초음파 세척기에 대해서

초음파 세척기에 대해서

공산품의품질을높이는초음파

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초음파 세척은 물이나 용제를 초음파로 진동시켜 피세척물(워크)에 부착된 기름이나 미세한 티끌, 오염물 등을 세척하는 기술입니다.

가까운 곳에는 안경점 매장에 놓여 있는 안경을 씻기 위한 초음파 세정기가 있습니다.

산업용으로서는, 기계 부품의 금형, 공구등의 절삭유, 절삭분·절분(키리코), 연마분(버프분)이나 이형제의 제거, 도금전의 탈지 세정, 무연인 프린트 기판의 플럭스의 제거나 반도체 부품의 세정 등, 폭넓은 용도로 이용되고 있어 공업제품의 수율 향상, 품질 향상에 크게 공헌하고 있습니다.

초음파 세척기는 '세척' 뿐만 아니라 탈포·탈기, 분산, 교반이나 파쇄 등의 용도로 사용되고 있습니다.

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초음파에 의한 세정 원리

초음파 세척은 초음파의 '물리적 작용'과 세정액의 '화학적 작용'을 조합하여 세척효과를 얻습니다.

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물리적 작용

캐비테이션, 진동 가속도, 직진류 등이 오염을 박리, 분산, 유화합니다.

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화학적 작용

세정액에 의한 화학적 작용과 초음파에 의한 화학 반응 촉진 작용이 오염을 용해·분해합니다.

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초음파 세척 장치

액체 속에는 무수한 기체분자가 존재하며 20kHz에서 100kHz 정도의 강력한 초음파가 액중에 조사될 때 정, 부의 압력이 그 기체분자에 번갈아 걸립니다.

양의 압력으로 압축된 기체 분자는 다음 순간에는 마이너스 압력에 의해 심하게 팽창합니다.

이 반복에 의해 압축 시에 기체 분자는 매우 높은 압력을 가지고 그 한계에서 튕겨져 소멸합니다.

이 매우 큰 충격적 압력의 발생을 "캐비테이션 현상"이라고 하며, 거품이 터질 때의 충격파가 워크에 작용하여 이물질을 박리시키는 작용을 "캐비테이션 효과"라고 합니다.

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주로 저, 중주파수 세정 작용입니다.

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실제로 초음파 세척기를 사용하는데 있어 캐비테이션은 액심, 액종에 따라서도 발생방법이 변화합니다.

따라서 양호한 초음파 세척을 실시하기 위해서는 이러한 관리가 반드시 필요합니다.

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저주파 세정 작용

입자 가속도에 의한 세정

 

 

 

가속도에 의한 초음파 세척은 물분자가 가속되면서 워크에 부딪히고 그 충격에 의해 워크에서 파티클을 박리시킵니다.

주파수가 높을수록 효과가 좋다 이, 부착력이 약한 매우 미세한 파티클 박리에 유효합니다.

가속도는 주파수 배수의 제곱에 비례하여 커지고 파장도 작아져 더 미세한 파티클에 대해 유효합니다.

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주로 중, 고주파 세정 작용입니다.

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직진류에 의한 세척

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초음파에너지가 0.5W/cm2 이상이 되면 진동면에서 먼 곳을 향해 직진류가 발생합니다.

이것이 먼지 분산에 기여하고 있다고 생각됩니다.

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주로 중, 고주파 세정 작용입니다.

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저주파 세정 작용

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배치식 세척기

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금속, 수지 부품의 탈지 세정, 정밀 금속 부품 세척

캐비테이션에 의한 충격압이 완고한 오염 세정에 효과적입니다.

기계 부품의 금형, 공구 등의 절삭유, 절삭분·절분(키리코), 연마분(버프분)이나 이형제의 제거, 도금 앞의 탈지 세정, 무연 프린트 기판의 플럭스 제거 등의 "일반 세정"에 적합합니다.

그러나 캐비테이션은 액심·액종에 따라서도 발생방법이 변화하므로 양호한 초음파 세척을 실시하려면 이러한 관리가 필수적입니다.관리가 불충분하다 라고, 초음파가 유효하게 액내에 나오지 않을 뿐만 아니라, 진동면을 손상시켜(에로전) 진동판의 열화를 앞당길 우려가 있습니다.

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※엘로전:초음파 캐비테이션 현상으로 발생한 물리력에 의해 알루미늄 등 부드러운 소재의 표면이 침식되어 버리는 현상입니다.

에로젼의 발생량은 초음파의 강도에 비례하여 주파수에 반비례하게 되는 것입니다.

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정재파(세정 얼룩)에 대하여

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세척촌 초음파를 조사하면 액내에 주파수에 따른 '정재파'가 발생합니다.

λ/2의 정수배마다 오염이 잘 되는 곳이 발생합니다.(우박은 1파장)

더러움이 떨어지는 한편, 워크에 손상을 줄 가능성도 있는 것입니다.

정재파의 영향을 보다 줄이기 위해 워크의 요동이나 다주파 발진 등도 고려합니다.

오염의 쉽게 떨어지거나 워크에 주는 손상을 균형있게 확인할 필요가 있습니다.

 

중, 고주파 세정 작용

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배치식 세척기

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반도체 웨이퍼의 배치처리 세정

배치식 세척기 일러스트 반도체 웨이퍼를 MHz대 초음파 세정조에 넣고 여러 매수 동시에 세척하는 방법입니다.

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(1)한 번에 많은 웨이퍼를 세척할 수 있기 때문에 시간 단축에 도움이 된다.

(2) 매엽식에 비해 세정액이 비교적 적음

(3) 이중조 등 약액의 사용이 용이하다는 등의 이유로 이 방식은 주류가 되고 있습니다.

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일반적으로 배치식으로 약액을 사용할 때에는 세정조와 석영조의 이중 구조로 간접적으로 조사하는 딥식 세척이 많이 사용되고 있습니다.

또한 석영조를 사용하면 금속이온이나 불순물의 용출을 피하고 클린도를 유지하는 효과도 얻을 수 있습니다.

그러나 배치식 세척은 기판의 대형화에 따라 장치의 대형화와 기판 패턴의 미세화에 따라 파티클의 재부착이 문제로 제시되고 있습니다.

석영진동체세척기

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손상이 적고, 고클린도를 실현하는 차세대 세정

석영 진동체형 세정 일러스트 2006년에 혼다 전자는 세계 최초가 되는 석영 진동체형 초음파 세정 유닛을 개발했습니다.

본 방식으로는 석영 진동체에 초음파를 중첩시켜 반도체 웨이퍼를 세정합니다.

배치식이나 유수식에 비해 약액 사용량을 삭감할 수 있는 점, 접액부가 석영 유리와 내약품성 수지로만 패킹 등의 고무재가 접액되지 않아 깨끗한 점 등의 특징이 있습니다.

또한 석영 진동체의 형상을 바꾸어저 데미지 세척이나 대면적 세척,잘 떨어지지않는 베벨(단면)이 나노수치(웨이퍼단면절삭)부분의 세정등 니즈에 따라 효과적인 세척을 실시할 수 있게 됩니다.

 

유수식 세척기

세계최초로개발한유수식세척

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유수식 진동자 일러스트 1986년 세계에서 처음으로 개발되여 사용했습니다.

노즐 선단에서 방사시킨 흐르는 물에 MHz대의 고주파 초음파를 중첩시켜 워크를 정밀 세정합니다.

방사된 유수는 초음파의 전파와 동시에 초음파 작용으로 박리된 오염의 수송 매체로 기능합니다.

 

 https://www.smartinst.co.kr/