CN101517766A - 具有厚度模式换能器的频率扫描的兆频超声波处理设备 - Google Patents

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Abstract

兆频超声波处理设备和方法具有一个或多个压电换能器，所述压电换能器在厚度模式下以至少300KHz的基本共振频率进行工作。发生器利用可变频率的驱动信号向换能器供以动力，所述可变频率的驱动信号在预定扫描频率范围内变化或扫描。所述发生器在包括所有换能器的共振频率的扫描频率范围内重复地改变或扫描所述驱动信号的频率。

Description

具有厚度模式换能器的频率扫描的兆频超声波处理设备
相关申请
本申请要求J.Michael Goodson发明的于2007年3月16日提交的题为“MEGASONIC PROCESSING APPARATUS WITH FREQUENCYSWEEPING OF THICKNESS MODE TRANSDUCERS”的美国专利申请和于2006年3月17日提交的题为“MEGASONIC PROCESSINGAPPARATUS WITH FREQUENCY SWEEPING”的共同未决的美国临时申请号60/783,213的优先权。在此将这些在先申请并入本文作为参考。
发明领域
本发明总体上涉及包含一个或多个压电换能器(transducer)的兆频超声波处理设备和相关联的方法，所述压电换能器在厚度模式(thicknessmode)下以至少300KHz或更高的兆频超声波(megasonic)频率进行工作，并且尤其涉及通过在预定或可编程的跨所有换能器共振频率的频率范围内扫描驱动信号的频率来提高性能。
相关技术描述
兆频超声波处理包括以300KHz以上的频率产生并使用高频能量。许多兆频超声波系统以处于或接近1000KHz或1兆赫兹的频率进行工作。虽然对于许多应用而言，1MHz是一致同意的优选频率，但是频率范围可达到远远高于此的10MHz频率。兆频超声波系统的典型应用包括清洁精密物体，例如半导体晶片或磁盘驱动介质。这样的兆频超声波清洁处理包括将待清洁的物体置于充满流体(fluid)的槽(tank)中，并且以兆频超声波频率向所述槽的一个或多个辐射面施加振动能量。一个或多个压电换能器被用来产生振动能量。发生器(generator)以换能器的共振频率提供交流驱动信号。兆频超声波换能器在厚度模式下工作，其中通过引起换能器的交替扩展和收缩(主要是扩展和收缩换能器的厚度)的交流驱动信号来激励压电元件。厚度为0.080英寸的压电换能器具有1000KHz的基本(厚度模式)共振频率。
兆频超声波处理与超声波处理有一些类似之处，超声波处理涉及较低的基本频率(典型地从约25KHz到约192KHz)。典型地，超声波换能器是质量平衡的(mass-balanced)，在压电元件的任一侧上具有惰性质量，并且移动的重要径向分量与厚度分量成直角。超声波换能器的一种常见构造是在两个质量之间堆叠多层的环形压电元件，并且利用轴压缩栓将组件保持在一起。超声波清洁是基于气穴现象(cavitation)，这是流体中气泡的形成和破裂。
在用于兆频超声波清洁的频率不会发生显著的气穴现象，所以清洁动作基于另一种被称作微流(micro-streaming)的机制，其是从兆频超声波换能器流出的分离粒子的一般性流。该流由在换能器所安装于的表面发生的平面波组成。这些微流的平面特性影响了兆频超声波能量在槽中的分布。一种改善所述分布的方式是利用换能器来覆盖槽的高比例的表面积。另一种(但效率较低)的方式是对槽内待处理的部件进行震荡或移动以使得所有表面都暴露于足够高的兆频超声波能量。
已知清洁槽中的径向模式超声波活动可以从对驱动信号的频率进行扫描或改变的过程获益。然而，工业领域中相信你无法对兆频超声波频率进行扫描，原因在于声波过小且过弱以至于无法从扫描获得任何好处。此外，已经认为因为厚度模式换能器和兆频超声波振动所产生的平面特性并且由于与超声波相比不同的清洁机制起作用的缘故而不会从扫描兆频超声波频率获益。
