強超聲波探棒能量引導器的製作方法
2023-06-07 12:10:11
專利名稱：強超聲波探棒能量引導器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一用來清洗半導體晶片或其它要求特別高清潔度的如此物品的裝置。具體來說，該強超聲波探棒能量引導器涉及構造成防止損壞晶片上的精細的器件的強超聲波清潔器。
背景技術：
半導體晶片通常在其中傳播強超聲波能的清潔溶液中進行清洗。強超聲波清潔系統在高於超聲波二十倍的頻率下操作，安全和有效地從材料上去除微小顆粒，而沒有超聲波清潔中的負面副作用。
強超聲波能清潔裝置通常包括一連接到發射器的壓電晶體變送器。該變送器被電激勵而振動，變送器發射高頻能到處理槽中的液體。由強超聲波能產生的清潔流體的擾動能鬆開半導體晶片上的微小顆粒。因此，汙染物振動脫離晶片的表面。在一結構中，流體從槽的底部進入溼式處理槽並在頂部處溢出槽口。汙染物由此通過流體的溢流和快速地傾倒流體可從槽中去除。
隨著半導體晶片直徑的增大，起先為200mm現已為300mm，選擇一次就清洗完一晶片已變得越來越為技術人員所要求。具有多個器件的單一大直徑的晶片比較小直徑的晶片價值要高。因此，與通常採用批量清潔的較小的晶片相比，較大直徑晶片更需小心。
加利福尼亞州的Santa Ana市的Verteq，Inc.近年來已研製出一強超聲波清潔器，其中，一細長的探棒定位在水平安裝的晶片的上表面的緊靠的附近。施加在晶片上的清潔溶液在探棒和晶片之間產生一彎月面。施加到探棒一端的強超聲波能沿探棒的長度產生一系列的探棒振動，該振動通過彎月面朝向晶片。在探棒和晶片之間產生相對運動，例如，轉動晶片，業已發現這種相對運動對於鬆動全部晶片表面上的顆粒是一有效的方法，它致使顆粒從旋轉的晶片上衝洗掉。這樣一結構的實例示於授予Verteq，Inc的美國專利No.6,140,744中，本文援引其以供參考。
這樣一系統提供非常有效的清潔。然而，由於晶片上的沉積層的高度和密度已經提高，所以，這樣的晶片具有脆弱性。目前的清潔方法，包括那些使用｀744專利的裝置的方法，可導致定位在晶片上的器件的損壞。當然，因為高度精密的器件層已沉積在晶片上之後各晶片的價值高，所以這樣的損壞是一嚴重的問題。因此，需要改進這樣的強超聲波探棒系統的清潔能力，其能減小損壞這些精細器件的風險。
通過試驗，Verteq，Inc已確定致使各晶片損壞的程度正比於施加到探棒的功率，或聲功率密度。然後，通過施加低的功率即可減小損壞。然而，試驗也已表明，減小施加的功率對於晶片損壞問題可能不是最好的解決方案，因為減小施加的功率也可減小清潔效率。此外，僅減小施加的功率來消除晶片的損壞形成一通用性不強的清潔裝置。例如，較之僅在15W就開始損壞晶片的探棒組件，一在高達50W的施加的功率載荷下能安全地進行清潔的探棒組件具有更寬的使用範圍。
大部分晶片損壞起源於成90度角撞擊晶片的聲波。但這些聲波不一定提供最有效的清潔。而以比90度小的角撞擊晶片的聲波確能提供有效的清潔。因此，對｀744專利的裝置的修改在於，減小法向入射波的數量，而不顯著減小淺的入射波的數量，這種修改將減少對晶片損壞的入射，而不損害裝置的清潔能力。
發明內容
