Phân tán chất đánh bóng bằng siêu âm (CMP)

Kích thước hạt không đồng đều và phân bố kích thước hạt không đồng nhất gây hư hại nghiêm trọng cho bề mặt được đánh bóng trong quá trình CMP.
Phân tán bằng siêu âm là một kỹ thuật ưu việt để phân tán và phá kết tụ các hạt đánh bóng có kích thước nano.
Sự phân tán đồng đều đạt được nhờ xử lý siêu âm mang lại hiệu quả xử lý bề mặt bằng CMP vượt trội, tránh các vết xước và khuyết tật do các hạt quá cỡ gây ra.

Phân tán các hạt đánh bóng bằng siêu âm

Huyền phù đánh bóng / làm phẳng hóa học–cơ học (CMP) chứa các hạt (nano) mài mòn nhằm mang lại các đặc tính đánh bóng mong muốn. Các hạt nano có tính mài mòn thường được sử dụng bao gồm silic dioxit (silica, SiO₂), oxit xeri (ceria, CeO₂), oxit nhôm (alumina, Al₂O₃), α- và y-Fe₂0₃, kim cương nano cùng các loại khác. Để tránh hư hại cho bề mặt được đánh bóng, các hạt mài mòn phải có hình dạng đồng đều và phân bố kích thước hạt hẹp. Kích thước hạt trung bình nằm trong khoảng từ 10 đến 100 nanomet, tùy thuộc vào công thức CMP và mục đích sử dụng.
Phân tán bằng siêu âm được biết đến rộng rãi với khả năng tạo ra các hệ phân tán đồng đều, ổn định lâu dài. Hiện tượng xâm thực do siêu âm và các lực cắt truyền năng lượng cần thiết vào huyền phù để phá vỡ các khối kết tụ, thắng lực van der Waals và phân bố đồng đều các hạt nano mài mòn. Với xử lý siêu âm, có thể giảm kích thước hạt chính xác đến kích thước mục tiêu. Bằng cách xử lý huyền phù đồng đều bằng siêu âm, có thể loại bỏ các hạt quá cỡ và tình trạng phân bố kích thước không đồng đều – bảo đảm tốc độ loại bỏ vật liệu bằng CMP như mong muốn, đồng thời giảm thiểu sự xuất hiện của các vết xước.

Ưu điểm của các hệ phân tán CMP bằng siêu âm

kích thước hạt đạt mục tiêu
độ đồng đều cao
nồng độ chất rắn từ thấp đến cao
độ tin cậy cao
kiểm soát chính xác
khả năng tái lập chính xác
mở rộng quy mô tuyến tính, liền mạch

Phân tán các hạt đánh bóng vào huyền phù CMP và các huyền phù bằng siêu âm.

Máy đồng nhất siêu âm được sử dụng để phân tán và nghiền các chất đánh bóng

Phân tán silica khói bằng siêu âm: Máy đồng nhất siêu âm Hielscher UP400S phân tán bột silica thành các hạt nano riêng lẻ một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Oxit xeri(IV), còn được gọi là oxit ceric, dioxit ceric, ceria, oxit xeri hoặc xeri dioxit, có thể được nghiền và phân tán hiệu quả, đồng đều bằng siêu âm. Máy phân tán siêu âm làm giảm kích thước các hạt oxit xeri xuống mức micromet và nanomet, chẳng hạn để sử dụng làm vật liệu đánh bóng.

Phân tán bằng siêu âm là một công nghệ đáng tin cậy và có hiệu quả cao để sản xuất các hạt nano oxit xeri.

Phối chế CMP bằng siêu âm

Trộn và phối trộn bằng siêu âm được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp để tạo ra các huyền phù ổn định có độ nhớt từ thấp đến rất cao. Để tạo ra các huyền phù CMP đồng đều và ổn định, các vật liệu mài mòn (ví dụ: silica, hạt nano ceria, α- và y-Fe₂0₃ v.v.), phụ gia và hóa chất (ví dụ: vật liệu có tính kiềm, chất ức chế gỉ, chất ổn định) được phân tán vào chất lỏng nền (ví dụ: nước tinh khiết).
Về chất lượng, đối với các huyền phù đánh bóng hiệu năng cao, điều thiết yếu là huyền phù phải có độ ổn định lâu dài và sự phân bố hạt rất đồng đều.
Phân tán và phối chế bằng siêu âm cung cấp năng lượng cần thiết để phá kết tụ và phân bố các chất đánh bóng có tính mài mòn. Khả năng kiểm soát chính xác các thông số xử lý siêu âm mang lại kết quả tốt nhất với hiệu suất và độ tin cậy cao.

