化学惰性的兆赫声波换能器系统技术方案

一种兆赫声波清洗系统，包括一个容器，一个谐振器，一个压电晶体（１３０）和一个用于将该谐振器连接于该压电晶体的铟层（１３８）。该容器包括一个用于保存一定体积清洗溶液的液体室。该谐振器选自蓝宝石、石英、碳化硅、氮化硅和陶瓷。该谐振器构成该容器的底部并具有一个与液体室邻接的界面表面。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及兆赫声波(megasonic)清洗系统，它具有连接于压电晶体的化学惰性的谐振器，更具体地说涉及将铟用于把谐振器连接于压电晶体的系统。兆赫声波声能通常用射频交流电压激发晶体产生的。由晶体产生的声能通过一个能量传输件传进清洗液中。能量传输件往往是盛清洗液的容器壁。晶体与其相关部件称之为兆赫声波换能器。例如，美国专利第5,355,048号公开了一种兆赫声波换能器，它由用若干连接层连接于石英窗的压电晶体构成。该换能器在大约850千赫(KHz)下运行。类似地，美国专利第4,804,007号公开了一种兆赫声波换能器，其中由石英、蓝宝石、氮化硼、不锈纲或钽构成的能量传输件用环氧树脂粘接于一压电晶体。压电晶体能够用铟连接于某些物质也是众所周知的。例如，美国专利第3,590,467号公开了一种用铟将压电晶体连接于延迟介质，其中延迟介质由例如玻璃、熔融石英和玻璃陶瓷等物质构成。现有技术中的兆赫声波换能器的一个问题是由兆赫声波换能器在清洗液中产生的声能在活化压电表面限制在每平方厘米10瓦左右，对换能器不提供附加的冷却。由于这个原因，大多数兆赫声波能源的输出受到限制，要求液体或受力的空气冷却，或设计成固定输出的压电换能器。一般是，固定输出系统的功率限制在每平方厘米7～8瓦。这限制了传给清洗溶液的能量大小。如果更多的能量施加给换能器，则晶体发热到使其将能量传输传入清洗溶液的效率降低。这是由于晶体运行在接近于最高温度，或更多是由于用于将晶体连接于传能装置的物质达到失效温度所引起的。现有技术使用兆赫声波换能器的清洗系统的另一个问题是一旦换能器连接于清洗系统，没有一种实际可行的方法替换失效的换能器。着意味着用户必须很高的费用替换失效的换能器，例如，买一台全新的清洗容器。当能源施加于该晶体时该压电晶体能够产生频率为0.4～2.0兆赫的声能。连接层包括铟并位于谐振器和压电晶体之间以便使压电晶体连接于能量传输件。一个由铬、铜和镍构成的第一粘接层设置成与压电晶体表面接触，一个由银构成的第一润湿层位于第一粘接层与连接层之间，以有助于将该连接层连接于第一粘接层。一个由铬、铜和镍构成的第二粘接层设置成与谐振器的表面接触。一个由银构成的第二润湿层位于第二粘接层和连接层之间，用于帮助将该连接层连接于该第二粘接层。图6是根据本专利技术的兆赫声波清洗系统的分解视图；和图7是本专利技术的电路原理示意图。优选实施例的说明附图说明图1是一个声换能器部件10的截面图，包括一个声换能器14，一个弹簧/按钮式电接线板18和一个壳体22。该声换能器14包括一个连接于一个压电晶体30的谐振器26。电接线板18包括一个印刷电路板(PCB)34，它具有多个第一弹簧/按钮式接线柱38和多个连接于它的第二弹簧/按钮式接线柱42。壳体22是一个包围电接线板18盒子，使电接线板不受外部环境的影响。电接线板18和声换能器14位于壳体22内的空腔46中。谐振器26构成壳体22的壁的一部分，它盖住并密封空腔46。谐振器26的一个表面50构成声换能器部件10的一个外侧。在该优选实施例中，声换能器14用于产生在清洗设备中的兆赫声波声能，用于清洗半导体晶片。表面50将与清洗设备中的清洗液体接触。图2示出声换能器14，它包括由一铟层60连接于谐振器26的压电晶体30。在该优选实施例中，多个外层设置在压电晶体30和谐振器26之间以便于连接。特别是，一个第一金属层64设置在邻接于铟层60的前表面68。一个第二金属层72设置在邻接于该铟层60的后表面76。一个阻挡(blocking)层80位于金属层72和压电晶体30之间以促进粘接。在该优选实施例中，该阻挡层80由铬-镍合金构成，而金属层64和72由银构成。该阻挡层80的最小厚度大约500而金属层72的厚度大约为500。在该优选实施例中，压电晶体30由锆钛酸铅(PZT)组成。然而，如该领域众所周知，压电晶体30可以包括许多其他物质，例如钛酸钡、石英或聚偏氟乙烯树脂(PVDF)。在该优选实施例中，两个长方形的PZT晶体用于该换能器14中，并且每个PZT晶体是各自激发的。一个阻挡/粘接层84将金属层64与谐振器26分开。在该优选实施例中，该阻挡/粘接层84由一层镍-铬合金构成，其厚度约为500。然而，其他物质和/或厚度也可以用做阻挡层84。阻挡层84的功能是为金属层64提供一个粘接层。在该优选实施例中，金属层64由银构成，并且其厚度约为500。然而，其他物质和/或厚度也可以用做金属层64。金属层64的功能是为熔融的铟提供一个润湿表面。在压电晶体30的背面还设置一个附加层。具体说，在压电晶体30的背面设置一个金属层86，并且它基本覆盖晶体30背面的全部表面区域。一般来说，该金属层86是用晶体制造者施加于该压电晶体30。该层86的功能从图1所示的一组弹簧/按钮式接线柱上导电，以便在晶体30上产生电压。最好是，金属层86由银、镍或其他导电层构成。在该优选实施例中，铟层60由纯铟(99.99％)构成，这种铟可以从Arconium或Indalloy公司买到。然而也可以用含有不同量的非纯金属的铟合金，虽然其效果差一点。使用纯铟和铟合金的好处是铟具有良好的剪切性，使得具有不同膨胀系数的材料能够连接在一起并能经受热循环而不损坏被连接的材料。在该优选实施例中，谐振器26是一片蓝宝石(Al2O3)。最好是，该蓝宝石是高等级的蓝宝石，具有99.999％的标示(5，9s+纯度)。但是，其他材料，例如不锈钢、钽、铝、硅化合物(如石英)、陶瓷和塑料也可以用做谐振器26。谐振器26目的是将压电晶体30与清洗过程中所用的液体分离(隔离)，以使液体不会损坏压电晶体30。这样，用做谐振器26材料通常受液体的性质所支配，至少部分地受液体的性质所支配。谐振器26还必须能将晶体30产生的声能传入液体中。当被兆赫声波清洗装置清洗的东西要求万亿分之一的不纯度(parts pertrillion purity)时，蓝宝石是一种做谐振器的理想的材料。例如半导体晶片要求这种纯度。在该优选实施例中，谐振器26的厚度为“e”，它最好是压电晶体30发射的声能波长的多个半波长，以便使反射最小。例如，对于蓝宝石“e”大约是6毫米而声能大约是925KHz。图3更详细地示出了弹簧/按钮式电接线板18。每个第一弹簧/按钮式接线柱38包括一个银上按钮90和一个银下按钮94。银上按钮90和银下按钮94连接于一个镀银的弹簧98并焊接于印刷电路板(PCB)34以便接线柱38能提供一个与换能器14的电连接。银上按钮90的厚度为“t”，大约是0.15英寸。类似地，每个第二弹簧/按钮式接线柱42包括一个银上按钮98和一个银下按钮102。银上按钮98和银下按钮102连接于一个镀银的弹簧106并焊接于印刷电路板PCB 34，以便接线柱42能够提供一个与声换能器14的电连接。银上按钮98的厚度为“r”，大约是0.10英寸。一般来说，厚度“t”大于厚度“r”，因为第一弹簧/按钮式接线柱38比第二弹簧/按钮式接线柱42伸展得更向上使与声换能器14接触(见图1和图2)。一个射频发生器为PCB提供电压。该PCB 34包括与弹簧/按钮式接线柱38和42的电连接，使弹簧/按钮式接线柱38的极性为正。弹簧/按钮式接线柱42本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兆赫声波清洗系统，包括：一个容器，它具有一个保存一定体积清洗溶液的液体室；一个谐振器，选自蓝宝石、石英、碳化硅、氮化硅和陶瓷，该谐振器具有一个邻接液体室的界面表面，当清洗溶液的体积存在于该液体室时该界面表面与至少一定量的清洗溶液 接触；一个压电晶体，当电源施加给该压电晶体时用于产生频率范围为０．４～２．０Ｍｈｚ的声能；一个由铟构成的结合层，设置在该谐振器和该压电晶体之间，用于将该压电晶体连接于能量传输件。

