Ultradźwiękowe dyspergowanie środków polerskich (CMP)

Niejednorodna wielkość cząstek i niejednorodny rozkład wielkości cząstek powodują poważne uszkodzenia polerowanej powierzchni podczas procesu CMP.
Dyspergowanie ultradźwiękowe jest doskonałą techniką dyspergowania i deaglomeracji nanocząstek polerskich.
Jednorodna dyspersja uzyskana dzięki sonikacji zapewnia doskonałą obróbkę powierzchni metodą CMP, pozwalając uniknąć zarysowań i defektów spowodowanych przez zbyt duże ziarna.

Ultradźwiękowe dyspergowanie cząstek polerskich

Zawiesiny do chemiczno-mechanicznego polerowania / planaryzacji (CMP) zawierają ścierne (nano-)cząstki zapewniające pożądane właściwości polerskie. Powszechnie stosowane nanocząstki o właściwościach ściernych obejmują dwutlenek krzemu (krzemionka, SiO₂), tlenek ceru (ceria, CeO₂), tlenek glinu (alumina, Al₂O₃), α- i y-Fe₂0₃, a także między innymi nanodiamenty. Aby uniknąć uszkodzeń polerowanej powierzchni, cząstki ścierne muszą mieć jednolity kształt i wąski rozkład wielkości ziaren. Średnia wielkość cząstek wynosi od 10 do 100 nanometrów, w zależności od składu zawiesiny CMP i jej zastosowania.
Dyspergowanie ultradźwiękowe jest dobrze znane jako metoda wytwarzania jednorodnych dyspersji o długotrwałej stabilności. Ultradźwiękowa kawitacja i siły ścinające przekazują wymaganą energię do zawiesiny, dzięki czemu aglomeraty zostają rozbite, siły van der Waalsa przezwyciężone, a nanocząstki ścierne równomiernie rozmieszczone. Sonikacja umożliwia zmniejszenie wielkości cząstek dokładnie do docelowej wielkości ziaren. Dzięki równomiernej obróbce ultradźwiękowej zawiesiny można wyeliminować zbyt duże ziarna i nierównomierny rozkład wielkości – zapewniając pożądaną szybkość usuwania materiału w procesie CMP przy jednoczesnym minimalizowaniu występowania zarysowań.

Zalety ultradźwiękowego dyspergowania zawiesin CMP

docelowa wielkość cząstek
wysoka jednorodność
stężenie fazy stałej od niskiego do wysokiego
wysoka niezawodność
precyzyjna kontrola
dokładna odtwarzalność
liniowe, płynne zwiększanie skali

Ultradźwiękowe dyspergowanie cząstek polerskich w zawiesinach CMP i innych zawiesinach.

Homogenizatory ultradźwiękowe służą do dyspergowania i mielenia środków polerskich

Ultradźwiękowe dyspergowanie krzemionki pirogenicznej: homogenizator ultradźwiękowy Hielscher UP400S szybko i skutecznie dysperguje proszek krzemionkowy, rozdzielając go na pojedyncze nanocząstki.

Tlenek ceru(IV), znany również jako tlenek cerowy, ditlenek cerowy, ceria, tlenek ceru lub ditlenek ceru, można wydajnie i równomiernie mielić oraz dyspergować za pomocą ultradźwięków. Dyspergatory ultradźwiękowe rozdrabniają cząstki tlenku ceru do rozmiarów mikrometrowych i nanometrowych, np. do zastosowania jako materiały polerskie.

Dyspergowanie ultradźwiękowe jest niezawodną i wysoce wydajną technologią wytwarzania nanocząstek tlenku ceru.

Ultradźwiękowe przygotowywanie formulacji CMP

Mieszanie ultradźwiękowe stosuje się w wielu gałęziach przemysłu do wytwarzania stabilnych zawiesin o lepkości od niskiej do bardzo wysokiej. Aby wytworzyć jednorodne i stabilne zawiesiny CMP, materiały ścierne (np. krzemionkę, nanocząstki tlenku ceru, α- i y-Fe₂0₃ itp.), dodatki i substancje chemiczne (np. substancje alkaliczne, inhibitory korozji, stabilizatory) dysperguje się w cieczy bazowej (np. wodzie oczyszczonej).
Z punktu widzenia jakości zawiesin polerskich o wysokiej skuteczności niezbędne jest, aby zawiesina wykazywała długotrwałą stabilność i wysoce jednorodny rozkład cząstek.
Ultradźwiękowe dyspergowanie i przygotowywanie formulacji dostarczają energii potrzebnej do deaglomeracji i rozmieszczenia ściernych środków polerskich. Możliwość precyzyjnego kontrolowania parametrów obróbki ultradźwiękowej zapewnia najlepsze wyniki przy wysokiej wydajności i niezawodności.