強超聲波探棒能量引導器具有若干個特徵，其中沒有單一的特徵是單獨地響應於其理想的屬性的。在不限制由附後的權利要求書所表述的該強超聲波探棒能量引導器的範圍的前提下，現將簡明地討論其更為顯著的特徵。在考慮本討論後，特別是在閱讀標題為「具體的實施方式」的章節後，將會理解到該強超聲波探棒能量引導器的特徵如何提供諸多的優點，其中，包括以對晶片上的器件造成最小的或沒有損壞的方式有效地清潔晶片。
強超聲波探棒能量引導器的優選實施例提供對基底的有效的清洗而不造成基底的損壞。該裝置包括一強超聲波探棒，一構造成激勵探棒的變送器，並可包括一設置在變送器和探棒之間的偶聯器。採用或不採用偶聯器，該裝置的根據在於，構造成將聲能從變送器引導朝向探棒的特定區域，以便減小法向入射波與淺角度入射波的比例。法向入射波是基本上直接在探棒下邊緣下面的波，而淺角度波是鄰近法向入射波的那些波。
通過在探棒的傳輸路徑的要求區域內對超聲波能量形成一阻擋，來減小法向入射波與淺角度入射波的比例。較佳地，該阻擋是在變送器和探棒之間的偶聯器內，並與探棒的下邊緣對齊。較佳地，通過在強超聲波能量通過該偶聯器的路徑中形成一間隙，來創建該阻擋，例如，在偶聯器或探棒的後面形成一凹陷。在該區域內的板件的表面進行粗糙化也可創建一阻擋。
這種結構通過減小從探棒發出的法向入射波與淺角度入射波的比例，防止對直接位於探棒下面的基底上的精細的器件造成損壞。同時，由淺入射波的能量形成的顆粒的鬆動提供非常有效的清潔功效。
附圖的簡要說明
圖1是現有技術的強超聲波能量清潔系統的示意的側視圖；圖2是圖1所示系統的側視截面圖；圖3是圖1所示的探棒組件的分解的立體圖；圖4是另一現有技術的強超聲波能量清潔系統的側視截面圖；圖5是圖1的探棒的示意的前視圖，示出探棒和矽晶片之間的液體彎月形構成；圖6是圖7a的探棒、偶聯器，以及傳熱元件的分解的視圖；圖7a是圖1的探棒、偶聯器、傳熱元件以及變送器的側視圖，示出偶聯器有選擇地中斷強超聲波能量到探棒傳輸的方式；圖7b是圖1的探棒、偶聯器、傳熱元件以及變送器的側視圖，示出偶聯器有選擇地中斷強超聲波能量到探棒傳輸的方式；圖8a-8d是強超聲波探棒能量引導器的偶聯器的較佳的橫截面形的前視圖；圖9是強超聲波探棒能量引導器的熱傳導元件—偶聯器—探棒接口的一較佳的實施例的分解的視圖；以及圖10是強超聲波探棒能量引導器的熱傳導元件—探棒接口的另一較佳的實施例的分解的視圖。
具體實施例方式
圖1-3示出根據』744專利製成的一強超聲波能量清潔裝置。一細長探棒104插入一處理槽101的壁100內。探棒104的清潔部分104a定位在緊靠基底、例如一晶片106的上面。探棒104支承在槽外的一端上。處理槽101由不沾汙晶片106的材料製成。
槽101可具有一用來將流體引入槽101內的入口(未示出)和一帶走從晶片106上去除的顆粒的出口(未示出)。在一諸如圖1所示的優選的實施例中，清潔液體通過噴嘴214噴射到晶片106上。在此結構中，槽101僅限制噴射。然而，在另一優選的實施例(未示出)中，槽101至少部分地填充清潔液。在此實施例中，一O形環102在探棒104和處理槽101之間提供一合適的密封。
容納在外殼120內的一傳熱件134聲學上和機械上偶聯到探棒104。包含在外殼內120內的還有一聲學上偶聯到傳熱件134的壓電晶體變送器140。獨立件141和電氣連接件142、154、126連接在變送器140和電源(未示出)之間。在所示的實施例中，電氣連接件142包括一釺焊滴，而電氣連接件154包括一導線。