发明内容
本发明涉及具有一个或多个压电换能器(PZT)的兆频超声波处理设备和方法，所述压电换能器在厚度模式下以超过300KHz的兆频超声波频率进行工作。以兆频超声波频率工作的兆频超声波发生器利用可变频率的驱动信号来驱动所述换能器，所述驱动信号在预定或可编程的扫描频率范围内变化或扫描。所述兆频超声波发生器以兆频超声波频率产生驱动信号来为所述兆频超声波压电换能器供给能量以使得它们以其兆频超声波共振频率在厚度模式下振动。所述压电换能器以兆频超声波频率发出能够被用于诸如在充满流体的槽中清洁物体之类的各种应用的能量。所述发生器在包括所有兆频超声波压电换能器的共振频率的扫描频率范围内重复地改变或扫描所述驱动信号的频率。
本发明的另一方面包括将兆频超声波压电换能器分为具有类似共振频率的组，并且利用来自发生器的独立频率-扫描驱动信号为每个组供以动力，所述发生器在包括相关联换能器组的共振频率的扫描频率范围内工作。这将总的扫描频率范围细分为更小的子范围，其可以重叠也可不重叠，并且减小了每次频率扫描的范围。对换能器进行分组的影响是成比例增加了任意特定换能器以其共振频率或接近其共振频率进行工作的时间量，从而提高了效率。
本发明包括一种兆频超声波系统，所述系统包括一个或多个压电换能器以及一个或多个兆频超声波发生器，所述兆频超声波发生器被耦合到换能器以用于以可选择或可编程的频率范围和扫描速率提供变化频率的兆频超声波驱动信号。
例如，当使用兆频超声波过程对硅晶片或磁盘驱动介质进行清洁时，贯穿所有厚度模式的兆频超声波换能器的共振频率对驱动信号进行扫描将使得换能器所产生的兆频超声波能量均衡(equalize)并且将使得换能器表现一致。这引起兆频超声波能量的更加均匀的分布以及改进的性能。而且还能够通过扫描换能器的共振频率范围而在液体处理、非破坏性测试、医学成像以及使用兆频超声波厚度模式换能器的其他过程中实现同样的改进的兆频超声波能量均匀性和功能性。频率扫描过程还将延长兆频超声波换能器的寿命，原因在于与以单个固定频率进行工作相比，这对换能器的压力更小。频率扫描过程还改进了在槽或其他设备内兆频超声波能量的均匀性，原因在于每个换能器至少在每个频率扫描周期的一部分期间以其共振频率进行工作。可以预期，使用兆频超声波频率的任何应用或过程都将受益于通过贯穿所有换能器的共振频率对驱动信号进行扫描而产生的功率均匀分布。
优化兆频超声波过程的效率的关键在于在利用兆频超声波所激励的辐射表面内具有均匀的能量。为此，优选地辐射表面面积的80％或更多被厚度模式的兆频超声波换能器所覆盖。此外，每个兆频超声波换能器通过遍及换能器组的最高和最低共振频率对驱动信号的频率进行扫描来产生恒定的兆频超声波能量。
为了获得最佳性能，需要与结合到相同表面的其他兆频超声波换能器基本上相同地向每个兆频超声波换能器供给能量。为了实现这一目的，贯穿所有换能器的共振频率对驱动频率进行扫描。对兆频超声波换能器的共振频率进行扫描在每个周期中的某一点处以每个换能器的共振频率来驱动每个换能器。这提供了先前在工业中没有实现的换能器性能的一致性。
此外，兆频超声波换能器的频率扫描减少了利用固定频率的兆频超声波换能器所观察到的“喷泉效应”。喷泉效应被认为是利用固定频率的驱动信号在换能器的共振频率工作的换能器所产生的，这产生了在槽中该换能器上方的液体明显的向上喷涌。对兆频超声波频率驱动信号进行扫描确保了任何特定换能器都不会在其共振频率处被连续驱动，从而消除与喷泉效应相关联的向上喷涌。取而代之，由于所有换能器都在每个扫描周期期间某一点处以其共振频率高效工作，所以兆频超声波能量在槽中均匀分布。
与例如40KHz的超声波相比，就兆频超声波频率而言频率扫描更加引人注目。已经看到利用兆频超声波共振频率扫描可得到500％至700％的功率分布改善，并且这意味着好得多的处理。
