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干冰清洗机:颗粒冲击对表面的影响--1……  

简介

通常,灰尘和其他杂质沉积在表面上。如果这种空气污染物沉积在高精度产品上,其性能可能会受到影响,从而导致质量下降。例如,粘附到集成电路封装中的衬底的尺寸小于1μm的导电颗粒可能导致电短路。即使工厂安装了高效空气过滤系统,也不能完全消除空气污染物; 因此,需要有效的表面清洁方法。已经开发了各种表面清洁方法,其中一些在工业上使用。这些清洁方法可分为两类:(1)湿法清洁,(2)干冰清洗。已知湿法清洁即使粒径小于0.1μm也能有效去除细小颗粒。化学添加剂或超声波照射也可用于提高清洁效率。尽管湿法清洁由于其高的去除效率而在工业中被广泛使用,但是它需要在清洁后进行干燥处理并导致大量水的处理。此外,溶液中的残留物可能在干燥后沉积在表面上并导致再污染。

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 通过力矩来解释颗粒去除。图1显示了粘附在基材上的颗粒的力矩平衡模型的基本概念。主要有三种力:由空气传播的粒子引起的冲击力(F c),阻力(d)和粘附力(a)。由于污染物通常很小,因此可以忽略重力。在图1中p1和p2分别是气载粒子和附着在基板上的粒子的直径,φ是冲击角,θ是基于弹性变形的接触角,t是力矩在颗粒的质量中心,这是由剪切流动引起的。力矩的平衡表示为

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图。1剪切流场中颗粒撞击的简单模型。

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在本研究中,实验研究了通过干冰喷射去除附着在表面上的颗粒污染物。通过高速显微镜照相机观察颗粒去除,并获得颗粒去除效率的时间过程。还进行了使用空气喷射的实验以阐明干冰颗粒的影响。此外,连续测量干冰射流的温度以研究去除效率的变化。进行了基于力矩平衡模型的理论计算,以讨论颗粒去除机理。此外,执行表面清洁的可视化。


实验装置和程序

通过干冰喷射进行表面清洁的实验装置。通过膨胀高纯度液态CO 2产生干冰喷射。为此,将由不锈钢制成的柔性软管连接到高压CO 2气缸。在软管的末端,安装针阀以控制干冰喷射的流速。在针阀的入口处设置压力计以测量CO 2的内部压力; 在实验中测量的压力超过6MPa。柔性软管和针阀是隔热的,以减少环境和设备之间的热传递。一个50毫米长的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)管安装在针阀的端部以用作凝聚室,用CO2气体从管中排出附聚的干冰颗粒。

图。2实验装置示意图。

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图。3 ABS管和试板的详细信息。

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在表面清洁实验中固定由1mm厚透明玻璃制成的测试板(76×26mm)。该板预先被直径为2.92μm和0.75μm的单一化球形胶乳颗粒污染(Duke Scientific Corp.)。制备方法如下:(1)用喷雾器雾化胶体颗粒; (2)通过含有硅胶的环形圆筒干燥气流携带的颗粒; (3)空气中的颗粒沉积在板的表面上。对于2.92μm颗粒,每单位面积表面的初始颗粒数为约100mm -2,对于0.75μm颗粒,约为600mm -2。

图3显示了ABS管和测试板的配置。用于实验的ABS管的内径为6mm。入射角为π/ 4rad,从管尖到试验板中心的距离在轴向上为20mm。为了评估表面上的射流强度,通过压力传感器(AP-43,Keyence Corp.)测量表面中心处,即喷射轴的冲击点处的局部压力。在测试板上安装直径约1mm的压力抽头,压力传感器从后面连接。还使用温度计在相同位置测量干冰喷射的温度。使用高速显微镜照相机(Fastcam-Max,Photron Ltd.)从测试板后面观察颗粒去除。通过数字图像分析获得去除颗粒污染物的效率。

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为了使表面清洁可视化,将溶解在有机液体中的黑色树脂(合成丙烯酸树脂)垂直喷射在测试板上。在进行实验之前,将树脂在室温条件下干燥1500秒直至形成固体膜。膜的平均厚度为45μm。所有实验均在室温条件下进行(温度:25±2; RH:40-60%)。



 
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