外殼120具有開口144、146，它們分別支承用於冷卻劑的入口管道122和出口管道124。外殼120還具有一用於電氣連接件126、154的開口152，它們在圖2中可見。開口148、150允許一氣體冷卻劑進入和退出外殼120。外殼120較佳地由鋁製成，以便於熱量傳遞到冷卻劑上。
外殼120的敞開端被一環形板118部分地關閉，該環形板具有一探棒104通過的開口132。環形板118具有一外直徑延伸超過外殼120，並具有組織在一外環130和一內環131的多個孔。諸如螺釘之類的多個連接件128延伸通過內環131以將板118附連到外殼120上。通過多個螺紋的緊固件117，它們延伸通過外環130和旋入到槽壁內，環形板118安裝在槽壁100上。緊固件117還延伸通過套筒或間隔器116，它們將板118與槽壁100隔開。間隔器116定位外殼120和槽101外的展開的探棒後部104b，以使僅探棒清潔部分104a延伸入槽101內。再者，間隔器116將板118和外殼120稍許隔離槽101，以將從變送器140發出到壁100的振動減到最小。
在處理槽101內，一支承或支座108定位成平行於和緊靠探棒104(圖1)。支座108可呈各種形式。所示的結構包括一由多個輪輻108b支承的外輪緣108a。諸輪輻連接到一支承在軸110上的轂108c上，該軸延伸通過處理槽101的底壁。在槽101外，軸110連接到一電機112。
探棒104包括一實心的細長的心軸狀或探針狀的清潔部分104a，以及一底部或後部104b。探棒104的橫截面可以是圓形，有利地是，清潔部分104a的直徑小於後部104b的直徑。在一優選的實施例中，探棒後面104e的面積大約是探棒清潔部分104a的截面面積的25倍。當然，也可採用除圓形之外的其它截面形。
探棒104較佳地由相對惰性的不沾汙的材料製成，例如，石英，它能有效地傳輸聲能。儘管使用石英探棒對於大部分清潔溶液是滿意的，但含有氫氟酸的溶液會腐蝕石英。因此，可使用其它材料製成的探棒來代替石英，這些材料包括藍寶石、碳化矽、氮化硼、玻璃碳、塗以玻璃碳的石墨，或其它合適的材料。再者，石英可用對於HF惰性的材料、例如碳化矽、氮化矽或玻璃碳進行塗敷。
一具有小直徑的圓柱形的清潔部分104a要求沿探棒104的長度集中強超聲波能。探棒104的直徑最好足以抵抗由探棒104傳遞的強超聲波能產生的機械振動。實際上，探棒直徑沿探棒104的長度在間隔的位置上有略微的膨脹和收縮。較佳地，探棒清潔部分104a的半徑等於或小於施加到其上的能量頻率的波長。該結構產生一理想的表面駐波作用，它引導能量徑向地進入接觸探棒104的液體。在一優選的實施例中，探棒清潔部分104a的半徑大約為0.2英寸，而探棒104內能量的波長約為0.28英寸。這種結構沿探棒長度每英寸產生3至4個波長。
探棒清潔部分104a的長度較佳地應足夠長，以使晶片106的全部表面面積在晶片清潔過程中暴露在探棒104面前。在一優選的實施例中，因為晶片106在探棒104下面旋轉，所以，探棒清潔部分104a較佳地應足夠長，以至少到達晶片106的中心。因此，當晶片106在探棒104下面旋轉時晶片106的全部表面面積通過探棒104的下面。由於從探棒末端發出的強超聲波振動可提供朝向晶片中心的某種擾動，所以，即使探棒沒有到達晶片106的中心，探棒104也可滿意地發揮作用。有利地是，探棒104的長度可根據被清潔的晶片的大小進行變化。此外，探棒104到達槽101內的範圍可通過變化間隔器116的長度而進行調整。
