Пьезоэлектрические излучатели

Резонансная частота сложного излучателя определяется не только толщиной керамической пластинки, а общей толщиной па­кета с накладками. В многослойных излучателях верхнюю накладку выполняют из алюминия, а нижнюю — из стали. Так как акустическое сопротивление алюминия в три раза меньше, чем у стали, то амплитуда колебаний на поверхности алюминиевой на­кладки в три раза больше.

Магнитострикционные излучатели бывают двух типов: стерж­невые и плоские. Стержневые излучатели выполняют из стандарт­ных никелевых трубок. При работе трубка сильно нагревается вихревыми токами. Поэтому ее разрезают по образующей и ох­лаждают, используя для этого водяные рубашки. Более просты по конструкции и надежны в работе плоские излучатели, представляющие собой пакеты из вырубленных плоских листов магнитострикционного материала (железа, никеля, кобальта и их сплавов). В пакете плоского излучателя (рисунок ниже) различают стержни 1, окно 2 и ярмо 3, соединяющее стержни.

Типы магнитострикционных излучателей:

а – стержневой (1 – трубка, 2 – обмотка), б – плоский (1 – стержень; 2 – окно, 3 – ярмо, 4 – обмотка)

Магнито-стрикторы, как правило, используют для одностороннего излуче­ния. Для этого на торец магнитостриктора, противоположный излучающему, наклеивают пористую резину. Колебания, отражаясь от этого торца, изменяют фазу на 180° и достигают излучающей поверхности в фазе с прямой волной. В магнитострикторе нагре­ваются как обмотка, так и пакет. Для сохранения нормальных условий работы температура в центральной части вибратора не должна превышать 75 °С. Поэтому магнитостриктор заключают в герметичный бачок с принудительным охлаждением водой, а об­мотку 4 выполняют из специального провода типа БПВЛ.

Из практики известно, что с увеличением удельной мощности свыше 0,4 Вт/см² степень очистки изменяется незначительно. По­этому для очистки подложек и изделий полупроводникового производства можно рекомендовать установки, обеспечивающие ин­тенсивность УЗ-колебаний в диапазоне 0,4—0,5 Вт/см².

В последнее время стали применять УЗ-колебания с частотой около 400 кГц.

Использование таких колебаний вызвано следующими поло­жительными факторами:

более качественной очисткой мелких отверстий, щелей и т. п. за счет уменьшения длины волны;

увеличением расстояния эффективного воздействия УЗ-коле­баний;

уменьшением габаритных размеров и массы УЗ-генераторов и преобразователей.

В технологии изготовления микросхем перемешивание жидких реагентов можно осуществлять устройствами с твердым рабочим органом — механическими мешалками или с газообразным рабочим органом (сжатый воздух, азот и др.) — барботерами. Выбор этих устройств определяется характеристиками перемешиваемой среды, в основном вязкостью.

Необходимо помнить, что понятие «скорость перемешивания» неэквивалентна понятию «скорость обтекания». Так, при переме­шивании мешалкой растворителя вблизи растворяемой твердой поверхности угловая скорость вращения мешалки значительно от­личается от скорости движения жидкости относительно твердой поверхности растворяемого тела (подложки). Скорость движения жидкости (обтекания) может на один-два порядка отличаться от угловой скорости вращения мешалки и мало зависеть от нее.

Эффективность перемешивания определяется затратами энер­гии, необходимыми для получения заданного технологического ре­зультата. Практика использования различных конструкций пере­мешивающих устройств показала, что для невязких сред можно успешно использовать лопастные, пропеллерные и турбинные ме­шалки (рисунок ниже). При вращении лопастей таких мешалок на поверхности жидкости образуется воронка, глубина которой опреде­ляется диаметром мешалки и частотой ее вращения. Нормальная работа мешалки соответствует условиям, при которых глубина воронки меньше глубины расположения лопастей мешалки. Для исключения образования воронки у стенок аппаратов с быстроходными мешалками устанавливают радиальные отражательные перегородки шириной примерно 0,1 диаметра сосуда.

Равномерность перемешивания возрастает по мере опускания мешалки в жидкость и достигает максимума, когда расстояние от мешалки до днища сосуда составляет соответственно 0,1—0,3 и 0,5—1 диаметра для лопастных и для пропеллерных и турбинных мешалок.

К числу первых перемешивающих устройств, примененных на практике, относятся лопастные мешалки (рисунок ниже, а), отличающие­ся простотой конструкции и низкой стоимостью. Как правило, они имеют две лопатой, плоскость которых перпендикулярна плоско­сти днища (прямые лопатки) или расположены под углом (на­клонные лопатки). В последнем случае интенсивность перемеши­вания значительно выше. Лопатки мешалки создают главным об­разом окружную циркуляцию жидкости при незначительной радиально-осевой циркуляции. Лопастные мешалки с высокими лопат­ками (высотой 0,8—1,2 их диаметра) называют листовыми. Та­кие мешалки используют для Процессов растворения при линей­ных скоростях 1,5—4 м/с; они имеют низкую интенсивность пере­мешивания.

Совершенствование лопастных мешалок привело к разработ­ке и широкому применению пропеллерных и турбинных мешалок. Пропеллерные мешалки, выполненные в виде корабельного винта (рисунок ниже, б), создают в аппарате интенсивную циркуляцию среды, что обусловлено возникновением насосного эффекта. Они отлича­ются от мешалок других типов малым расходом энергии. Частота вращения вала составляет 2—30 об/с. Преимуществом таких ме­шалок является возможность муфтового соединения вала мешал­ки с валом электродвигателя. Для исключения образования ворон­ки кроме отражательных перегородок вал мешалки располагают эксцентрично или устанавливают под некоторым углом к оси ван­ны. Для усиления осевой циркуляции пропеллер помещают в диф­фузор (циркуляционную трубу).

Турбинные мешалки (рисунок ниже, в) представляют собой один или два диска с укрепленными на них лопатками. Если лопатки за­ключены между дисками наподобие колеса центробежного насо­са, то такую мешалку называют закрытой турбиной. Наиболее простыми и эффективными являются мешалки с прямыми лопат­ками, расположенными радиально в плоскости, перпендикулярной дну ванны. Мешалки с изогнутыми лопатками потребляют мень­шую мощность.

При обработке поверхности распыленным реагентом (или в ви­де струй) интенсификации процесса очистки достигают увеличе­нием скорости обтекания поверхности реагентом. На межфазной поверхности поддерживается постоянная концентрация реагента за счет непрерывной смены распыленного реагента и удаления с нее продуктов реакции. Немаловажное значение в интенсифика­ции процесса имеет гидравлическое воздействие капель (струй) на поверхность, подобно тому, как деиствует гидромонитор.