Ultrazvukové dispergovanie leštiacich prostriedkov (CMP)

Nerovnomerná veľkosť častíc a nehomogénne rozdelenie veľkosti častíc spôsobujú počas procesu CMP vážne poškodenie lešteného povrchu.
Ultrazvukové dispergovanie je špičková technika na dispergovanie a deaglomeráciu leštiacich častíc nanometrovej veľkosti.
Rovnomerné dispergovanie dosiahnuté sonikáciou vedie k vynikajúcemu spracovaniu povrchov metódou CMP, pričom zabraňuje vzniku škrabancov a defektov spôsobených nadmerne veľkými zrnami.

Ultrazvukové dispergovanie leštiacich častíc

Suspenzie na chemicko-mechanické leštenie / planarizáciu (CMP) obsahujú abrazívne (nano-)častice, ktoré zabezpečujú požadované leštiace vlastnosti. Medzi bežne používané nanočastice s abrazívnymi vlastnosťami patria okrem iného oxid kremičitý (silika, SiO₂), oxid ceričitý (ceria, CeO₂), oxid hlinitý (alumina, Al₂O₃), α- a y-Fe₂0₃, nanodiamanty a ďalšie. Aby sa zabránilo poškodeniu lešteného povrchu, abrazívne častice musia mať rovnomerný tvar a úzke rozdelenie veľkosti zŕn. Priemerná veľkosť častíc sa pohybuje od 10 do 100 nanometrov v závislosti od zloženia suspenzie CMP a jej použitia.
Ultrazvukové dispergovanie je dobre známe tým, že vytvára rovnomerné, dlhodobo stabilné disperzie. Ultrazvuková kavitácia a šmykové sily vnášajú do suspenzie potrebnú energiu, čím sa rozrušujú aglomeráty, prekonávajú van der Waalsove sily a rovnomerne rozptyľujú abrazívne nanočastice. Sonikáciou možno zmenšiť častice presne na cieľovú veľkosť zŕn. Rovnomerným ultrazvukovým spracovaním suspenzie možno odstrániť nadmerne veľké zrná a nerovnomerné rozdelenie veľkosti častíc – čím sa zabezpečí požadovaná rýchlosť úberu materiálu pri CMP a zároveň sa minimalizuje výskyt škrabancov.

Výhody ultrazvukových disperzií CMP

cieľová veľkosť častíc
vysoká rovnomernosť
nízka až vysoká koncentrácia tuhých látok
vysoká spoľahlivosť
presné riadenie
presná reprodukovateľnosť
lineárne, plynulé zväčšovanie výrobnej mierky

Ultrazvukové dispergovanie leštiacich častíc do suspenzií CMP a iných suspenzií.

Ultrazvukové homogenizátory sa používajú na dispergovanie a mletie leštiacich prostriedkov

Ultrazvukové dispergovanie pyrogénneho oxidu kremičitého: Ultrazvukový homogenizátor Hielscher UP400S rýchlo a účinne disperguje práškový oxid kremičitý na jednotlivé nanočastice.

Oxid ceričitý, známy aj ako oxid céru(IV), dioxid céru, ceria, oxid céru alebo cériumdioxid, možno pomocou ultrazvuku účinne a rovnomerne mlieť a dispergovať. Ultrazvukové dispergátory zmenšujú častice oxidu ceričitého na mikrometrovú a nanometrovú veľkosť, napr. na použitie ako leštiace médiá.

Ultrazvukové dispergovanie je spoľahlivá a vysoko účinná technológia na výrobu nanočastíc oxidu ceričitého.