探棒清潔部分104a的長度還由要求的波長數確定。通常，探棒長度以施加到探棒104的能量的半波長遞增地變化。在一實施例中，探棒清潔部分104a的長度等於38個施加能量的半波長。由於變送器內的振動，必須調整變送器140來獲得要求的波長，以使其工作在其最佳點上。
定位在槽101外面的探棒的後部104b展開其直徑，使其大於探棒清潔部分104a的直徑。在如圖1-3所示的實施例中，探棒的後部的直徑逐漸地增加到一圓柱形的部分104d。探棒端面104e的大的表面面積對於傳輸大量的強超聲波能是有利的，然後，強超聲波能集中在較小直徑的清潔部分104a上。
探棒底部104d聲學上偶聯到實體地支承探棒104的傳熱件134。在如圖1-3所示的實施例中，探棒端面104e通過合適的粘結劑粘結或膠結到傳熱件134。除了粘結劑，一薄的金屬片141(圖3)較佳地夾在探棒端面104e和傳熱件134之間。比單用粘結劑獲得的連接，薄片141的小孔內填充粘結劑，可提供更加永久的振動連接。通過在探棒端面104e和傳熱件134的表面上填充不規則形，粘結劑保持一均勻的「粘結線」。這些不規則形可用其它方式以空氣填充，它會中斷強超聲波能從支承到探棒104的傳輸，這將在下文中予以描述。
用於原型結構中的薄片是擴展的金屬型，約為0.002英寸厚，使平的股線之間的氣囊捕捉住粘結劑。該薄片材料由美國公司Delkar銷售。或者，薄片141可由鈹銅製成，厚度約為0.001英寸，由各家公司採用化學蝕刻工藝進行製造。
變送器140和傳熱件134都包含在較佳地呈圓柱形的外殼120內。傳熱件134容納在外殼120的內壁內的環形凹陷133內。傳熱件134由鋁製成，或某些其它良好的導熱體和強超聲波能傳導體製成，例如，鎂。在圖2和3所示的結構中，傳熱件134呈圓柱形，並具有一起作冷卻劑導管作用的環形槽136。在冷卻劑槽136兩側上的較小的環形槽138、139用合適的密封件、例如O形環135、137填充，以便隔離冷卻劑和防止其幹擾與變送器140的電氣連接。
變送器140粘結、膠結，或其它方法在聲學上偶聯到傳熱件134的平的後表面。一合適的粘結材料是ECF558，其由加利福尼亞州的Rancho Dominguez市的Ablestik公司出品。變送器140較佳地呈盤形並具有的直徑大於探棒後部104b的直徑，以使聲能從變送器140到探棒104的傳輸達到最大。傳熱件134在其端面上最好鍍金，以防止鋁氧化，由此，提供與變送器140和探棒104的較佳的粘結。傳熱件134較佳地具有的軸向厚度近似地等於施加到探棒104的能量的多個半波長。
探棒104偶聯到傳熱件134上的另一變化的結構示於圖4中。探棒端面104e不是粘結到傳熱件134上，一真空油脂塗敷到薄片141上，然後，探棒104用一盤簧143壓靠在傳熱件134上。真空油脂是一粘滯的油脂，它可抵擋接頭相對側上的壓力，而不產生洩漏或容易的移位。在一原型的結構中，採用的油脂是Fomblin Perfluorinated Grease，可從義大利的Bollate市的Ausimont公司購得。油脂和金屬彈簧的組合提供一可靠的聲學上的偶聯。
在圖4的實施例中，代替直接將外殼120安裝在板118上，外殼120安裝在一環147上，環147又通過偏距件145安裝在板118。該結構在外殼120和板118之間創建一間隙。盤簧143定位在該間隙內並壓縮在板118和探棒的錐形部分104b之間。因此，彈簧143壓迫探棒104朝向傳熱件134。一特富龍(Teflon)套筒149較佳地定位在鄰接探棒104的彈簧143的盤圈上，這樣，金屬彈簧143不損壞石英探棒104。在圖4的實施例中，導電體126定位在外殼120的一側上。