该说明书中所描述的特征和优势并非都是包含性的，特别地，通过阅读这里的附图、说明书和权利要求，许多另外的特征和优势对于本领域技术人员是显而易见的。此外，应当注意的是，该说明书中所使用的语言主要是已经出于可读性和指示性的目的而选择的，而并非被选择为对发明主题进行描绘和限制，有必要借助权利要求来确定这样的发明主题。
附图简述
图1是根据本发明的兆频超声波处理系统的整体透视图。
图2是在本发明的兆频超声波处理系统中使用的槽的顶部透视图。
图3是所述槽的底部透视图。
图4是所述槽的侧视图。
图5是所述槽的底部视图。
图6是兆频超声波处理系统的示意图，和所述槽和附加的兆频超声波换能器的截面图，所述换能器具有发生器，所述发生器为所述换能器提供驱动信号以便在所述槽中的液体中产生兆频超声波振动。
图7是在本发明一个实施例中使用的驱动信号的频率与时间关系图。
图8是在本发明另一个实施例中使用的两个驱动信号的频率与时间关系图，其中扫描周期与图7相同。
图9是在本发明另一个实施例中使用的两个驱动信号的频率与时间关系图，其中扫描速率与图7相同。
优选实施例的详细描述
附图仅出于说明的目的而对本发明的各优选实施例进行了描绘。本领域技术人员根据以下的讨论中很容易意识到可以在不偏离这里所描述的本发明的原则的情况下采用这里所说明的结构和方法的替代实施例。
本发明的一个方面是具有兆频超声波发生器的兆频超声波处理设备和方法，所述兆频超声波发生器具有可编程的扫描频率范围和可编程的扫描速率。扫描频率范围是这样的频率或带宽范围，兆频超声波发生器在该范围内输出驱动信号以便在其共振频率驱动一个或多个兆频超声波厚度模式压电换能器。扫描速率是每秒扫描共振频率的次数。
优选地，兆频超声波发生器包括具有允许用户对扫描频率范围或带宽以及用于驱动信号的扫描速率进行选择或编程的装置的控制器或其他控制设备。用户将扫描频率范围和扫描速率的一个或多个组合输入到发生器的存储器设备中。发生器根据用户所选择的扫描频率范围和扫描速率来产生和输出驱动信号。
例如，当在清洁应用中使用时，一个或多个兆频超声波压电换能器可以被安装在槽的底部或侧面，或者密封在所述槽内的可浸入容器中。扫描频率发生器可以被用于在除清洁之外的应用中驱动兆频超声波换能器。优选地，换能器是在厚度模式下工作的压电晶体或压电陶瓷(也称作PZT)，例如钛酸钡或锆钛酸铅。在相同过程中使用不同的扫描速率或扫描频率范围可以增强对一些部件的清洁，原因在于某些频率可能比其他频率更为有效。
用于对驱动信号的频率进行扫描的设备被合并到用于产生驱动信号的兆频超声波发生器中。所述发生器包括用户接口，所述用户接口包括一个或多个输入设备，例如旋钮、拨号盘、软件、键盘、图形用户界面、网络连接或其他输入设备，其允许用户设置发生器所工作于的扫描频率范围或带宽，并且还允许用户设置发生器在被编程范围内进行扫描的扫描速率。用于用户对扫描频率范围和扫描速率进行编程的控制可以是模拟或数字的。
如图1-6中所示，本发明的一个实施例是清洁系统10，其包括容纳清洁液或溶液14的石英清洁槽12以及一个或多个待清洁的片状物(piece)15。通过附着于槽底部的一个或多个兆频超声波频率换能器16向清洁液14施加兆频超声波能量。可替换地，兆频超声波换能器16可以被附着于所述槽的一个或多个侧面或浸入所述槽中。优选地，兆频超声波换能器16具有粘合结合(adhesively bonded)或以其他方式附于金刚砂盘20一侧的压电元件(PZT)18。金刚砂盘20的另一侧粘合结合或以其他方式附于清洁槽12的外侧底表面。优选地，处于金刚砂盘20和槽12之间并且处于所述金刚砂盘和压电元件18之间的结合层(bonding layer)22由穿孔铜箔和阻抗匹配粘合剂构成。可替换地，所述结合层可以由用于将半导体芯片模片(die)结合于封装衬底的环氧的或其他粘合剂构成。
压电元件可以是正方形、矩形或圆盘或具有均匀厚度的其他形状。例如，为了以1000KHz的额定频率进行工作，压电元件18将具有约0.08英寸的厚度，金刚砂盘20将具有约0.19英寸的厚度，并且石英槽12的底部将具有约0.20英寸的厚度。换能器16和清洁系统10仅是包含本发明的换能器和设备的一个示例。
