颗粒物过多可能妨碍超声波清洗

这个讨论话题本质上有点轶事的感觉,因为我在实验室里尝试证明下文所说的效应时,并没有得到什么决定性的结论。  但我确实在 50 多年的时间里多次看到这种现象发生,所以还是有一些可信度。  说到这里读者可能会纳闷这个人说的是什么神秘东西?  实际上,我说的是空化过度的可能原因和影响!  是的,过度 – 你敢相信吗?

一个受到广泛认可的观点是超声波清洗需要在内爆过程中形成大量的空化气泡并使之崩塌。  但我们也知道空化气泡在存在能够弱化液体结构的“种子”处更容易形成。  这些空化“种子”可能是分子连接中的薄弱之处,但更可能是因异物而在液体中造成的不连续点。

注 – 我们根据经验得知超纯水(通常为去离子水)十分难以空化。 导致这一困难的是缺乏空化气泡生成和成长所需的“种子”。

这里的前提条件是“种子”过多可能导致形成过多的空化气泡,因为有如此之多的气泡,导致没有能量支持足够数量的气泡生长到可以导致内爆的大小。  而这反过来会抑制甚至扼杀超声波效应。

请允许我举几个实际生活中的例子。

多年以前,我参与了一个除去再制造金属部件上灰烬的项目。  这些部件通过加热去除有缺陷的油漆,以便重新喷漆。  灼烧过程之后,部件上会残留有一些非常细小的灰烬,我们当时尝试用超声波清除这些灰烬。  这整个应用过程看起来非常合乎逻辑,非常传统。  实验室里的小规模试验也非常成功。  但是,在客户启动这一项目期间,我们却发现尽管第一批部件的清洁效果非常好,但后续批次的效果却越来越差。  我们通过倒空这些水箱并重新加水重现了这种效果,最后得出的结论是因为这种灰烬小颗粒物过多而导致超声波空化和内爆无法发生。

在另一个例子中,需要清洗的部件是曾使用抛光剂进行过抛光的硅晶圆或石英晶圆。  同样是前几个部件清洗的非常好,但清洗完几个批次之后,所采用的清洗工艺便不再有效了。  这一次,甚至是次微米级过滤也没能将清洗效果恢复。

在实验室尝试再现第一个例子中的问题时,我使用了一些木头灰烬(从火炉里收集)来使水箱达到“饱和”。  这次尝试并不成功,无论放入多少木头灰烬,清洗系统总是能够将其清理干净。  在尝试重现第二个例子是,我发现仅仅添加从客户处试验时收集到的少量污染液体,便能够很有效地抑制空化,而添加抛光液本身却影响很小。

所以,这是为什么?  说实话,我不知道,但我有一些(未经证实的)假设。

  • 颗粒物尺寸肯定非常之小——或许是次次微米级。 在晶圆应用中使用的过滤器是 1 微米级的,因此颗粒物肯定比这个尺寸要小。  尽管我并没有机会来确定木头灰烬的颗粒大小到底是多少,很可能是略超过 1 微米,但虽然未经测试,达到这种过滤程度是不太现实的。
  • 此外还可能与颗粒物的“润湿性”有关。 如果颗粒物能够被液体所润湿,那么由于液体能与之互相吸附,它们造成的障碍可能比较小。  形状(圆形 vs 不规则形状或“锋利”形状)也可能有一定作用。
  • 这种现象可能是各种因素共同影响的结果,这些影响因素包括上述几项,以及另外一些尚未确认或尚未了解的因素。

这里的目的是记录这种影响,以供将来参考以及可能进行的进一步调查。

 – FJF –