聲學上將探棒104偶聯到傳熱件134的其它的結構也是可能的。例如，探棒104可夾緊在傳熱件134上。任何的結構，其中，探棒104充分實體地受到支承，且將超聲波能量有效地傳輸到探棒104，則都包括在強超聲波探棒能量引導器的精神範圍內。
隨著半導體晶片尺寸的增加，不再是一次清洗一盒的晶片，所以，使用一次清潔一個晶片的清潔裝置和方法，變得更加實際和成本低廉。一半導體晶片106或其它待清潔的物品放置在槽101內的支承108上。晶片106定位在充分地靠近探棒104，以在探棒和晶片之間形成一流體的彎月形，這樣，探棒104和晶片106之間的流體的擾動，鬆動晶片106的表面上的微小顆粒。較佳地，探棒104和晶片106表面之間的距離在約0.1英寸的範圍內。
電機112轉動位於探棒104下面的支承108，以使晶片106的全部上表面直接地通過振動探棒104的下面。轉動速度將根據晶片的尺寸變化。然而，對於8」直徑的晶片，較佳的轉速從每分鐘5轉至30轉，更加較佳地是15至20rpm。
較長的清洗時間產生較乾淨的晶片。然而，較短的清潔時間增加產量，由此提高生產率。用強超聲波探棒能量引導器的優選實施例實施的較佳的清潔時間是5秒至3分鐘，更加較佳地是從15秒至1分鐘。
當壓電晶體變送器140被電激勵時，它以高頻振動。較佳地，變送器140在強超聲波頻率下通電，採用的要求瓦特值與探棒尺寸和待實施的工件相一致。振動通過傳熱件134傳輸到細長的探棒104。然後，探棒104發射高頻能進入探棒104和晶片106之間的清潔流體中。該結構的顯著優點之一在於，大的探棒後部104d可容納一大的變送器140，較小的探棒清潔部分104a將強超聲波振動集中到一小的區域內，以使鬆動顆粒的能力達到最大。探棒104和晶片106之間的足夠的流體有效地橫貫探棒104和晶片106之間的小間隙傳輸能量，以產生理想的清潔效果。隨著晶片106的各區域接近和通過探棒104，探棒104和晶片106之間的流體的擾動鬆動半導體晶片106上的顆粒。因此，汙染物振離晶片表面。鬆動的顆粒可被連續的流體流動帶走。
對變送器140施加有效的瓦特值產生相當的熱量，它可能損壞變送器140。儘管變送器140不可能產生足夠的熱量損壞石英探棒104，但探棒104和晶片106之間的粘結劑或油脂的物理特性可受極端溫度的影響。因此，冷卻劑泵送通過外殼120，以冷卻傳熱件134和由此的變送器140。
一第一冷卻劑，較佳地是諸如水的液體，通過開口144引入到外殼120的一側，循環通過圍繞傳熱件134的導管136，並通過開口146退出外殼120的相對端。因為傳熱件134具有良好的熱導率，相當量的熱量可容易地通過流體冷卻劑導出。當然，冷卻的速率通過改變流量和/或冷卻劑的溫度可容易地改變。
通過外殼120的閉合端上的開口148、150而進入和退出外殼120的一第二選擇的冷卻劑在變送器140上循環。由於變送器140和電氣布線142、154的存在，使用一諸如氮氣的惰性氣體作為外殼120該部分的內的冷卻劑。
