简介

通常，灰尘和其他杂质沉积在表面上。如果这种空气污染物沉积在高精度产品上，其性能可能会受到影响，从而导致质量下降。例如，粘附到集成电路封装中的衬底的尺寸小于1μm的导电颗粒可能导致电短路。即使工厂安装了高效空气过滤系统，也不能完全消除空气污染物; 因此，需要有效的表面清洁方法。已经开发了各种表面清洁方法，其中一些在工业上使用。这些清洁方法可分为两类：（1）湿法清洁，（2）干冰清洗。已知湿法清洁即使粒径小于0.1μm也能有效去除细小颗粒。化学添加剂或超声波照射也可用于提高清洁效率。尽管湿法清洁由于其高的去除效率而在工业中被广泛使用，但是它需要在清洁后进行干燥处理并导致大量水的处理。此外，溶液中的残留物可能在干燥后沉积在表面上并导致再污染。

 通过力矩来解释颗粒去除。图1显示了粘附在基材上的颗粒的力矩平衡模型的基本概念。主要有三种力：由空气传播的粒子引起的冲击力（F c），阻力（F d）和粘附力（F a）。由于污染物通常很小，因此可以忽略重力。在图1中，D p1和D p2分别是气载粒子和附着在基板上的粒子的直径，φ是冲击角，θ是基于弹性变形的接触角，M t是力矩在颗粒的质量中心，这是由剪切流动引起的。力矩的平衡表示为

图。1剪切流场中颗粒撞击的简单模型。

在本研究中，实验研究了通过干冰喷射去除附着在表面上的颗粒污染物。通过高速显微镜照相机观察颗粒去除，并获得颗粒去除效率的时间过程。还进行了使用空气喷射的实验以阐明干冰颗粒的影响。此外，连续测量干冰射流的温度以研究去除效率的变化。进行了基于力矩平衡模型的理论计算，以讨论颗粒去除机理。此外，执行表面清洁的可视化。

实验装置和程序

通过干冰喷射进行表面清洁的实验装置。通过膨胀高纯度液态CO 2产生干冰喷射。为此，将由不锈钢制成的柔性软管连接到高压CO 2气缸。在软管的末端，安装针阀以控制干冰喷射的流速。在针阀的入口处设置压力计以测量CO 2的内部压力; 在实验中测量的压力超过6MPa。柔性软管和针阀是隔热的，以减少环境和设备之间的热传递。一个50毫米长的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）管安装在针阀的端部以用作凝聚室，用CO2气体从管中排出附聚的干冰颗粒。

图。2实验装置示意图。

图。3 ABS管和试板的详细信息。

在表面清洁实验中固定由1mm厚透明玻璃制成的测试板（76×26mm）。该板预先被直径为2.92μm和0.75μm的单一化球形胶乳颗粒污染（Duke Scientific Corp.）。制备方法如下：（1）用喷雾器雾化胶体颗粒; （2）通过含有硅胶的环形圆筒干燥气流携带的颗粒; （3）空气中的颗粒沉积在板的表面上。对于2.92μm颗粒，每单位面积表面的初始颗粒数为约100mm -2，对于0.75μm颗粒，约为600mm -2。

图3显示了ABS管和测试板的配置。用于实验的ABS管的内径为6mm。入射角为π/ 4rad，从管尖到试验板中心的距离在轴向上为20mm。为了评估表面上的射流强度，通过压力传感器（AP-43，Keyence Corp.）测量表面中心处，即喷射轴的冲击点处的局部压力。在测试板上安装直径约1mm的压力抽头，压力传感器从后面连接。还使用温度计在相同位置测量干冰喷射的温度。使用高速显微镜照相机（Fastcam-Max，Photron Ltd.）从测试板后面观察颗粒去除。通过数字图像分析获得去除颗粒污染物的效率。

为了使表面清洁可视化，将溶解在有机液体中的黑色树脂（合成丙烯酸树脂）垂直喷射在测试板上。在进行实验之前，将树脂在室温条件下干燥1500秒直至形成固体膜。膜的平均厚度为45μm。所有实验均在室温条件下进行（温度：25±2℃; RH：40-60％）。