如图3-6所示，换能器16优选为矩形并且被彼此平行排列。优选地，换能器16覆盖了槽12底表面的大部分，优选地至少80％。所希望的是产生兆频超声波能量并且将其在换能器16所附于的表面的整个区域内均匀传送到槽12和流体14。利用换能器覆盖槽底部的高比例表面积确保了传送到流体14的兆频超声波能量相对均匀。
如图6所示，通过可编程发生器26在电线24上提供的驱动信号来驱动换能器16。发生器26由用户通过用户输入或接口28进行编程以设置发生器所输出的驱动信号的扫描频率范围或带宽以及扫描速率。
兆频超声波频率压电换能器在厚度模式下工作，这样所施加的电压使得换能器的厚度扩展和收缩。这些扩展和收缩通过所述金刚砂谐振器20和槽12传送到槽中的流体14和物体15。如图6所示，如果换能器16位于槽12的底部上，则这些兆频超声波频率振动主要是水平波17。波向上传播并且传递从槽中物体15清洁或分离出的粒子。这是被称作微流的过程，其中存在远离兆频超声波能量源的向上的净移动。如图1和2所示，所述槽具有多余流体和粒子在其上流过的堰(weir)21以及对流体进行再循环和清洁的泵23和过滤器25。
共振频率通常是换能器的机械和电气性质能够最高效地传送声波的频率。在工作于厚度模式的兆频超声波换能器中，换能器的厚度决定了共振频率。例如，0.08英寸厚的换能器具有约1000KHz的共振频率。0.065英寸厚的换能器具有约1230KHz的共振频率。0.050英寸厚的换能器具有约1600KHz的共振频率。术语“共振频率”在这里被用来表示所安装的换能器具有自然共振的最低基本频率。
如以上所提到的，厚度为0.080英寸的压电换能器具有1000KHz的基本共振频率。这样的换能器的厚度公差对于共振频率具有明显的影响。0.001英寸的厚度变化会引起12.5KHz的共振频率变化。而且，换能器的两个主要表面应当是平坦且共面(co-planar)的，但是任何变化还是会影响共振频率。即使从性能的观点看希望所有换能器具有完全相同的共振频率，但是从制造公差的观点来看这是不切实际的。然而，本发明的频率扫描克服了这一障碍。
本发明的一个优势在于贯穿所有换能器的共振频率对驱动信号的频率进行扫描可以将声波均等地分布在换能器之间。这使得有可能在整个槽内具有基本均等的兆频超声波能量。这是重要的，原因在于厚度模式换能器产生从槽底部向槽顶部垂直行进的并且在横向几乎没有扩散的声波。通过正好在换能器的最高和最低共振频率外进行扫描能够最好地实现兆频超声波能量的均匀分布。
本发明的另一个优势在于其考虑到换能器的共振频率的公差。如果共振频率的偏差(variance)被最小化，则性能最佳。选择具有完全相同的共振频率的换能器将有助于使得偏差最小化(不过成本有所增加)，但是即使这样用来安装所述换能器的粘合剂或其他粘合材料也会带来些许偏差，原因在于厚度的任何变化都会引起厚度模式应用的频率有所变化。根据本发明对驱动信号的频率进行扫描考虑了这样不可避免的变化。
本发明的再另一个优势在于其减少了槽中流体的喷涌。在不对驱动信号进行扫描的情况下，处于或接近驱动信号的频率的换能器趋于产生将流体上推的强有力的向上力，有时将流体向上推至表面水平上方两英寸那么高。由于这样的表面喷涌在其再循环时导致空气混入流体中，而这会与兆频超声波过程相干扰，所以它是个问题。因为如果液体是溶剂，则其会在空气中蒸发并且会对操作者或该区域中的人有害，尤其是流体是酸或其他危险材料更是如此，所以就此而言喷涌也是个问题。利用本发明对驱动信号进行扫描减少了这些问题。