在使用中，去離子水或其它的清潔溶液可從一噴嘴214噴射到晶片上表面上，同時，探棒104聲學上予以激勵。作為將清潔溶液從噴嘴噴射到晶片106上的一變體，槽101可用清潔溶液填充。在噴霧方法中，液體在探棒104的下部和晶片106的相鄰上表面之間形成一彎月形216。彎月形示意地顯示在圖5中，它溼潤探棒橫截面的下部。由橫截面的溼潤部分形成的弧的尺寸，根據用於清潔溶液內的液體的特性、用來構成探棒104的材料，以及晶片106和探棒104的下邊緣之間的垂直距離而改變。晶片106和探棒104的下邊緣之間的垂直距離較佳地約為清潔溶液內的聲能的一個波長。使用去離子水作為清潔溶液，使用一石英的探棒104，以及晶片106和探棒104的下邊緣之間的0.07」的距離，由探棒橫截面的溼潤部分形成的弧較佳地約為90°。
清潔溶液提供一介質，探棒104內的強超聲波能通過該介質從橫向於探棒104和通過彎月形傳輸導晶片表面以便鬆動顆粒。這些鬆動的顆粒被連續流動的噴霧和轉動的水衝走。當實施液體流動時，通過離心力使液體甩離晶片106，獲得一定量的乾燥作用。
因為典型的矽晶片106上的部件頗精細，所以，在清潔過程中必須小心，以確保這些板件沒有損壞。隨著施加到探棒104上的功率量的增加，從探棒104向清潔溶液傳輸的能量增加，從而從清潔溶液到晶片106傳輸的能量也增加。作為一般的規律，施加到晶片106上的功率越大，則晶片損壞的可能性也越大。因此，減小晶片損壞的一種方法是降低施加到變送器140上的功率，由此，限制傳輸到探棒104的功率。
然而，試驗也已表明，降低施加的功率並不是解決晶片損壞問題的最佳方法，因為，降低施加的功率也可降低清潔的效率。此外，為了消除晶片的損壞而簡單地降低施加的功率，會形成一功能多樣性不強的清洗裝置。例如，較之僅在15W就開始損壞晶片的探棒組件，一在高達50W的施加的功率載荷下能安全地進行清潔的探棒組件具有更寬的使用範圍。
如圖5中示意地所示，晶片最大損壞的區域217直接地位於圓柱形探棒104的中心下面。從探棒104發射的聲波的形式產生該晶片損壞的形式。對於一圓形探棒截面，波沿徑向發射，或從圓上的所有點垂直地發射。因此，從圓底部附近發射的波以90度角或接近90度角撞擊到晶片表面上。這些法向入射的波以最大的強度射到晶片表面上，因為它們的能量散播在一最小的面積上。在相對小的面積上的能量的集中可損壞晶片表面上精細的部件。
從沿圓的諸點上發射的波，它們與底部間隔，波以較淺的入射角射到晶片表面上。由這些波傳輸到晶片106的能量強度小於由從底部或接近底部發射的波傳輸的能量強度，因為從這些波發出的能量散播在一較大的面積上。對於每一個波，它進一步從圓的底部發射，波射到晶片表面的角度越淺，則傳輸到晶片106上的能量強度越小。
這些淺的角度的波通常提供足夠的強度來有效地清潔晶片表面而不造成法向入射波所表徵的那種損壞。因此，強超聲波探棒能量引導器的一優選的實施例，涉及在能量傳輸路徑內創建一阻擋，它可在要求的面積上減小能量傳輸。這樣一阻擋可通過插入一偶聯器222來形成，偶聯器包括一在傳熱件134和探棒底部104d之間的間隙218(圖6)。該間隙218阻礙強超聲波能量對探棒104的傳輸，因此，改變聲波從探棒104發射的形式。較佳地，與淺入射波相比，改變的形式降低法向入射波產生的清潔作用。然而，理想的是，偶聯器22的一定部分允許強超聲波能量傳遞到探棒104。因此，與傳熱件134一樣，偶聯器222較佳地由傳導強超聲波能量良好的導體材料、例如鋁或鎂構造。
