汪森 李紫嫣 沈鑫

摘 要：介紹了新興的超聲波干式清洗技術(shù)，并將其與較為成熟的超聲波濕式清洗技術(shù)在清洗原理，應(yīng)用領(lǐng)域和優(yōu)缺點(diǎn)方面進(jìn)行了綜合比較，并對(duì)干式清洗技術(shù)的發(fā)展前景作出展望。

關(guān)鍵詞：超聲波；干式清洗技術(shù)；濕式清洗技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB559 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）22-0050-02

Abstract： This paper introduces the new ultrasonic dry cleaning technology， and compares it with the relatively mature ultrasonic wet cleaning technology in cleaning principle， the application field and the advantages and disadvantages， and analyzes the application prospect of the dry cleaning technology.

Keywords： ultrasonic wave； dry-cleaning technology； wet-cleaning technology

1 超聲波濕式清洗技術(shù)的清洗原理和現(xiàn)應(yīng)用領(lǐng)域

1.1 清洗原理

超聲波指頻率高于20kHz的聲波，20～50kHz的超聲波稱(chēng)為低頻超聲波，50～200kHz的超聲波稱(chēng)為高頻超聲波，700～1MkHz的超聲波稱(chēng)為兆頻超聲波。濕式清洗技術(shù)通常利用空化效應(yīng)最為顯著的低頻超聲波[1]?？栈?yīng)指聲波在液體中傳播時(shí)，液體會(huì)處于負(fù)壓狀態(tài)，當(dāng)負(fù)壓大于液體強(qiáng)度時(shí)，溶解在液體中的空氣會(huì)以空化核形式析出，空化核會(huì)迅速生長(zhǎng)成幾微米的直徑的空化氣泡并在縫隙中閉合爆裂，產(chǎn)生聲壓梯度和聲流來(lái)反復(fù)沖擊污物與被清洗表面的結(jié)合部位，使污物沖入清洗液中，達(dá)到清洗目的。

高頻超聲波也被廣泛應(yīng)用于超聲波濕式清洗技術(shù)中，但主要利用其聲波流現(xiàn)象[2]在被清洗表面反復(fù)摩擦使得污物脫離表面融入清洗液中，達(dá)到清洗效果。

1.2 現(xiàn)應(yīng)用領(lǐng)域

超聲波濕式清洗技術(shù)從上世紀(jì)五十年代開(kāi)始發(fā)展，研究成果不斷。在感興趣的范圍內(nèi)，對(duì)現(xiàn)行發(fā)展較快的幾大領(lǐng)域做簡(jiǎn)要介紹。

（1）機(jī)械工業(yè)：郝亮[3]確定了航空發(fā)動(dòng)機(jī)低渦軸零件超聲波純水清洗的技術(shù)特點(diǎn)，并制定了提高60%以上效率的超聲波清洗新工藝。王淼[4]研制了一種超聲波全自動(dòng)清洗機(jī)，并解決了零部件籃提出水時(shí)有巨大噪聲的問(wèn)題。劉欽等[5]對(duì)鈹材料復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件超聲波清洗工藝技術(shù)進(jìn)行了研究，在同一個(gè)超聲波清洗槽中同時(shí)實(shí)現(xiàn)了2種頻率清洗，有效提高了清洗效率。

（2）醫(yī)療器械：王萍[6]選取從手術(shù)室回收的160套腔鏡手術(shù)器械，對(duì)照試驗(yàn)表明超聲波清洗機(jī)能夠高效清洗腔鏡手術(shù)器械；鄭春麗[7]設(shè)計(jì)三組實(shí)驗(yàn)，研究不同清洗控制條件下空腔車(chē)針的清洗效果，發(fā)現(xiàn)超聲波清洗應(yīng)用于空腔車(chē)針清洗有助于提高車(chē)針清洗質(zhì)量。

（3）電力工業(yè)：張志恒[8]認(rèn)為電子行業(yè)中超高頻超聲波清洗機(jī)，主要利用高頻超聲波推動(dòng)液體粒子高速?zèng)_撞污物進(jìn)行超精密清洗；白靜[9]指出鋰電池轉(zhuǎn)接頭利用低頻超聲波就可保證清洗質(zhì)量并防止工件損壞。

2 超聲波干式清洗技術(shù)的清洗原理和現(xiàn)應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 清洗原理

超聲波干式清洗技術(shù)是一種高速氣流與超聲波共同作用，對(duì)超精密待清洗件（如半導(dǎo)體器件，玻璃或硅基板等）亞微米級(jí)別的污染物進(jìn)行清洗的新型干式清洗技術(shù)[10]。一般包括三大系統(tǒng)：（1）空氣循環(huán)系統(tǒng)；（2）清洗件傳送系統(tǒng)；（3）超聲清洗頭?？諝庋h(huán)系統(tǒng)利用負(fù)壓作用將新空氣不斷吸入并凈化后輸入清洗頭壓力腔，同時(shí)利用離心力將內(nèi)部空氣不斷送出；清洗件傳送系統(tǒng)將待清洗件傳送給超聲波清洗頭。

