CN208944741U - 一种喷淋式高频超声波清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体行业或光学精密件的精密清洗设备技术领域，公开了一种喷淋式高频超声波清洗装置，包括前壳体，在其内部构造有喷嘴内锥孔，在其后端构造有外凸式锥台；后筒体，在其内部的前端构造有台肩，台肩的下端面构造成外扩式锥斜面，前壳体的后端插入到后筒体的前端的内部，以构造出环形容纳腔，在前壳体上构造有进液端口，外凸式锥台的外侧斜面与台肩的外扩式锥斜面共同构造成第一流道，其与环形容纳腔连通；压电振子设置在台肩的上端面，压电振子的下表面与前壳体的后端的侧端面之间构造有第二流道，第二流道分别与第一流道以及喷嘴内锥孔连通。该清洗装置具有清洗效率高、清洗精度高、空化作用小以及清洗无死角的优点。

Description

一种喷淋式高频超声波清洗装置

技术领域

本实用新型涉及半导体行业或光学精密件的精密清洗设备技术领域，特别是涉及一种喷淋式高频超声波清洗装置。

背景技术

超声波清洗技术是最为常用的工业清洗技术之一，传统的超声波清洗技术是通过20kHz-100kHz(千赫兹)的超声波在液体中产生的空化作用，对物体表面的污渍进行去除，从而达到清洗的目的。但超声波空化作用过强会对物体表面造成一定损伤，如在半导体器件、光学精密件等精密元器件的清洗中，由于器件表面有微结构，传统高频超声波清洗会对其表面造成损坏。另外，超声频率越高，清洗的杂质颗粒粒的直径就越小，最高频率为100kHz的传统超声波清洗液很难清洗1微米以下的杂质颗粒。

频率高于400kHz的超声波在液体中传播时，能使被清洗部件的表面附近形成速度梯度很大且极薄的声学边界层，其杂质粒子受到液体兆赫频的震荡作用后会从器件的表面脱落，能够清洗掉元器件表面的微米以及亚微米级的杂质颗粒，实现超精密清洗。此外，高频超声波清洗过程由于极低的空化效应，对被清洗部件的表面不会产生损伤，能够有效地解决精密元器件清洗后造成的腐蚀或损伤破坏等现象。频率为900kHz-1000kHz的水槽式的超声波清洗是目前应用较普遍的高频超声波清洗装置。然而，当半导体晶圆或其它器件被清洗后的杂质颗粒不能及时地被排出槽外，就很有可能会造成杂质颗粒的二次附着，这就需要耗费大量的清洗液来完成器件的清洗。并且，高频超声波清洗水槽能够清洗的器件结构及部位受槽体尺寸以及高频超声波振源位置的限制，经常会存在清洗死角。另外，为了进一步提高清洗精度、清洗更小的杂质颗粒，该方式的高频超声波清洗装置很难再进一步提高超声波的频率。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种喷淋式高频超声波清洗装置，以至少解决现有技术中的喷淋装置存在很难再进一步提高清洗液的超声波频率、无法清洗0.2微米以下的杂质颗粒、空化作用小，对被清洗部件的表面造成损伤、清洗有死角以及清洗效率不高的技术问题之一。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种喷淋式高频超声波清洗装置，包括：前壳体，在所述前壳体的内部构造有供清洗液喷出的喷嘴内锥孔，在所述前壳体的后端构造有朝外侧凸出的外凸式锥台；后筒体，在所述后筒体内部的前端构造有朝所述后筒体的中心轴线方向凸出的台肩，其中，所述台肩的下端面构造成外扩式锥斜面，所述前壳体的后端插入到所述后筒体的前端的内部，从而构造出环形容纳腔，在所述前壳体对应所述环形容纳腔的部位构造有进液端口，所述外凸式锥台的外侧斜面与所述台肩的外扩式锥斜面共同构造成供清洗液流出的第一流道，所述第一流道与所述环形容纳腔连通；以及压电振子，所述压电振子设置在所述台肩的上端面，其中，所述压电振子的下表面与所述前壳体的后端的侧端面之间构造有供清洗液流出的第二流道，所述第二流道分别与所述第一流道以及所述喷嘴内锥孔连通。