圖7a和7b示意地示出強超聲波探棒能量引導器後面的原理。在圖7a中，(強超聲波探棒能量引導器的結構顯示在圖6的分解的立體圖中)環形偶聯器222設置在傳熱件134和探棒104之間。偶聯器222包括一位於其中心部分內的圓形的凹陷218。因此，圓形凹陷218在傳熱件134的一部分和探棒端面104e的一部分之間形成一間隙。該圓形凹陷218包括一真空，或填充空氣或其它氣體。真空和氣體是強超聲波能量的非常差的導體。因此，如圖7a所示，傳播通過傳熱件134的中心部分的強超聲波220被阻塞在傳熱元件—氣體的交界面上，決不到達探棒104。同樣地，在圖7b的結構中，一從傳熱件134延伸的盤形偶聯器222在傳熱件134的環形部分和圍繞偶聯器222的探棒104之間產生一物理的分離，在這些區域之間阻塞強超聲波的傳輸。
圖8a-8d示出用於偶聯器222的優選的橫截面形狀。圖8a-8c各類似於一帶有預設塊的管，因此，形成一間隙219。在類似的強超聲波能量清潔裝置中，該間隙219較佳地位於探棒底部104d的下部範圍內。在此結構中，間隙219阻塞強超聲波，否則，該波傳輸到探棒清潔部分104a的下邊緣。從清潔部分104a的發射的波的形式因此不同於上述現有技術裝置的特徵的徑向的形式。有利地是，法向入射波的量被減小，導致晶片損壞的較少。
圖8d的形狀是大致的橢圓。橢圓的主軸較佳地垂直定向。類似於圖8a-8c的截面形，橢圓形偶聯器222變化從探棒清潔部分發射的波的形式，較少晶片的損壞。
儘管所示形狀很好地適合減少晶片的損壞，但還有一範圍的相當的形狀，它們同樣能很好地適用。本技術領域內的技術人員應理解到，圖示的實例決不意味著限制本發明涵蓋的範圍。
類似於圖1的現有技術的組件，在一優選的實施例中，偶聯器222使用粘結劑粘結到傳熱件134和探棒端面104e。如圖9所示，一薄片141較佳地夾在兩個接口之間。薄片141既增加粘結的強度又使粘結更能耐受由強超聲波振動可能造成的損壞。在另一優選的實施例中，偶聯器222和傳熱件134之間、以及偶聯器222和探棒端面104e之間的接口包括一薄片141和真空油脂，以提高接口的強超聲波能量的傳輸效率。在此實施例中，藉助於如圖4中的彈簧143或其它合適的裝置，探棒104壓靠在偶聯器222上，而偶聯器222壓靠在傳熱件134上。
不採用粘結或其它的將偶聯器222固定到傳熱件134的方法，偶聯器222可包括傳熱件134的一體的表面特徵。例如，與變送器140相對的傳熱件134的一面可加工成包括一突出的表面特徵，其具有的橫截面類似於圖8a-8d的橫截面。在這樣一實施例中，探棒組件的結構類似於圖9的結構，例外的是，偶聯器222與傳熱件134一體形成，或由與傳熱件134相同的材料塊構成。當然，出現在這些圖9中的兩個元件之間的薄片141不存在於該實施例中。
在一變化的實施例中，在傳熱件134的一面內的凹陷(未示出)，或在探棒端面104e內的一凹陷215(圖10)，替代偶聯器222。然而，傳熱件134內的一間隙較佳地位於離傳熱件134的邊緣一足夠遠的距離處，以便不損害由O形環135、137形成的密封。在任一實施例中，一間隙形成在傳熱件134的一部分和探棒端面104e的一部分之間。這些結構在從探棒清潔部分104a傳輸的聲波的形式中形成類似的中斷。探棒端面104e或傳熱件134可設置有圖8a-8d中圖示的切出的形狀中的任何形狀，或未圖示出的任何其它合適的形狀。