如图7所示，发生器26随时间而改变驱动信号的频率。例如，所述驱动信号的频率在编程的扫描频率范围30内以锯齿图案线性变化，所述扫描频率范围30包括所有兆频超声波换能器16的共振频率31。所述发生器的扫描频率范围或带宽由用户进行编程并被存储在与发生器26相关联的存储器设备中。所述频率变化的速率由用户编程的扫描速率来确定并且被存储在发生器的存储器设备中。能够对发生器进行编程以根据其他函数或程序来改变驱动信号的频率，而无需局限于形成如图7所示的锯齿图案或三角波的线性函数。例如，频率的变化可以是正弦、指数以及其他函数。驱动信号本身可以是正弦曲线、方形、三角形或其他波形。扫描速率对于向上扫描(增加频率)和向下扫描(降低频率)而言无需相同。优选地，用户还能够设置周期的数目并且能够确定发生器切断驱动信号时的静寂时间(rest times)。
在清洁应用中，通过单个换能器而不是多个换能器可以对一些部件进行最佳清洁。在这样的配置中，能够通过使用所编程的用于识别最优共振频率并且在所定义范围内通过该频率进行扫描的软件程序来增强换能器的性能。为了得到最佳结果，能够在1％或更小的扫描范围内对驱动频率进行扫描以确保所述换能器的共振频率被反复激励。本发明的好处在于其降低了共振频率漂移的不利影响，原因在于如果扫描范围或带宽足够宽，则即使共振频率随时间而改变，每个换能器的共振频率也会在每个周期被激励。
一般地，多个兆频超声波换能器16被用于给定的任务或过程，在这种情况下，通常利用相同的发生器和驱动信号来驱动所有的换能器。然而，在使用多个换能器的情况下，由于换能器之间的性能变化和制造公差的缘故，可能不存在单个最优频率。生产公差使得兆频超声波换能器具有3％至4％范围内的共振频率。例如，在1000KHz，4％的范围会比额定1000KHz多或少20KHz，或980至1020KHz的范围。
根据本发明，在这样的应用中，重复地扫描驱动信号的频率以确保换能器16在至少一些时间工作于其共振频率或其共振频率附近是适当的。为了使每个换能器16工作于其共振频率或其共振频率附近，发生器在预定扫描频率范围内进行扫描，所述扫描频率范围被设计为达到换能器组的最低和最高共振频率31。发生器26的扫描频率函数覆盖了该偏差范围。频率扫描函数可以是固定的或者其可以被编程为能够相对于速度(每秒的扫描)或范围(最小和最大频率)而变化。
本发明的另一个方面涉及根据换能器的共振频率将兆频超声波压电换能器分成多个组，并且利用独立的可变频率驱动信号来驱动每个组。将具有相似共振频率的换能器被集合在一起来减小这样的频率范围，其中发生器必须在所述频率范围内进行扫描以便于在其共振频率或其共振频率附近操作换能器组。减小扫描的频率范围增加了每个换能器在其共振频率或其共振频率附近工作的时间。
如果特定应用需要，则随着扫描频率覆盖的范围减小，扫描速率会增大以产生更多活动，或者如果扫描速率保持不变，则重复率增大。结果是在每个换能器的共振频率处兆频超声波传输会更强，原因在于扫描覆盖了较短的跨度并且换能器在其共振频率或其共振频率附近工作的时间比例更大，这提高了兆频超声波过程的效率。
这一点在图7、8和9中示出。在图7中，单个发生器在范围30内的最小和最大频率之间对驱动信号进行扫描。在图8中，两个发生器被用来覆盖相同的整体范围，但是每个发生器覆盖作为全部范围30的一半的子范围32。一半的换能器具有上部子范围32′中的共振频率31′，而另一半换能器具有下部子范围32″中的共振频率31″。在图7和8中，每单位时间的扫描次数相同。在图9中，扫描频率的变化速率与图7中相同，但是范围减半，所以在相同时间段内出现两倍的扫描次数。
如一个分组示例，假设在过程中使用的12个兆频超声波换能器具有以下额定的共振频率(KHz)：
1010    1030    1015    1007
1019    1004    1027    1038
1022    1014    1031    1040
这些频率在从最小1004KHz到最大1040KHz的范围内变动，总范围为以1022KHz为中心的36KHz(±18KHz)。扫描驱动信号的频率以包括所有12个换能器的共振频率将需要总的36KHz的扫描。
这12个换能器可被分为两组A和B以减小扫描范围：
发生器A            发生器B