Phân tán bằng siêu âm có hiệu quả cao trong việc phân tán các chất đánh bóng có tính mài mòn vào huyền phù CMP.

Máy phân tán siêu âm UP400St để sản xuất huyền phù CMP trong phòng thí nghiệm.

Hệ thống phân tán siêu âm

Hielscher Ultrasonics cung cấp các hệ thống siêu âm công suất cao để phân tán các vật liệu có kích thước nano như silica, ceria, alumina và kim cương nano. Các thiết bị xử lý siêu âm đáng tin cậy cung cấp năng lượng cần thiết, các thiết bị phản ứng siêu âm tinh vi tạo ra điều kiện xử lý tối ưu và người vận hành có thể kiểm soát chính xác mọi thông số, nhờ đó có thể điều chỉnh kết quả của quá trình siêu âm phù hợp chính xác với các mục tiêu xử lý mong muốn (như kích thước hạt, phân bố hạt, v.v.).
Một trong những thông số xử lý quan trọng nhất là biên độ siêu âm. Các hệ thống siêu âm công nghiệp của Hielscher có thể cung cấp biên độ rất cao một cách đáng tin cậy. Có thể dễ dàng vận hành liên tục ở biên độ lên đến 200µm trong chế độ hoạt động 24/7. Khả năng vận hành ở biên độ cao như vậy bảo đảm rằng ngay cả những mục tiêu xử lý có yêu cầu rất khắt khe cũng có thể đạt được. Tất cả các thiết bị xử lý siêu âm của chúng tôi đều có thể được điều chỉnh chính xác theo điều kiện xử lý cần thiết và dễ dàng giám sát thông qua phần mềm tích hợp. Điều này bảo đảm độ tin cậy cao nhất, chất lượng nhất quán và kết quả có thể tái lập. Độ bền chắc của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép hoạt động 24/7 ở chế độ tải nặng và trong các môi trường khắc nghiệt.

Máy đồng nhất siêu âm công nghiệp để phân tán và nghiền hiệu quả các chất đánh bóng.

MultiSonoReactor MSR-4 là máy đồng nhất công nghiệp lắp trên đường ống, phù hợp để sản xuất dung dịch khoan ở quy mô công nghiệp. Xử lý siêu âm được sử dụng để phân tán và nghiền các chất đánh bóng.

Chủ đề liên quan

Tài liệu / Tài liệu tham khảo

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.

Những thông tin đáng biết

Làm phẳng hóa học–cơ học (CMP)

Huyền phù đánh bóng/làm phẳng hóa học–cơ học (CMP) được sử dụng để làm nhẵn bề mặt. Huyền phù CMP gồm các thành phần hóa học và các thành phần mài mòn cơ học. Do đó, CMP có thể được mô tả là phương pháp kết hợp ăn mòn hóa học và đánh bóng bằng mài mòn.
Huyền phù CMP được sử dụng rộng rãi để đánh bóng và làm nhẵn các bề mặt oxit silic, silic đa tinh thể và kim loại. Trong quá trình CMP, các chỗ lồi lõm được loại bỏ khỏi bề mặt phiến (ví dụ: phiến bán dẫn, phiến pin mặt trời, các bộ phận của thiết bị điện tử).

Chất hoạt động bề mặt

Để thu được công thức CMP ổn định lâu dài, các chất hoạt động bề mặt được bổ sung nhằm duy trì các hạt nano phân bố đồng nhất trong huyền phù. Các chất phân tán thường được sử dụng có thể thuộc loại cation, anion hoặc không ion và bao gồm natri dodecyl sulfat (SDS), cetyl pyridinium clorua (CPC), muối natri của axit capric, muối natri của axit lauric, natri decyl sulfat, natri hexadecyl sulfat, hexadecyltrimethylammonium bromua (C₁₆TAB), dodecyltrimethylammonium bromua (C₁₂TAB), Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 và A20.