Текст ФХОТЭС часть 1-1 для 2015 (Лекции от преподавателя), страница 5

Наложение электрического или магнитного полей на моющую среду. При электрохимической ультразвуковой очистке кавитационная область может быть локализована непосредственно у обрабатываемой детали; пузырьки выделяющихся на электродах газов способствуют разрушению пленок загрязнений; уменьшается смачиваемость маслом поляризованной поверхности детали.

Наложение на кавитационную область магнитного поля вызывает движение газовых пузырьков, имеющих отрицательный поверхностный заряд, что увеличивает кавитационную эрозию деталей.

Введение абразивных частиц в моющий раствор. Твердые частицы абразива участвуют в механическом отделении загрязнений и стимулируют образование кавитационных пузырьков, так как нарушают сплошность жидкости.

1.4. Интенсификация процессов очистки

(форсирование веполей на полях книги теорию)

Для повышения эффективности очистки используют раз­личные методы интенсификации. При этом ускоряются более медленные стадии процесса (например, подвод свежего реагента в зону обработки, отвод продуктов химической реакции от обрабатываемой поверхности), обеспечивается десорбция ато­мов или ионов с поверхности изделия.

Рис. 1.12. Схема «расклинивания» и удаления загрязнений

Используются и другие полезные ресурсы технологии.

Методы интенсификации подразделяют на физические, хи­мические и комбинированные.

К физическим методам интенси­фикации относят нагрев, кипячение, обработку струёй, гидро­циркуляцией, протоком, гидромеханическую очистку, центри­фугирование, ультразвуковую обработку, вибрацию промыш­ленной частоты, плазменную очистку.

К химическим методам – очистку поверхностно-активными веществами, комплексообразователями.

Комбинированные методы интенсификации объединяют физические и химические методы (обработка горячей струёй, подогрев ультразвуковой ванны и т.д.) —

1.4.1. Физические методы интенсификации очистки

Метод обработки из широкого спектра имеющихся технологий выбирают в зависимости от технологической задачи. Для повышения эффективности и производительности применяют самые разные поля или их сочетания.

Пример. При обработке полупроводниковых пластин из физических методов чаще всего используют гидромеханическую и ультра­звуковую очистки и почти все химические методы.

Р
ис.1.13. Схема гидромеханической очистки: 1-линия подачи деионизованной воды; 2-щетка; 3-валик; 4-пластина; 5-вакуумный столик.

При гидромеханической очистке (рис.1.9) интенсификация процесса обеспечивается за счет контакта с рабочей поверхностью вращающейся пластины 4, закрепленной на вакуумном столике 5, мягких нейлоновых щеток 2, надетых на валик 3, ось вращения которого перпендикулярна оси плас­тины. Этот метод обычно используют при финишной отмывке деионизованной водой, которая подается на пластину под давле­нием 50-200 кПа. Основным недостатком гидрохимической очистки является возможность переноса загрязнений со щеток на рабочую поверхность пластины и появление на ней царапин в случае засорения щеток кремниевой пылью. Чтобы избежать этого, следует соблюдать регламент смены и очистки щеток.

Виброочистка

Используются механические колебания моющих емкостей, самих изделий и специальных технологических компонентов, например, чипсов.

Для повышения эффективности – резонанс, но без разрушения

Магнитодинамическая очистка

Ферромагнитные абразивные частицы (например, короткие иголки) приводят в действие магнитным полем

Плазменые методы очистки

Загрязнения удаляют направленным потоком плазмы. Управление – магнитным полем.

Добавить лазерные методы очистки – см. патент (дано в разделе Лазерные технологии)

При ультразвуковой очистке интенсифика­ция достигается за счет перемешивания отмывочного состава, ускорения процесса растворения и десорбции загрязнений под действием кавитационных пузырьков, образующихся при коле­баниях, передаваемых ванне концентратором магнитострикционного излучателя. При захлопывании газовых пузырьков проис­ходит растрескивание пленок поверхностных загрязнений и их отслоение. Достоинством ультразвуковой очистки поверхнос­тей после шлифовки и резки является проникновение жидкости в глубокие поры, трещины, углубления, которые при обычных методах остаются неочищенными.