Ultrazvuková príprava suspenzií CMP

Ultrazvukové miešanie a premiešavanie sa používa v mnohých priemyselných odvetviach na výrobu stabilných suspenzií s nízkou až veľmi vysokou viskozitou. Na výrobu rovnomerných a stabilných suspenzií CMP sa abrazívne materiály (napr. silika, nanočastice oxidu ceričitého, α- a y-Fe₂0₃ atď.), prísady a chemikálie (napr. alkalické látky, inhibítory hrdzavenia, stabilizátory) dispergujú v základnej kvapaline (napr. čistenej vode).
Z hľadiska kvality je pri vysokovýkonných leštiacich suspenziách nevyhnutné, aby suspenzia vykazovala dlhodobú stabilitu a vysoko rovnomerné rozptýlenie častíc.
Ultrazvukové dispergovanie a príprava zmesí dodávajú potrebnú energiu na deaglomeráciu a rozptýlenie abrazívnych leštiacich prostriedkov. Presná regulácia parametrov ultrazvukového spracovania poskytuje najlepšie výsledky pri vysokej účinnosti a spoľahlivosti.

Ultrazvukové dispergovanie je vysoko účinné pri dispergovaní abrazívnych leštiacich prostriedkov do suspenzií CMP.

Ultrazvukový dispergátor UP400St na výrobu suspenzií CMP v laboratóriu.

Ultrazvukové dispergačné systémy

Hielscher Ultrasonics dodáva vysokovýkonné ultrazvukové systémy na dispergovanie materiálov nanometrovej veľkosti, ako sú silika, oxid ceričitý, oxid hlinitý a nanodiamanty. Spoľahlivé ultrazvukové procesory dodávajú potrebnú energiu, sofistikované ultrazvukové reaktory vytvárajú optimálne procesné podmienky a obsluha má presnú kontrolu nad všetkými parametrami, takže výsledky ultrazvukového procesu možno presne prispôsobiť požadovaným procesným cieľom (ako sú veľkosť zŕn, rozptýlenie častíc atď.).
Jedným z najdôležitejších procesných parametrov je amplitúda ultrazvuku. Priemyselné ultrazvukové systémy spoločnosti Hielscher dokážu spoľahlivo dosahovať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až do 200µm možno ľahko nepretržite udržiavať v prevádzke 24/7. Schopnosť pracovať s takýmito vysokými amplitúdami zabezpečuje dosiahnutie aj veľmi náročných procesných cieľov. Všetky naše ultrazvukové procesory možno presne prispôsobiť požadovaným procesným podmienkam a jednoducho monitorovať pomocou zabudovaného softvéru. To zabezpečuje najvyššiu spoľahlivosť, stálu kvalitu a reprodukovateľné výsledky. Robustnosť ultrazvukových zariadení spoločnosti Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach.

Priemyselný ultrazvukový homogenizátor na účinné dispergovanie a mletie leštiacich prostriedkov.

MultiSonoReactor MSR-4 je priemyselný prietokový homogenizátor vhodný na priemyselnú výrobu vrtných výplachov. Sonikácia sa používa na dispergovanie a mletie leštiacich prostriedkov.

Súvisiace témy

Literatúra / Referencie

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.

Užitočné informácie

Chemicko-mechanická planarizácia (CMP)

Suspenzie na chemicko-mechanické leštenie/planarizáciu (CMP) sa používajú na vyhladzovanie povrchov. Suspenzia CMP pozostáva z chemických a mechanicko-abrazívnych zložiek. CMP preto možno opísať ako kombinovanú metódu chemického leptania a abrazívneho leštenia.
Suspenzie CMP sa vo veľkej miere používajú na leštenie a vyhladzovanie povrchov oxidu kremičitého, polykryštalického kremíka a kovov. Počas procesu CMP sa odstraňujú topografické nerovnosti z povrchu doštičiek (napr. polovodičových doštičiek, solárnych doštičiek, súčastí elektronických zariadení).

Povrchovo aktívne látky

Na získanie dlhodobo stabilnej formulácie CMP sa pridávajú povrchovo aktívne látky, ktoré udržiavajú nanočastice v homogénnej suspenzii. Bežne používané dispergačné činidlá môžu byť katiónové, aniónové alebo neiónové a zahŕňajú dodecylsíran sodný (SDS), cetylpyridíniumchlorid (CPC), sodnú soľ kyseliny kaprínovej, sodnú soľ kyseliny laurovej, decylsíran sodný, hexadecylsíran sodný, hexadecyltrimetylamóniumbromid (C₁₆TAB), dodecyltrimetylamóniumbromid (C₁₂TAB), Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 a A20.