其中，所述进液端口的孔径大于所述第一流道的内孔径。

其中，所述压电振子的外径大于所述台肩的内孔径，并且，所述台肩的内孔径大于所述喷嘴内锥孔的进液端的内孔径。

其中，所述喷淋式高频超声波清洗装置还包括线路转接板，所述线路转接板沿所述后筒体的轴向设置在所述后筒体的内部，其中，所述线路转接板与所述压电振子沿轴向呈间隔式设置。

其中，在所述压电振子和所述线路转接板之间安装有绝缘部件。

其中，所述绝缘部件包括阻隔板，所述阻隔板包括圆环板和从所述圆环板的孔边朝压电振子的方向延伸出的筒体，其中，所述圆环板与所述线路转接板紧密接触，所述筒体朝向所述压电振子的侧端面并与所述压电振子之间构造有间隙。

其中，在所述筒体的外围套设有密封部件，其中，所述密封部件的壁厚大于所述筒体的轴向长度。

其中，在所述后筒体的内表面上构造有环形凹槽，所述环形凹槽位于所述线路转接板的外侧，在所述环形凹槽内嵌设有卡簧。

其中，所述喷淋式高频超声波清洗装置还包括后端盖，所述后端盖扣合在所述后筒体的后端。

其中，所述喷淋式高频超声波清洗装置还包括电缆和与所述后端盖固定连接的电缆固定头，所述电缆依次穿过所述电缆固定头和所述后端盖后固定在所述线路转接板上，所述压电振子通过引线与所述线路转接板固定连接。

(三)有益效果

本实用新型提供的喷淋式高频超声波清洗装置，与现有技术相比，具有如下优点：

通过输入高频的电信号给压电振子，激励压电振子产生超高强的高频超声波振动，清洗液从后筒体的进液端口流入，清洗液会事先充满环形容纳腔，清洗液受前壳体中的外凸式锥台的阻挡，从侧围流至压电振子的表面，此外，通过第二流道的设计，能够确保清洗液完全紧贴压电振子朝向喷嘴内锥孔的表面，这样，在压电振子的表面就不会产生空气，压电振子的振动作用于清洗液，形成高频超声波喷涌，通过前壳体内的喷嘴内锥孔形成超声波液柱流出，实现对被清洗部件的高频超声波喷淋清洗。需要说明的是，由于在本申请中直接使用了压电振子作为超声换能器，因而，可以使得清洗液的超声波频率保持在900kHz到3000kHz的范围内，大大地降低了空化效应，进一步地，有效地减小了空化作用，由此，当高频的清洗液喷射到被清洗部件上时，对被清洗部件的表面并不会造成损伤。超声波在液体中传播时，能使被清洗部件的表面附近形成速度梯度很大且极薄的声学边界层，其杂质粒子受到液体兆赫频的震荡作用后会从被清洗部件的表面脱落，能够清洗掉被清洗部件表面的0.2微米以下的杂质颗粒，实现超精密清洗。此外，通过将前壳体设计成喷嘴喷头的形式，因而，无需限定空间，便于搭配其它设备使用，具有设备占地小、清洗液耗量少以及清洗效率高的优点。另外，本申请的喷淋式高频超声波清洗装置可直接对被清洗部件的特定部位进行定点喷淋清洗，并且清洗无死角。

附图说明

图1为本申请的实施例的喷淋式高频超声波清洗装置的爆炸结构示意图；

图2为本申请的实施例的喷淋式高频超声波清洗装置的整体结构示意图；

图3为图2的内部结构示意图；

图4为申请的实施例的喷淋式高频超声波清洗装置中的清洗液流动的液流流道的结构示意图；

图5为图1中的前壳体的整体结构示意图；

图6为图1中的后筒体的整体结构示意图；

图7为图4中的I的局部放大结构示意图；

图8为图7中的II的局部放大结构示意图。

图中，1：压电振子；2：后筒体；2a:台肩；2b：进液端；20：第一流道；23：环形容纳腔；2a1：外扩式锥形面；3：前壳体；3a：喷嘴内锥孔；3b：外凸式锥台；外侧斜面：3b1；30：第二流道；4：电缆固定头；5：电缆；6：后端盖；7：密封部件；8：卡簧；9：绝缘部件；91：阻隔板；911：圆环板；912：筒体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1：