Dyspergowanie ultradźwiękowe jest wysoce wydajną metodą dyspergowania ściernych środków polerskich w zawiesinach CMP.

Dyspergator ultradźwiękowy UP400St do wytwarzania zawiesin CMP w laboratorium.

Systemy dyspergowania ultradźwiękowego

Hielscher Ultrasonics dostarcza systemy ultradźwiękowe o dużej mocy do dyspergowania materiałów o nanometrowej wielkości cząstek, takich jak krzemionka, tlenek ceru, tlenek glinu i nanodiamenty. Niezawodne procesory ultradźwiękowe dostarczają wymaganą energię, zaawansowane reaktory ultradźwiękowe tworzą optymalne warunki procesu, a operator ma precyzyjną kontrolę nad wszystkimi parametrami, dzięki czemu wyniki procesu ultradźwiękowego można dokładnie dostosować do pożądanych celów procesu (takich jak wielkość ziaren, rozkład cząstek itp.).
Jednym z najważniejszych parametrów procesu jest amplituda ultradźwięków. Oferowane przez Hielscher przemysłowe systemy ultradźwiękowe mogą niezawodnie zapewniać bardzo wysokie amplitudy. Amplitudy do 200µm można z łatwością utrzymywać w ciągłej pracy w trybie 24/7. Możliwość pracy przy tak wysokich amplitudach zapewnia osiągnięcie nawet bardzo wymagających celów procesu. Wszystkie nasze procesory ultradźwiękowe można dokładnie dostosować do wymaganych warunków procesu i łatwo monitorować za pomocą wbudowanego oprogramowania. Zapewnia to najwyższą niezawodność, stałą jakość i odtwarzalne wyniki. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych Hielscher umożliwia pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających warunkach otoczenia.

Przemysłowy homogenizator ultradźwiękowy do wydajnego dyspergowania i mielenia środków polerskich.

MultiSonoReactor MSR-4 to przemysłowy homogenizator przepływowy odpowiedni do przemysłowej produkcji płuczek wiertniczych. Sonikacja służy do dyspergowania i mielenia środków polerskich.

Powiązane tematy

Literatura / Źródła

Mondragón Cazorla R., Juliá Bolívar J. E.,Barba Juan A., Jarque Fonfría J. C. (2012): Characterization of silica–water nanofluids dispersed with an ultrasound probe: A study of their physical properties and stability. Powder Technology Vol. 224, 2012.
Pohl M., Schubert H. (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. Partec, 2004.
Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.

Warto wiedzieć

Planaryzacja chemiczno-mechaniczna (CMP)

Zawiesiny do chemiczno-mechanicznego polerowania/planaryzacji (CMP) służą do wygładzania powierzchni. Zawiesina CMP składa się z komponentów chemicznych i mechaniczno-ściernych. CMP można zatem opisać jako metodę łączącą trawienie chemiczne i polerowanie ścierne.
Zawiesiny CMP są szeroko stosowane do polerowania i wygładzania powierzchni tlenku krzemu, krzemu polikrystalicznego i metali. Podczas procesu CMP usuwa się nierówności z powierzchni płytek (np. półprzewodnikowych, fotowoltaicznych i stanowiących elementy urządzeń elektronicznych).

Substancje powierzchniowo czynne

Aby uzyskać formulację CMP o długotrwałej stabilności, dodaje się substancje powierzchniowo czynne, które utrzymują nanocząstki w jednorodnej zawiesinie. Powszechnie stosowane środki dyspergujące mogą być kationowe, anionowe lub niejonowe i obejmują dodecylosiarczan sodu (SDS), chlorek cetylopirydyniowy (CPC), sól sodową kwasu kaprynowego, sól sodową kwasu laurynowego, decylosiarczan sodu, heksadecylosiarczan sodu, bromek heksadecylotrimetyloamoniowy (C₁₆TAB), bromek dodecylotrimetyloamoniowy (C₁₂TAB), Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 i A20.