1004    1014       1022    1031
1007    1015        1027    1038
1010    1019        1030    1040
由发生器A驱动的换能器在从1004KHz到1019KHz的范围内变动，总范围为以1011.5KHz为中心的15KHz(±7.5KHz)。由发生器B驱动的换能器在从1022KHz到1040KHz的范围内变动，总范围为以1031KHz为中心的18KHz(±9KHz)。通过将换能器根据其共振频率进行分组并且减小每个扫描发生器的扫描范围，每单位时间的扫描次数能够增加或者扫描速率能够降低，其中任何一种都允许换能器在其共振频率或其共振频率附近被更频繁地驱动，这会增强兆频超声波过程。
在实际的实践中，将扫描频率范围设置为略处于相关联换能器的最大和最小共振频率之外。所以，在以上示例中，发生器A的扫描频率范围可以被设置为1003至1020KHz或1002至1021KHz，而发生器B的扫描频率范围可以被设置为1021至1041KHz或1020至1042KHz。这确保了每个换能器在每个频率扫描周期中在其共振频率之上和之下都进行工作，并且还考虑到共振频率由于加热或其他变化而发生的偏移。
能够在单独系统或过程内对换能器进行分组，或者在多个同时运行的系统和过程之中对换能器进行分组。例如，如果存在两个均具有多个换能器的槽，并且两个槽将被同时使用，则能够从两个槽上的所有换能器的较大范围内对换能器进行分组。因为由单个发生器供以动力的换能器不必彼此相邻或者与组中待使用的相同槽一起使用，所以可以进一步选择分组来产生更为一致的结果。因为所有换能器同时运行，所以换能器布局的设计者能够将注意力集中于使得分组效率最大化而不必考虑这些组的成员位于何处。
作为在多个同时进行的过程之中进行分组的示例，假设先前示例中所陈述的相同的12个兆频超声波换能器位于两个不同的槽上：
槽1                 槽2
1010    1030        1015    1007
1019    1004        1027    1038
1022    1014        1031    1040
槽1和2的12个换能器根据共振频率而被分为两个组并且由发生器A和B如下驱动(槽编号在括号中示出)：
发生器A             发生器B
1004(1)    1014(1)        1022(1)    1031(2)
1007(2)    1015(2)        1027(2)    1038(2)
1010(1)    1019(1)        1030(1)    1040(2)
发生器A驱动槽1的四个换能器和槽2的两个换能器。发生器B驱动槽1的两个换能器和槽2的四个换能器。由于所有的换能器同时运行，所以该分组允许两个发生器在较小范围内进行扫描。
因此，在其中使用多个槽和系统的清洁和其他过程中，多个槽或系统中的换能器的全部成员能够被组合以创建要被集合在一起的最优频率分类，其中每个组由不同的扫描发生器供以动力。例如，在使用四个槽的四个过程中，来自所述四个槽中的任何或所有槽的换能器可以被联网在一起以获得供扫描的最优频率范围。当然，对于这样的分组而言，所有的过程必须同时有效(active)。
本发明的另一方面是构造兆频超声波换能器16以及使用穿孔金属层和阻抗匹配粘合剂将其附于诸如槽12的底部之类的另一结构。如图4和6所示，兆频超声波换能器16优选地具有处于压电元件18和清洁槽12的表面或换能器所附于的其他结构之间的金刚砂盘20。压电元件18被结合到金刚砂盘20，并且该组件利用由穿孔金属箔(优选为铜)和粘合剂所构成的结合层而结合到槽12。
穿孔铜(或其他金属)箔改善了结合层22的平坦性和厚度均匀性。穿孔铜具有预定厚度，该厚度允许粘合剂被均匀分布，由此避免了没有使用夹具或其他稳定设备而引起的粘合剂厚度的不规则性或不均匀性。穿孔金属提供可控的平坦结构以保持粘合剂厚度的均匀性。穿孔金属还用作压电元件和金刚砂盘之间的电极。