如图1至图8所示，图中示意性地显示了该喷淋式高频超声波清洗装置包括压电振子1、后筒体2、前壳体3、喷嘴内锥孔3a、外凸式锥台3b、台肩2a、环形容纳腔23、进液端口2b、第一流道20以及第二流道30。

在本申请的实施例中，在该前壳体3的内部构造有供清洗液喷出的喷嘴内锥孔3a，在该前壳体3的后端构造有朝外侧凸出的外凸式锥台3b。需要说明的是，该喷嘴内锥孔3a的上端口径大于其下端口径。这样，可以对喷出的清洗液的流速起到一定的调节的作用，即，在清洗液逐渐要从喷嘴内锥孔3a中喷出时，其压力和流速会一直处于上升的趋势，这样，可以使得清洗液以超声波液柱的形式喷涌出去，从而达到更好的清洗效果、提高被清洗部件的清洗效率。

在一个实施例中，喷嘴内锥孔3a的夹角a的大小范围为大于等于10度且小于等于60度。需要说明的是，若喷嘴内锥孔3a的夹角a过大，则通过压电振子1产生的高频超声波作用就会被清洗液的压力所淹没。若喷嘴内锥孔3a的夹角a过小，则无法形成超声波液柱，在此情形下，也就达不到约束液体流向的目的，无法实现定点清洗作业。

该喷嘴内锥孔3a的夹角a优选为15°。

该外凸式锥台3b起到的作用类似为挡流板，即，防止清洗液顺利流入到第一通道20内。若不增设该外凸式锥台3b，则液体会很顺利地流入到第一通道20和第二流道30内并从喷嘴内锥孔3a喷出，在这种情况下，清洗液就会偏向进液端2b的一侧，而相对进液端2b的另外一侧的清洗液就会减少，进而造成环形容纳腔23不能被清洗液充满的情况，由此，便会在压电振子1的表面产生空气或气泡。因而，该外凸式锥台3b的作用是阻挡从进液端2b进入的清洗液快速进入到第一流道20和第二流道30后而流出，即，先让清洗液绕圈充满环形容纳腔23，然后，清洗液“漫”过外凸式锥台3b后均匀地流入到第一流道20和第二流道30内后流出。

在该后筒体2内部的前端构造有朝该后筒体2的中心轴线方向凸出的台肩2a，其中，该台肩2a的下端面构造成外扩式锥斜面2a1，该前壳体3的后端插入到该后筒体2的前端的内部，从而构造出环形容纳腔23，在该前壳体3对应该环形容纳腔23的部位构造有进液端口2b，该外凸式锥台3b的外侧斜面3b1与该台肩2a的外扩式锥斜面2a1共同构造成供清洗液流出的第一流道20，该第一流道20与该环形容纳腔23连通。

该压电振子1设置在该台肩2a的上端面，其中，该压电振子1的下表面与该前壳体3的后端的侧端面之间构造有供清洗液流出的第二流道30，该第二流道30分别与该第一流道20以及该喷嘴内锥孔31a连通。需要说明的是，该压电振子1的下表面，是指朝向喷嘴内锥孔3a那一侧的表面。具体地，通过输入高频的电信号给压电振子1，激励压电振子1产生超高强的高频超声波振动，清洗液从后筒体2的进液端口2b流入，清洗液会事先充满环形容纳腔23，清洗液受前壳体3中的外凸式锥台3b的阻挡，从侧围流至压电振子1的表面，此外，通过该第二流道30的设计，能够确保清洗液完全紧贴压电振子1朝向喷嘴内锥孔3a的表面，这样，在压电振子1的表面就不会产生空气，压电振子1的振动作用于清洗液，形成高频超声波喷涌，通过前壳体3内的喷嘴内锥孔3a形成超声波液柱流出，实现对被清洗部件(图中未示出)的高频超声波喷淋清洗。需要说明的是，由于在本申请中直接使用了压电振子1作为超声换能器，因而，可以使得清洗液的超声波频率保持在900kHz到3000kHz的范围内，大大地降低了空化效应，进一步地，有效地减小了空化作用，由此，当高频的清洗液喷射到被清洗部件上时，对被清洗部件的表面并不会造成损伤。超声波在液体中传播时，能使被清洗部件的表面附近形成速度梯度很大且极薄的声学边界层，其杂质粒子受到液体兆赫频的震荡作用后会从被清洗部件的表面脱落，能够清洗掉被清洗部件表面的0.2微米以下的杂质颗粒，实现超精密清洗。