Наиболее интенсивно ультразвуковая очистка происходит при частоте колебаний 20-40 кГц. С повышением мощности ультразвуковых колебании интенсивность очистки повышается, но возникает опасность повреждения тонких пластин или появ­ления в них трещин (техническое противоречие)

Химическая интенсификация с помощью по­верхностно-активных веществ и комплексообразователей яв­ляется одним из перспективных направлений повышения качест­ва очистки и в ряде случаев позволяет отказаться от токсичных и огнеопасных органических растворителей и концентрирован­ных кислот.

Рис. 1.14. Использование химических полей для интенсификации

очистки изделий

Приведенные методы часто используют в различной комбинации для повышения производительности и получения высокого качества очистки. Это соответствует схеме совместного действия технических полей:

1.4.2. Применение ПАВ

Характерная особенность ПАВ состоит в том, что они адсорбируются на поверхности, разделяющей разные фазы вещества, обеспечивая моющему раствору хорошую смачиваемость. Благодаря прочной адсорбции загрязнений ПАВами образуется стабильная фаза в растворе, которую легко удалить.

Рис. 1.15. Классификация поверхностно-активных веществ (ПАВ)

Первые два класса образуют, соответственно отрицательный и положительный органические и неорганические ионы. Неионогенные ПАВ в воде диссоциируют, но растворимость их ионов обусловлена гидролизом молекул. Амфолитные ПАВ могут в зависимости от pH раствора проявлять как анионоактивные, так и катионоактивные свойства.

Поверхностно-активные свойства у ПАВ создаются в результате того, что одна часть молекул этих веществ растворяется в воде, а другая — в жирах. Изменяя соотношение между этими растворителями, можно изменять эмульгирующие, моющие и смачивающие свойства ПАВ. Наиболее широко используют поверхностно-активные вещества ОП-7 и ОП-10, синтанол ДС-10, смачиватель СП-104 П.

Загрязнения в водных растворах поверхностно-активных веществ (ПАВ) удаляют в четыре этапа:

1 — смачивание очищаемой поверхности водными растворами ПАВ;

2 — адсорбция молекул ПАВ поверхностью и частицами загрязнений;

3 — отделение частиц загрязнений от поверхности;

4— перевод водонерастворимых загрязнений в состояние эмульсии или суспензии.

Р
ис. 1.16. Этапы удаления загрязнений в моющих растворах

При этом связь между частицами загрязнений и поверхностью ослабляется благодаря расклинивающему действию молекул ПАВ. Молеку­лы, адсорбируемые частицами, образуют прочные оболочки и препятствуют их повторному осаждению на

очищаемую поверх­ность.

Р
ис. 1.17. Действие ПАВ

Эффективность применения того или иного ПАВ зависит от вида загрязнения, так как часть молекул загрязнения должна раствориться в ПАВ или претерпеть изменеия при контакте с ним в результате адсорбции.

Концентрация ПАВ в моющем растворе должна ограничиваться пределом, при котором происходит адсорбционное насыщение на границе раствор-воздух. Кроме того, с повышение концентрации ПАВ значительно возрастает пенообразование растворов, что может играть как положительную, так и отрицательную роль (см. табл. 1.3) — техническое противоречие.

Таблица 1.3. Влияние пенообразования на процесс очистки (ТП)

1.4.3. Применение комплексообразователей

Комплексообразователи создают с поверхностными загряз­нениями или водными продуктами химических реакций устой­чивые сложные соединения — комплексы, которые переходят в раствор и остаются в нем. Наиболее распространенными комплексообразователями являются триаммонийная соль оксиэтилендифосфоновой кислоты (ТАСОЭДФ) и оксиэтилендифосфоновая кислота (ОЭДФ).

Особенности методов жидкостной очистки полупроводни­ковых пластин от различных загрязнений приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2 Методы жидкостной очистки полупроводниковых пластин. Пример

1.5. Очистка от окислов

Поверхности металлических деталей очищают от окислов травлением в кислотных и щелочных растворах. Эту операцию обязательно проводят перед нанесением покрытий на детали из сталей, алюминия и его сплавов, меди и ее сплавов, цветных и редких металлов. Состав растворов и длительность процесса травления выбирают в зависимости от природы металла и характера образовавшихся пленок.

Таблица 1.4. Щелочные растворы очистки

О
кисные пленки редко бывают сплошными. В поры пленки проникает травитель и растравливает материал детали одновременно с процессом травления окисла (рис. 1.10).

Рис. 1.18. Травление окисных пленок

Растравливание металлов и сплавов тем больше, чем больше их неоднородность и разность потенциалов между структурными составляющими сплава.