超聲波清洗機換能器頻率、功率及清洗劑的選擇:
1. 頻率的選擇:
目前超聲波清洗機的工作頻率根據(jù)清洗對象,大致分為三個頻段:低頻超聲清洗(20——50KHz) ,高頻超聲清洗(50——200KHz) 和兆赫超聲清洗
(700KHz——1MHz 以上) 。低頻超聲清洗適用于大部件表面或者污物與清洗件表面結(jié)合強度高的場合。頻率的低端,空化強度高,易腐蝕清洗件表面,不適宜清洗表面光潔度高的部件,而且空化噪聲大。
超聲空化閾值和超聲波的頻率有密切關(guān)系。頻率越高,空化閾越高,換句話說,頻率越高,在液體中要產(chǎn)生空化所需要的聲強或聲功率也越大;頻率低,空化容易產(chǎn)生。同時在低頻情況下,液體受到的壓縮和稀疏作用有更長的時間間隔,使氣泡在崩潰前能生長到較大的尺寸,增高空化強度,有利于清洗作用。40KHz 左右的頻率,在相同聲強下,產(chǎn)生的空化泡數(shù)量比頻率為20KHz 時多,穿透力較強,宜清洗表面形狀復(fù)雜或有盲孔的工件,空化噪聲較小。但空化強度較低,適合清洗污物與被清洗件表面結(jié)合力較弱的場合。高頻超聲清洗適用于計算機精密零部件的清洗。對于一些難清洗干凈的污物,例如金屬表面的氧化物,化纖噴絲板孔中污物的清洗,則需要采用較高的聲強。此時被清洗面應(yīng)貼近聲源,這時大多不采用槽式清洗器,而用棒狀聚焦式換能器直接插入清洗液靠近清洗件的表面進行清洗。而微電子元件的精密清洗,如磁盤、驅(qū)動器,讀寫頭,液晶玻璃及平面顯示器,微組件和拋光金屬件等的清洗,這些清洗對象要求在清洗過程中不能受到空化腐蝕,要能洗掉微米級的污物。兆赫超聲清洗適用于集成電路芯片、硅片及簿膜等的清洗,能去除微米、亞微米級的污物而對清洗件沒有任何損傷,因為此時不產(chǎn)生空化。其清洗機理主要是聲壓梯度,粒子速度和聲流的作用。特點是清洗方向性強,被清洗件一般置于與聲束平行的方向。
2. 功率的選擇:
超聲波清洗效果不一定與(功率×清洗時間)成正比,有時用小功率,花費很長時間也沒有清除污垢。而如果功率達到一定數(shù)值,有時很快便將污垢去除。若選擇功率太大,空化強度將大大增加,清洗效果是提高了,但這時使較精密的零件也產(chǎn)生蝕點,得不償失,而且清洗缸底部振動板處空化嚴重,水點腐蝕也增大,在采用三氯乙烯等有機溶劑時,基本上沒有問題,但采用水或水溶性清洗液時,易于受到水點腐蝕,如果振動板表面已受到傷痕,強功率下水底產(chǎn)生空化腐蝕更嚴重,因此要按實際使用情況選擇超聲功率。
3. 清洗劑的選擇:
a. 清洗劑的分類:
目前市面上清洗劑的廠家很多,清洗劑的品種也五花八門,按照是否與水互溶來分,有可溶于水的水基清洗劑和不溶于水的溶劑型清洗劑。 b. 非ODS 溶劑和環(huán)保清洗劑: ODS 溶劑即對地球環(huán)境特別是對地球大氣層中臭氧層中的臭氧起破壞
作用、造成地球環(huán)境惡化如氣溫上升、氣候變暖等等的有關(guān)像氟利昂(CFC-113),三氯乙烷(TCA ),二氯甲烷,四氯化碳,四氯乙烯(也稱全氯乙烯) 、天臘水、苯、甲苯等氟化物、鹵代烴化合物的統(tǒng)稱。
在中國使用ODS 溶劑zui典型的行業(yè)是液晶LCD (液晶)的清洗,LCD 清洗屬于精密清洗領(lǐng)域,對清洗的質(zhì)量、效率要求很高,以前LCD 工廠大多使用的是ODS 清潔劑和超聲氣相清洗技術(shù),在上加速淘汰ODS 清潔劑的壓力下,LCD 廠正在積極選用替代ODS 清潔劑(或稱非ODS 清洗劑) ,替代清洗劑必須保證清洗的LCD 質(zhì)量不低于原用ODS 清洗劑的清洗標準, 甚至更高。
