高频超声清洗中声场分布的仿真及实验研究.pdf

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1、第35卷第4期河北科技大学学报Vo1．35，No．42014年8月Journa1ofHebeiUniversityofScienceandTechnologyAug．2014文章编号：1008—1542(2014)04-0324—06doi：10．7535／hbkd．2014yx04003高频超声清洗中声场分布的仿真及实验研究谢爱云，黄雅婷，冯涛，董秀萍(北京工商大学材料与机械工程学院，北京100048)摘要：高频超声乃至兆声清洗广泛应用于半导体器件的超精密清洗，可以有效去除纳米颗粒污染。其中，声能在

2、声场中的分布决定了清洗效果，包括去除均匀性和清洗对象破坏。对于矩形清洗槽内的声场分布，采用简正分解理论直接求解声压分布。结果表明，兆声声能集中于声源辐射轴所在的局部区域，声压波腹和波节分布反映声源振动面形状，而超声波声能扩散至全声场。采用水听器对超声波声场声压分布进行测量，与理论结果相符。由于截断误差和非线性空化误差的存在，理论值小于实验测量结果。关键词：兆声清洗；纳米颗粒；声场；计算机仿真中图分类号：TN305文献标志码：ASimulationandexperimentsresearchofacou

3、sticfielddistributioninhighfrequencyultrasoniccleaningXIEAiyun，HUANGYating，FENGTao，DONGXiuping(SchoolofMaterialsandMechanicalEngineering，BeijingTechnologyandBusinessUniversity，Beijing100048，China)Abstract：Highfrequencyultrasonic，evenmegasonicbathcleanin

4、ghasbeenoneofthemostsuccessfultechniquesfornano—particleremovalinsemiconductormanufactura1．Themegasonicenergyinsoundfielddeterminesthecleaningeffect，includingtheuniformityremovalandobiectdestructioncleaning．Thedistributionofsonicpressureinawetcleaningba

5、thissimulatedbasedonnormalmodedecompositiontheorem．TheresultsshowthatmegasonicwavecanfocusonthelocaIareaofsoundradi—ationzoneaxis，andthedistributionofwavenodesreflectstheshapeofvibrationsource，whichisdifferentfromlowfrequencyultrasonicwithdiffusesounden

6、ergy．Themeasurementofultrasonicsoundpressurehydrophoneisconsistentwiththetheoreti—calresults．ThetheoryvalueiS1owerthantheexperimentvalueduetothecut-offerrorandnonlinearcavitationeffect．Keywords：megasoniccleaning；nano—particle；acousticfield；computersimul

7、ation兆声清洗广泛应用于半导体制造行业。兆声清洗由超声波清洗发展而来，20～800kHz为超声，800kHz以上频率的声波称为兆声波。兆声清洗采用兆声清洗槽水浴。或兆声喷嘴喷射清洗液引，将声波能量通过清洗液传递到物料表面。高频交变声压导致流体振动、空化气泡产生、微气泡振动、边界层减薄等诸多效应。在高速流体对表面不断冲击下，表面吸附的颗粒等污染物暴露后被提拉或滚动除去。收稿日期：2014—03-14；修回日期：2014-04—18；责任编辑：张士莹基金项目：国家自然科学基金(51205006)作者简

8、介：谢爱云(1989一)，男，湖北荆州人，硕士研究生，主要从事半导体制造及摩擦学方面的研究通讯作者：黄雅婷博士。E—mail：huangyating@th．btbu．edu．cn谢爱云，黄雅婷，冯涛，等．高频超声清洗中声场分布的仿真及实验研究[J]．河北科技大学学报，2014，35(4)：324—329．XIEAiyun，HUANGYating，FENGTao，eta1．Simulationandexperimentsresearchofacoustic