此外，通过将前壳体3设计成喷嘴喷头的形式，因而，无需限定空间，便于搭配其它设备使用，具有设备占地小、清洗液耗量少以及清洗效率高的优点。

另外，本申请的喷淋式高频超声波清洗装置可直接对被清洗部件的特定部位进行定点喷淋清洗，并且清洗无死角。

在一个实施例中，该前壳体3和后筒体2的制造材质为非金属材料，并且，该非金属材料应当具有耐腐蚀、防水和绝缘的特性，优选地，该非金属材料可为聚三氟乙烯或聚醚醚酮。

需要说明的是，该前壳体3的筒壁应当具有一定的长度，以保证形成的环形容纳腔23具有一定的容量。

如图4所示，在一个优选的实施例中，该压电振子1与喷嘴内锥孔3a的端口之间构造有间隙D，该间隙D的大小范围为大于0且小于等于5mm(毫米)。这样，可以确保清洗液能够完全紧贴在压电振子1朝向喷嘴内锥孔3a的表面，避免在该压电振子1的表面产生空气。

如图4和图7所示，在本申请的一个比较优选的技术方案中，该进液端口2b的孔径大于该第一流道20的内孔径。这样，可以确保清洗液能够均匀地充满环形容纳腔23，避免该环形容纳腔23内因不被清洗液充满而存有空气的情况。

如图7所示，在本申请的一个比较优选的技术方案中，该压电振子1的外径A大于该台肩2a的内孔径B，并且，该台肩2a的内孔径B大于该喷嘴内锥孔3a的进液端2b的内孔径C。这样，可以确保经由压电振子1产生的高频超声波振动能够完全作用到喷嘴内锥孔3a的内部，使得流经该喷嘴内锥孔3a的清洗液能够形成高频超声波喷涌，通过前壳体3内的喷嘴内锥孔3a形成超声波液柱流出，实现对被清洗部件的高频超声波喷淋清洗。

如图4和图7所示，为进一步优化上述技术方案中的喷淋式高频超声波清洗装置，在上述技术方案的基础上，该喷淋式高频超声波清洗装置还包括线路转接板10，该线路转接板10沿该后筒体2的轴向设置在该后筒体2的内部，其中，该线路转接板10与该压电振子1沿轴向呈间隔式设置。需要说明的是，通过将该线路转接板10与压电振子1进行电气隔开，从而可以有效地避免因该线路转接板10与压电振子1直接接触，从而发生短路的情况，进一步地，确保了操作人员对被清洗部件在进行清洗过程中的安全。

在一个具体的实施例中，该线路转接板10可为PCB板(印制电路板)。

在另一个优选的技术方案中，在该压电振子1和该线路转接板10之间安装有绝缘部件9。具体地，该绝缘部件9的设置，起到了将压电振子1与线路转接板10进行电气隔开的作用，并且，由于该绝缘部件9应当具备一定的绝缘特性，因而，可以很好地避免发生短路的情况。

