Dispersão ultra-sónica de agentes de polimento (CMP)
- O tamanho não uniforme das partículas e a distribuição não homogénea do tamanho das partículas causam danos graves na superfície polida durante um processo CMP.
- A dispersão ultra-sónica é uma técnica superior para dispersar e desaglomerar partículas de polimento de tamanho nanométrico.
- A dispersão uniforme alcançada pela sonicação resulta num processamento CMP superior de superfícies, evitando riscos e falhas devido a grãos de grandes dimensões.
Dispersão ultra-sónica de partículas de polimento
As pastas de polimento químico-mecânico/planarização (CMP) contêm (nano-)partículas abrasivas para proporcionar as propriedades de polimento desejadas. As nano-partículas com abrasividade comummente utilizadas incluem o dióxido de silício (sílica, SiO2), óxido de cério (céria, CeO2), óxido de alumínio (alumina, Al2O3), α- e y-Fe203nanodiamantes, entre outros. Para evitar danos na superfície polida, as partículas abrasivas devem ter uma forma uniforme e uma distribuição granulométrica estreita. O tamanho médio das partículas varia entre 10 e 100 nanómetros, dependendo da formulação do CMP e da sua utilização.
A dispersão ultra-sónica é bem conhecida por produzir dispersões uniformes e estáveis a longo prazo. Ultrassónica cavitação e as forças de cisalhamento acoplam a energia necessária à suspensão para que os aglomerados sejam quebrados, as forças de van the Waals superadas e as nanopartículas abrasivas distribuídas uniformemente. Com a sonicação, é possível reduzir o tamanho das partículas exatamente para o tamanho de grão pretendido. Através do processamento ultrassónico uniforme da pasta, os grãos de tamanho excessivo e a distribuição de tamanho desigual podem ser eliminados – assegurando uma taxa de remoção de CMP desejada e minimizando a ocorrência de riscos.
- tamanho de partícula pretendido
- elevada uniformidade
- concentração de sólidos baixa a elevada
- elevada fiabilidade
- controlo preciso
- reprodutibilidade exacta
- aumento de escala linear e contínuo
Os homogeneizadores ultra-sónicos são utilizados para dispersar e moer agentes de polimento
A dispersão ultra-sónica é uma tecnologia fiável e altamente eficiente para a produção de nanopartículas de óxido de cério.
Formulação ultra-sónica de CMP
A mistura e a mistura ultra-sónicas são utilizadas em muitas indústrias para produzir suspensões estáveis com viscosidades baixas a muito elevadas. A fim de produzir pastas CMP uniformes e estáveis, os materiais abrasivos (por exemplo, sílica, nanopartículas de céria, α- e y-Fe203 etc.), aditivos e produtos químicos (por exemplo, materiais alcalinos, inibidores de ferrugem, estabilizadores) são dispersos no líquido de base (por exemplo, água purificada).
Em termos de qualidade, para polpas de polimento de alto desempenho é essencial que a suspensão mostre estabilidade a longo prazo e uma distribuição de partículas altamente uniforme.
A dispersão e a formulação por ultra-sons fornecem a energia necessária para desaglomerar e distribuir os agentes de polimento abrasivos. A controlabilidade precisa dos parâmetros de processamento ultrassónico proporciona os melhores resultados com elevada eficiência e fiabilidade.
Dispersor ultrassónico UP400St para a produção de pastas CMP no laboratório.
Sistemas de dispersão por ultra-sons
Hielscher Ultrasonics fornece sistemas de ultra-sons de alta potência para a dispersão de materiais de tamanho nano, tais como sílica, ceria, alumina e nanodiamantes. Os processadores ultra-sónicos fiáveis fornecem a energia necessária, os reactores ultra-sónicos sofisticados criam condições de processo óptimas e o operador tem um controlo preciso sobre todos os parâmetros, de modo a que os resultados do processo ultrassónico possam ser ajustados exatamente aos objectivos de processo desejados (tais como o tamanho do grão, a distribuição das partículas, etc.).
Um dos parâmetros mais importantes do processo é a amplitude ultra-sónica. O método de Hielscher Sistemas industriais de ultra-sons pode fornecer, de forma fiável, amplitudes muito elevadas. Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente executadas de forma contínua em operação 24/7. A capacidade de executar amplitudes tão elevadas garante que mesmo objectivos de processo muito exigentes podem ser alcançados. Todos os nossos processadores ultra-sónicos podem ser ajustados exatamente às condições de processo necessárias e facilmente monitorizados através do software incorporado. Isto garante a mais elevada fiabilidade, qualidade consistente e resultados reprodutíveis. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite um funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, em serviço pesado e em ambientes exigentes.
O MultiSonoReactor MSR-4 é um homogeneizador industrial em linha adequado para a produção industrial de lamas de perfuração. A sonicação é utilizada para a dispersão e moagem de agentes de polimento.
Literatura / Referências
- 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.
Fatos, vale a pena conhecer
Planarização químico-mecânica (CMP)
As pastas de polimento químico-mecânico/planarização (CMP) são utilizadas para alisar superfícies. A pasta CMP é constituída por componentes químicos e mecânicos-abrasivos. Deste modo, a CMP pode ser descrita como um método combinado de gravação química e polimento abrasivo.
As suspensões CMP são amplamente utilizadas para polir e alisar o óxido de silício, o poli-silício e as superfícies metálicas. Durante o processo CMP, a topografia é removida da superfície da bolacha (por exemplo, semicondutores, bolachas solares, componentes de dispositivos electrónicos).
surfactantes
A fim de obter uma formulação CMP estável a longo prazo, são adicionados tensioactivos para manter as nanopartículas em suspensão homogénea. Os agentes dispersantes habitualmente utilizados podem ser catiónicos, aniónicos ou não iónicos e incluem o dodecil sulfato de sódio (SDS), o cloreto de cetilpiridínio (CPC), o sal de sódio do ácido cáprico, o sal de sódio do ácido láurico, o decil sulfato de sódio, o hexadecil sulfato de sódio, o brometo de hexadeciltrimetilamónio (C16TAB), brometo de dodeciltrimetilamónio (C12TAB), Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 e A20.