Dispersão ultrassónica de agentes de polimento (CMP)
- O tamanho não uniforme das partículas e a distribuição heterogénea dos seus tamanhos causam danos graves na superfície polida durante um processo CMP.
- A dispersão ultrassónica é uma técnica superior para dispersar e desaglomerar partículas de polimento de dimensão nanométrica.
- A dispersão uniforme obtida por sonicação resulta num processamento CMP superior das superfícies, evitando riscos e defeitos causados por grãos de tamanho excessivo.
Dispersão ultrassónica de partículas de polimento
As suspensões abrasivas para polimento / planarização químico-mecânicos (CMP) contêm (nano)partículas abrasivas para proporcionar as propriedades de polimento desejadas. As nanopartículas abrasivas habitualmente utilizadas incluem dióxido de silício (sílica, SiO2), óxido de cério (céria, CeO2), óxido de alumínio (alumina, Al2O3), α- e y-Fe203, nanodiamantes, entre outras. Para evitar danos na superfície polida, as partículas abrasivas devem ter uma forma uniforme e uma distribuição estreita dos tamanhos dos grãos. O tamanho médio das partículas varia entre 10 e 100 nanómetros, dependendo da formulação CMP e da sua utilização.
A dispersão ultrassónica é reconhecida por produzir dispersões uniformes e estáveis a longo prazo. A cavitação ultrassónica e as forças de cisalhamento transferem a energia necessária para a suspensão, de modo a desfazer os aglomerados, superar as forças de van der Waals e distribuir uniformemente as nanopartículas abrasivas. Com a sonicação, é possível reduzir o tamanho das partículas exatamente até ao tamanho de grão pretendido. Através do processamento ultrassónico uniforme da suspensão abrasiva, é possível eliminar os grãos de tamanho excessivo e a distribuição irregular dos tamanhos – garantindo a taxa de remoção CMP desejada e minimizando a ocorrência de riscos.
- tamanho de partícula pretendido
- elevada uniformidade
- concentração de sólidos de baixa a elevada
- elevada fiabilidade
- controlo preciso
- reprodutibilidade exata
- aumento de escala linear e sem descontinuidades
Os homogeneizadores ultrassónicos são utilizados para dispersar e moer agentes de polimento
A dispersão ultrassónica é uma tecnologia fiável e altamente eficiente para a produção de nanopartículas de óxido de cério.
Formulação ultrassónica de CMP
A mistura e a combinação por ultrassons são utilizadas em muitas indústrias para produzir suspensões estáveis com viscosidades de baixas a muito elevadas. Para produzir suspensões abrasivas CMP uniformes e estáveis, os materiais abrasivos (por exemplo, sílica, nanopartículas de céria, α- e y-Fe203 etc.), os aditivos e os 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 suspensões abrasivas de polimento de elevado desempenho, é essencial que a suspensão apresente estabilidade a longo prazo e uma distribuição de partículas altamente uniforme.
A dispersão e a formulação por ultrassons fornecem a energia necessária para desaglomerar e distribuir os agentes abrasivos de polimento. A possibilidade de controlar com precisão os parâmetros do processamento ultrassónico proporciona os melhores resultados com elevada eficiência e fiabilidade.
Dispersor ultrassónico UP400St para a produção de suspensões abrasivas CMP em laboratório.
Sistemas de dispersão ultrassónica
A Hielscher Ultrasonics fornece sistemas ultrassónicos de elevada potência para a dispersão de materiais de dimensão nanométrica, como sílica, céria, alumina e nanodiamantes. Os processadores ultrassónicos fiáveis fornecem a energia necessária, os reatores ultrassónicos sofisticados criam condições de processo ideais e o operador dispõe de controlo preciso sobre todos os parâmetros, permitindo ajustar os resultados do processo ultrassónico exatamente aos objetivos de processo pretendidos (como o tamanho dos grãos, a distribuição das partículas, etc.).
Um dos parâmetros de processo mais importantes é a amplitude ultrassónica. A Hielscher dispõe de sistemas ultrassónicos industriais que podem fornecer amplitudes muito elevadas de forma fiável. É possível operar facilmente e de forma contínua com amplitudes de até 200µm em funcionamento 24/7. A capacidade de operar com amplitudes tão elevadas garante que mesmo objetivos de processo muito exigentes podem ser alcançados. Todos os nossos processadores ultrassónicos podem ser ajustados exatamente às condições de processo necessárias e facilmente monitorizados através do software integrado. Isto garante a máxima fiabilidade, qualidade constante e resultados reprodutíveis. A robustez dos equipamentos ultrassónicos da Hielscher permite o funcionamento 24/7 em regime intensivo 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.
Bibliografia / 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.
Informações úteis
Planarização químico-mecânica (CMP)
As suspensões abrasivas para polimento/planarização químico-mecânicos (CMP) são utilizadas para alisar superfícies. A suspensão abrasiva CMP é constituída por componentes químicos e componentes mecânico-abrasivos. Assim, a CMP pode ser descrita como um método que combina ataque químico e polimento abrasivo.
As suspensões CMP são amplamente utilizadas para polir e alisar superfícies de óxido de silício, silício policristalino e metal. Durante o processo CMP, o relevo é removido da superfície da pastilha (por exemplo, semicondutores, pastilhas solares, componentes de dispositivos eletrónicos).
Tensioativos
Para obter uma formulação CMP estável a longo prazo, são adicionados tensioativos para manter as nanopartículas numa suspensão homogénea. Os agentes dispersantes habitualmente utilizados podem ser catiónicos, aniónicos ou não iónicos e incluem dodecilsulfato de sódio (SDS), cloreto de cetilpiridínio (CPC), sal de sódio do ácido cáprico, sal de sódio do ácido láurico, sulfato de decilo e sódio, sulfato de hexadecilo e sódio, 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.