到目前為止,LCD 行業(yè)已有15家企業(yè)參與了《中國清洗行業(yè)ODS 整體淘汰計劃》,并獲得多邊基會贈款。其中已有10家企業(yè)的替代設(shè)備投入運行。但仍有少數(shù)LCD 廠繼續(xù)使用CFC-113及TCA 。部分已淘汰ODS 清洗劑的企業(yè)也面臨進一步優(yōu)選工藝、設(shè)備及非ODS 清洗劑,以便提高LCD 清洗品質(zhì)及效益的問題。
適用于LCD 行業(yè)的非ODS 清洗劑有水基、半水基和溶劑型三種, 水基、半水基清洗劑適用于超聲水洗工藝路線,溶劑型清洗劑適用于氣相超聲清洗工藝路線。
水基、半水基及溶劑型三種替代清洗劑中,水基清洗劑的清洗速度遠遠不及溶劑和半水基型清洗劑。其原因有二:一是水基清洗劑去除LCD 殘留液晶以表面活性劑與液晶的乳化作用為主,乳化對超聲波的依賴性較大;二是水的表面張力比溶劑大,對狹縫的濕潤性能較差。而表面張力較低的半水基和溶劑型清洗劑與液晶是一種溶解作用。
可用于直接替代CFC-113氣相清洗劑的溶劑型清洗劑包括HCFC 、HFC 、n-PB 、HFE 、低沸點碳氫化合物及其含氧衍生物。其中HCFC 類如HCFC141b 、HCFC225, 因ODP (臭氧層破壞系數(shù),CFC-113=1)值不等于0,為過渡性替代物;n-PB 等鹵代烴在有水存在時對ITO 具有較大的腐蝕性, 而且n-PB 的毒性至今尚無定論;HFC 及HFE 類的優(yōu)點是ODP 等于0,但價格昂貴,且HFC4310具有*的GWP 值(地球溫室效應(yīng)系數(shù)),低沸點的碳氫化合物及其含氧衍生物zui大的問題是易燃易爆,使用該類清洗劑必須采用有防爆功能的清洗設(shè)備。
4. 影響超聲波清洗機清洗效果的幾個因素:
a. 溫度的影響:
水清洗液zui適宜的清洗溫度為40-60℃,尤其在天冷時若清洗液溫度低空化效應(yīng)差,清洗效果也差。因此有部分清洗機在清洗缸外邊繞上加熱電熱絲進行溫度控制,當溫度升高后空化易發(fā)生,所以清洗效果較好。當溫度繼續(xù)升高以后,空泡內(nèi)氣體壓力增加,引起沖擊聲壓下降,反應(yīng)出這兩因素的相乘作用。
b. 清洗劑的影響:
清洗劑的選擇要從兩個方面來考慮:一方面要從污物的性質(zhì)來選擇化學(xué)作用效果好的清洗劑;另一方面要選擇表面張力、蒸氣壓及枯度合適的清洗劑,因為這些特性與超聲空化強弱有關(guān)。液體的表面張力大則不容易產(chǎn)生空化,但是當聲強超過空化閾值時,空化泡崩潰釋放的能量也大,有利于清洗。高蒸氣壓的液體會降低空化強度,而液體的粘滯度大也不容易產(chǎn)生空化,因此蒸氣壓高和粘度大的潔洗劑都不利于超聲清洗。 此外,清洗液的溫度和靜壓力都對清洗效果有影響,清洗液溫度升高時,空化核增加,對空化的產(chǎn)生有利,但是溫度過高,氣泡中的蒸氣壓增大,空化強度會降低,所以溫度的選擇要同時考慮對空化強度的影響,也要考慮清洗液的化學(xué)清洗作用每一種液體都有一空化活躍的溫度,水較適宜的溫度是60——C,此時空化zui活躍。 清洗液的靜壓力大時,不容易產(chǎn)生空化,所以在密閉加壓容器中進行超聲清洗或處理時效果較差。