本发明的应用并不局限于清洁应用。对于兆频超声波换能器进行声学能量扫描的相同原理能够被应用于兆频超声波能量的微流的其他使用，例如非破坏性测试，或者使用具有至少300KHz的基本共振频率的厚度模式换能器的任何其他应用。扫描兆频超声波换能器产生了更大的能量爆发，其产生了改进的且更强的微流活动，这提高了微流清洁以及其他微流使用的效率。微流是通过释放超声能量而产生的赋能液体的流动，所述超声能量太弱以至于无法引起气穴现象。在超过300KHz的频率，气穴现象不再出现，但是兆频超声波频率能量产生液体的流动。
通过以上描述，将会明白这里所公开的发明提供了利用可变频率的驱动信号的新颖且具备优势的兆频超声波处理设备和方法。以上讨论仅公开和描述了本发明的示例性方法和实施例。如本领域技术人员将会理解的，可以在不频率本发明的精神或实质特性的情况下以各种其他形式来实现本发明。因此，本发明的公开旨在进行说明而并非对本发明的范围进行限定，本发明的范围在以下权利要求中给出。

Claims (8)

1.一种兆频超声波处理设备，包括：
一个或多个压电换能器，每个压电换能器具有至少300KHz的基本共振频率；
适于容纳流体和待处理的一个或多个部件的槽，其中所述一个或多个换能器适于向所述槽及其内容物提供振动；
发生器，被耦合到换能器以用于在遍及包括所有换能器的共振频率的频率范围内以可变频率提供驱动信号。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述发生器具有可调节的扫描速率和可调节的频率范围。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述扫描速率在每秒50至1200次扫描的范围中。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述设备具有至少四个换能器和两个发生器，其中换能器按类似的共振频率来分组，并且其中每组换能器由产生驱动信号的独立发生器供以动力，所述驱动信号具有在包括其相关联组的所有换能器的共振频率的频率范围内变化的可变频率。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述压电换能器在厚度模式下工作。
6.一种兆频超声波处理系统，包括：
两个或更多槽，每个槽适于容纳流体和待处理的一个或多个部件；
耦合到每个槽的一个或多个压电换能器，每个换能器具有至少300KHz的基本共振频率，其中换能器能够向所述槽及其内容物提供振动；
耦合到换能器的两个或更多发生器，其用于向换能器提供驱动信号，其中换能器按类似的共振频率来分组，并且其中每组换能器由产生驱动信号的独立发生器供以动力，所述驱动信号具有在包括其相关联组的所有换能器的共振频率的频率范围内变化的可变频率。
7.一种兆频超声波清洁设备，包括：
一个或多个压电换能器，每个压电换能器具有在厚度模式下以至少300KHz的频率振动的基本共振频率；
适于容纳清洁流体和待清洁的一个或多个部件的槽，所述一个或多个换能器适于向所述槽中的清洁流体和部件提供振动；
耦合到所述一个或多个换能器的发生器，其用于以预定频率范围和扫描速率提供驱动信号，其中所述频率范围包括所有所述一个或多个换能器的共振频率，并且其中所述发生器包括用于针对驱动信号限定扫描频率范围和扫描速率的可编程装置。
8.一种兆频超声波处理方法，包括：
提供一个或多个压电换能器，每个换能器具有至少300KHz的基本共振频率；
提供适于容纳流体和待处理的一个或多个部件的槽，其中所述一个或多个换能器被耦合到所述槽并且适于向所述槽及其内容物提供振动；
产生驱动信号并将其提供给换能器，其中所述驱动信号具有遍及包括所有换能器的共振频率的频率范围的可变频率。
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