此外，为减少绝缘部件9对压电振子1造成的超声振动损耗，故此，该绝缘部件9可由柔性或弹性材料制造而成，即，使得绝缘部件9与压电振子1之间为柔性接触。

如图1、图2、图5和图6所示，该绝缘部件9包括阻隔板91，该阻隔板91包括圆环板911和从该圆环板911的孔边朝压电振子1的方向延伸出的筒体912，其中，该圆环板911与该线路转接板10紧密接触，该筒体912朝向该压电振子1的侧端面并与该压电振子1之间构造有间隙。具体地，通过使得该筒体912朝向该压电振子1的侧端面并与该压电振子1之间构造有间隙，从而可以有效地避免对压电振子1的振动空间造成限制，确保了压电振子1的有效振动。

如图7和图8所示，在本申请的一个比较优选的技术方案中，在该筒体912的外围套设有密封部件7，其中，该密封部件7的壁厚大于该筒体912的轴向长度。具体地，该密封部件7的设置，能够起到较好的密封作用。此外，通过使得该密封部件7的壁厚大于该筒体912的轴向长度，从而可以使得筒体912朝向该压电振子1的侧端面并与该压电振子1之间构造有间隙，进一步地，可以有效地避免对压电振子1的振动空间造成限制，确保了压电振子1的顺利振动。

需要说明的是，该密封部件7可为密封圈或密封条。容易理解，该密封部件7的结构并不仅仅地局限于上述列举的情况，其还可以根据实际的需要进行相应地调整。

为进一步优化上述技术方案中的后筒体2，在上述技术方案的基础上，在该后筒体2的内表面上构造有环形凹槽，该环形凹槽位于该线路转接板10的外侧，在该环形凹槽内嵌设有卡簧8。具体地，该卡簧8的设置，主要起到防止压电振子1、绝缘部件9以及线路转接板10沿后筒体2的轴向发生窜动的作用，即，起到了压紧密封的作用。进一步地，使得压电振子1、绝缘部件9以及线路转接板10三者间定位牢固。

如图1至图3所示，图中还示意性地显示了该喷淋式高频超声波清洗装置还包括后端盖6，该后端盖6扣合在该后筒体2的后端。需要说明的是，采用卡扣式的连接方式，大大地方便了后端盖6的安装及拆卸。此外，通过在该后筒体2的后端增设该后端盖6，从而可以使得该后筒体2与前壳体3共同形成内部为相对封闭式的整体，这样，在当超高频的清洗液经该喷嘴内锥孔3a喷射出去后，不会再迸溅到压电振子1和线路转接板10上，这样，就有效地避免了发生短路的情况。

如图3所示，为进一步优化上述技术方案中的喷淋式高频超声波清洗装置，在上述技术方案的基础上，该喷淋式高频超声波清洗装置还包括电缆5和与该后端盖6固定连接的电缆固定头4，该电缆5依次穿过该电缆固定头4和该后端盖6后固定在该线路转接板10上，该压电振子1通过引线(图中未示出)与该线路转接板10固定连接。也就是说，通过将引线的一端与压电振子1的电极连接，另一端固定到线路转接板10上，电缆5的一端外露，另一端也固定到线路转接板10上，这样，也就实现了该压电振子1与电缆5的电连接，与此同时，也实现了电缆5与压电振子1在机械连接上的分开，从而就有效地避免了由于外界对电缆5的拉力，造成压电振子1上的引线发生脱落的情况。

需要说明的是，该电缆5主要起到提供给该压电振子1高频超声波信号的作用。

综上所述，通过输入高频的电信号给压电振子1，激励压电振子1产生超高强的高频超声波振动，清洗液从后筒体2的进液端口2b流入，清洗液会事先充满环形容纳腔23，清洗液受前壳体3中的外凸式锥台3b的阻挡，从侧围流至压电振子1的表面，此外，通过该第二流道30的设计，能够确保清洗液完全紧贴压电振子1朝向喷嘴内锥孔3a的表面，这样，在压电振子1的表面就不会产生空气，压电振子1的振动作用于清洗液，形成高频超声波喷涌，通过前壳体3内的喷嘴内锥孔3a形成超声波液柱流出，实现对被清洗部件的高频超声波喷淋清洗。需要说明的是，由于在本申请中直接使用了压电振子1作为超声换能器，因而，可以使得清洗液的超声波频率保持在900kHz到3000kHz的范围内，大大地降低了空化效应，进一步地，有效地减小了空化作用，由此，当高频的清洗液喷射到被清洗部件上时，对被清洗部件的表面并不会造成损伤。超声波在液体中传播时，能使被清洗部件的表面附近形成速度梯度很大且极薄的声学边界层，其杂质粒子受到液体兆赫频的震荡作用后会从被清洗部件的表面脱落，能够清洗掉被清洗部件表面的0.2微米以下的杂质颗粒，实现超精密清洗。

