面的洁净度。据资料报道，若超声清洗的效果为100%，则刷洗(用化学试剂)为90%，蒸汽清洗(化学溶剂)为35%，溶剂压力清洗为30%，溶剂浸洗为15%

2.清洗速度快、工效高，大大降低清洗作业的劳动强度，特别是大批量的小制件(或部件)，尤其适用于超声波清洗，雷士超声波清洗机的应用便于清洗工艺的实施及工艺过程的连续自动化。 例如：以IGBT作为主功率元件的超声波清洗机(频率20-50KHZ)，其电路简化，整机可靠性高，效率可达90%，功率因素达0.95以上，体积小，重量轻，功率可调，且可频率跟踪，扫描，操作灵活方便，尤其是单机功率可达5KW以上，这对大规模超声波清洗具有十分重要的意义

3.不宜用其它清洗工艺清洗的易碎物品或制件,或者外形结构比较复具有狭小缝隙、孔洞的制件(或部件),可用超声波清洗法进行较好的清洗。另外一些有害人体健康而难于清洗的场合，如核工业及医疗中的放射性污染物的清洗也可超声清洗

缺点：

正如前面所说，在发生空化作用时会产生上千个大气压力，破坏不溶性污物，但同时也会对物件产生破坏，所以超声太厉害，会对物件有划痕

如何解决呢？

根据研究我们发现空化作用的破坏对高精度基材料比较明显，而且洗不够干净，但我们同时也发现当超声频率高的时候清洗效果明显变好，而且破坏也相应减少许多，当然正确选择频率至关重要，而合适的工作频率的选取还是个有待进一步深入研究的课题

超声波清洗的实际应用与发展

超声波不仅在硅工艺中得到了广泛的应用，在生活中其他方面也得到了长足的发展

1.去油污清洗

2.去锈蚀清洗

3.渗透到制件表层的各种污染物清洗

4.结构复杂制件的清洗及后处理

结语：

超声波清洗不但具有成本低、效率高、清洗质量好等优点,更有体积小、重量轻、耗电省、操作简便等特点,是清洗钟表零件、电子器件、微型轴承、油泵油嘴、导弹制导系统、医用注射器、打印机针头及各类光学镜头等的良好方法。