核心部件超聲波清洗頭主要有兩類(lèi)：一類(lèi)空氣流經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的變截面流道時(shí)，經(jīng)激流震蕩生成超聲波，但這種超聲波的強(qiáng)度弱，傳遞能量少。另一類(lèi)內(nèi)置超聲波增幅器，超聲波空氣在大小約0.3mm的出口處體積迅速膨脹，達(dá)到一種“微型爆炸”的效果[11，12]。高速氣流和超聲波的共同作用使污物微粒脫離懸浮，超聲波的反射作用將微粒帶動(dòng)起來(lái)，由清洗頭的真空吸附腔吸走并分離，這種清洗方式杜絕清洗劑對(duì)環(huán)境造成污染。

2.2 現(xiàn)應(yīng)用領(lǐng)域

超聲波干式清洗作為一個(gè)新興清洗方式，國(guó)內(nèi)研究存在不足，檢索較難；國(guó)際上日韓、歐美掌握著相關(guān)技術(shù)[13]，且由于技術(shù)保密，公開(kāi)資料很少，增加了檢索難度。從有限的資料分析，該技術(shù)主要應(yīng)用在液晶屏玻璃基板，電子半導(dǎo)體等需要高精密清洗的工業(yè)中。

（1）液晶玻璃基板：液晶屏玻璃基板上的主要污染物是灰塵和其它金屬離子，而且玻璃基板鍍膜有風(fēng)干、高清潔度要求，超聲波干式清洗技術(shù)可以較好地解決這一問(wèn)題[14]；劉旋[15]設(shè)計(jì)出更符合實(shí)際應(yīng)用的液晶屏超聲干式清洗機(jī)傳送系統(tǒng)，改進(jìn)了常規(guī)0.5mm厚玻璃傳送清洗技術(shù)，使之適合更薄玻璃的傳送清洗。

（2）電子半導(dǎo)體：在集成電路制造工藝中，半導(dǎo)體硅片的清洗效果直接影響到產(chǎn)品成品率。國(guó)內(nèi)對(duì)其采用的干式清洗技術(shù)有等離子體清洗技術(shù)，氣相清洗技術(shù)等[16]，超聲波干式清洗技術(shù)作為一種新興技術(shù)在國(guó)外得到進(jìn)一步研究應(yīng)用，國(guó)外學(xué)者對(duì)超聲波干式清洗頭進(jìn)一步優(yōu)化，改進(jìn)后的喇叭狀換能器解決了超聲波在空氣中傳播能量衰減較大的問(wèn)題，能最大限度地利用超聲波的能量對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行清洗[17]。

3 超聲波濕式和干式清洗技術(shù)對(duì)比分析

超聲波濕式清洗技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)：清洗工序成熟，產(chǎn)生了相關(guān)技術(shù)手冊(cè)，適合工業(yè)生產(chǎn)；對(duì)于清洗死角，傳統(tǒng)清洗效率僅有60%～70%，高壓水射流清洗也低于90%，而濕式清洗效率高達(dá)98%；超聲波濕式清洗技術(shù)應(yīng)用廣泛，從事研究人員眾多，加快了它的發(fā)展。

同時(shí)超聲波濕式清洗的劣勢(shì)也很明顯：使用的化學(xué)清洗劑滲透能力有限，清洗不徹底；工業(yè)生產(chǎn)通常要數(shù)臺(tái)不同頻率的清洗機(jī)聯(lián)合，增加成本；設(shè)備功率選擇過(guò)低不產(chǎn)生空化泡，過(guò)高則容易發(fā)生空化腐蝕損壞清洗件；高精密清洗只能用高頻甚至兆頻超聲波清洗，能耗大不環(huán)保。

超聲波干式清洗技術(shù)解決了這方面的問(wèn)題：不需要另加清洗劑，綠色環(huán)保；清洗無(wú)附加風(fēng)干設(shè)備，降低成本；清洗頭性能持久，維護(hù)成本低；非接觸式清洗，被清洗件免受損害；對(duì)于1um以上的塵粒去除率接近100%；電子工業(yè)中，無(wú)二次污染，滿足超精密度清洗要求[18]。唯一缺點(diǎn)就是目前國(guó)內(nèi)只實(shí)現(xiàn)了超聲波干式清洗機(jī)的“半國(guó)產(chǎn)化”，超聲波干式清洗頭制造的核心技術(shù)仍然被日韓、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家限制。

4 超聲波干式清洗技術(shù)前景展望

國(guó)內(nèi)對(duì)于超聲波濕式清洗技術(shù)的研究一直不落與國(guó)外，甚至略有領(lǐng)先，可是在更為精密的干式清洗方面還有較大技術(shù)空缺，這種空缺主要集中在理論研究和干式清洗機(jī)的國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)方面，而超聲波干式清洗頭的制造國(guó)產(chǎn)化是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，也需要更多的研究人員投入其中，相信未來(lái)這個(gè)方向大有可為！

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