此外，通过将前壳体3设计成喷嘴喷头的形式，因而，无需限定空间，便于搭配其它设备使用，具有设备占地小、清洗液耗量少以及清洗效率高的优点。

另外，本申请的喷淋式高频超声波清洗装置可直接对被清洗部件的特定部位进行定点喷淋清洗，并且清洗无死角。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种喷淋式高频超声波清洗装置，其特征在于，包括：

前壳体，在所述前壳体的内部构造有供清洗液喷出的喷嘴内锥孔，在所述前壳体的后端构造有朝外侧凸出的外凸式锥台；

后筒体，在所述后筒体内部的前端构造有朝所述后筒体的中心轴线方向凸出的台肩，其中，所述台肩的下端面构造成外扩式锥斜面，所述前壳体的后端插入到所述后筒体的前端的内部，从而构造出环形容纳腔，在所述前壳体对应所述环形容纳腔的部位构造有进液端口，所述外凸式锥台的外侧斜面与所述台肩的外扩式锥斜面共同构造成供清洗液流出的第一流道，所述第一流道与所述环形容纳腔连通；以及

压电振子，所述压电振子设置在所述台肩的上端面，其中，所述压电振子的下表面与所述前壳体的后端的侧端面之间构造有供清洗液流出的第二流道，所述第二流道分别与所述第一流道以及所述喷嘴内锥孔连通。

2.根据权利要求1所述的喷淋式高频超声波清洗装置，其特征在于，所述进液端口的孔径大于所述第一流道的内孔径。

3.根据权利要求1所述的喷淋式高频超声波清洗装置，其特征在于，所述压电振子的外径大于所述台肩的内孔径，并且，所述台肩的内孔径大于所述喷嘴内锥孔的进液端的内孔径。

4.根据权利要求1所述的喷淋式高频超声波清洗装置，其特征在于，所述喷淋式高频超声波清洗装置还包括线路转接板，所述线路转接板沿所述后筒体的轴向设置在所述后筒体的内部，其中，所述线路转接板与所述压电振子沿轴向呈间隔式设置。

5.根据权利要求4所述的喷淋式高频超声波清洗装置，其特征在于，在所述压电振子和所述线路转接板之间安装有绝缘部件。

6.根据权利要求5所述的喷淋式高频超声波清洗装置，其特征在于，所述绝缘部件包括阻隔板，所述阻隔板包括圆环板和从所述圆环板的孔边朝压电振子的方向延伸出的筒体，其中，所述圆环板与所述线路转接板紧密接触，所述筒体朝向所述压电振子的侧端面并与所述压电振子之间构造有间隙。

7.根据权利要求6所述的喷淋式高频超声波清洗装置，其特征在于，在所述筒体的外围套设有密封部件，其中，所述密封部件的壁厚大于所述筒体的轴向长度。

8.根据权利要求4所述的喷淋式高频超声波清洗装置，其特征在于，在所述后筒体的内表面上构造有环形凹槽，所述环形凹槽位于所述线路转接板的外侧，在所述环形凹槽内嵌设有卡簧。

9.根据权利要求4所述的喷淋式高频超声波清洗装置，其特征在于，所述喷淋式高频超声波清洗装置还包括后端盖，所述后端盖扣合在所述后筒体的后端。

10.根据权利要求9所述的喷淋式高频超声波清洗装置，其特征在于，所述喷淋式高频超声波清洗装置还包括电缆和与所述后端盖固定连接的电缆固定头，所述电缆依次穿过所述电缆固定头和所述后端盖后固定在所述线路转接板上，所述压电振子通过引线与所述线路转接板固定连接。