【技术特征摘要】
US 1999-8-27 09/384,947;US 2000-4-5 09/543,204;US 1.一种兆赫声波清洗系统，包括一个容器，它具有一个保存一定体积清洗溶液的液体室；一个谐振器，选自蓝宝石、石英、碳化硅、氮化硅和陶瓷，该谐振器具有一个邻接液体室的界面表面，当清洗溶液的体积存在于该液体室时该界面表面与至少一定量的清洗溶液接触；一个压电晶体，当电源施加给该压电晶体时用于产生频率范围为0.4～2.0Mhz的声能；一个由铟构成的结合层，设置在该谐振器和该压电晶体之间，用于将该压电晶体连接于能量传输件。2.根据权利要求1的兆赫声波清洗系统，其中结合层的铟由至少99.99％的纯铟构成。3.根据权利要求1的兆赫声波清洗系统，其中谐振器由蓝宝石构成。4.根据权利要求1的兆赫声波清洗系统，其中谐振器由石英构成。5.根据权利要求1的兆赫声波清洗系统，其中压电晶体由锆钛酸铅构成。6.一种兆赫声波清洗系统，包括一个容器，它具有一个用于保存一定体积清洗溶液的液体室；一个谐振器，选自蓝宝石、石英、碳化硅、氮化硅和陶瓷，该谐振器具有一个邻接液体室的界面表面，当清洗溶液存在于该液体室时该界面表面与至少一定量清洗溶液接触；一个压电晶体，当电源施加给该压电晶体时用于产生频率范围为0.4～2.0Mhz的声能；一个由铟构成的结...

【专利技术属性】
技术研发人员：MJ贝克，RB韦内贝克，
申请(专利权)人：产品系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]