本發明的範圍上文中以如此完整、清晰、簡明和準確的術語描述為強超聲波探棒能量引導器的優選實施例構思的最佳實施方式，描述製造和使用強超聲波探棒能量引導器的方式和過程，以使相關的本技術領域內的任何技術人員能製造和使用該強超聲波探棒能量引導器。然而，從以上所討論的，強超聲波探棒能量引導器易於修改和改變結構，它們是完全等價的。因此，沒有意圖將強超聲波探棒能量引導器限制在以上揭示的特定的實施例中。相反，本發明涵蓋落入由附後的權利要求書一般性地表述的強超聲波探棒能量引導器的精神和範圍內的所有的改型和變化的結構，附後的權利要求書特別地指出和清楚地主張強超聲波探棒能量引導器的主題內容。
權利要求
1.一用於清潔一薄和平的基底的組件，包括一發射器，其定位在基底的基本上平的表面上方，這樣，當液體施加到發射器和基底之間的一小的間隙時，一彎月形的液體形成在發射器和基底之間；以及一偶聯到發射器的變送器，以便為從變送器通過發射器將強超聲波振動傳輸到基底而形成一傳輸路徑，該變送器偶聯到發射器，偶聯方式以衰減傳輸到發射器的最下部分的能量，以防止損壞位於基底上的精細的器件，它們基本上直接位於該最下部分，而鄰近該最下部分的發射器的其它部分不衰減。
2.如權利要求1所述的組件，其特徵在於，包括一在傳輸路徑內的間隙，該間隙與發射器的最下部分對齊，以便衰減傳輸到最下部分的強超聲波能量。
3.如權利要求1所述的組件，其特徵在於，包括一在傳輸路徑內對於強超聲波能量的阻擋件，其衰減傳輸到所述最下部分的能量。
4.如權利要求1所述的組件，其特徵在於，所述最下部分具有一細長結構，其形成一與基底均勻間隔的邊緣。
5.如權利要求1所述的組件，其特徵在於，包括一用於基底的支承；以及一施加到在基底和發射器之間的間隙的液體源。
6.如權利要求5所述的組件，其特徵在於，所述液體源包括一用來分配液體到所述間隙內的分配器。
7.如權利要求1所述的組件，其特徵在於，所述發射器包括一偶聯到所述變送器的後面，而該後面構造成使強超聲波能量在所述端面的一部分內不從變送器傳輸到發射器，以便衰減傳輸到所述最下邊緣的能量。
8.如權利要求7所述的組件，其特徵在於，所述後面是大致的圓形，所述部分包括一在所述端面內的楔形凹陷。
9.如權利要求1所述的組件，其特徵在於，所述發射器包括一具有一大致圓形端面的細長杆，所述變送器偶聯到所述端面，以形成所述傳輸路徑，所述路徑包括其中能量從變送器傳輸到發射器受到衰減的一部分，以在所述最下邊緣處形成強超聲波能量的衰減。
10.如權利要求1所述的組件，其特徵在於，包括一定位在變送器和發射器之間的傳熱元件，並形成所述傳輸路徑的一部分，所述元件構造成衰減傳輸到發射器的一部分的能量。
11.如權利要求1所述的組件，其特徵在於，包括一定位在變送器和發射器之間的偶聯器，使偶聯器構造成衰減傳輸到所述最下部分的能量。
12.如權利要求11所述的組件，其特徵在於，偶聯器是大致的橢圓形，並構造成產生一不同於徑向形式的強超聲波能量傳輸的形式。
13.一用於清潔一薄和平的基底的組件，包括一包括一細長元件的發射器，細長元件帶有一下邊緣，其定位在基底的平的表面上方，但緊密鄰近基底的平的表面；一變送器，其將電能轉換為強超聲波的振動；以及一傳熱元件，其定位在變送器和發射器之間，以將振動傳輸到發射器；其中傳熱元件構造成衰減傳輸到探棒一部分的能量。
14.一用於清潔一薄和平的基底的組件，包括一具有一下邊緣的發射器，該下邊緣定位在基底的平的表面上方，但緊密鄰近基底的平的表面；一偶聯到發射器的變送器，其將電能轉換為強超聲波的振動；以及其中，一偶聯到變送器的發射器的面構造成衰減傳輸到發射器的一部分的能量。
15.一用於清潔一薄和平的基底的強超聲波探棒組件，包括一包括一細長杆的探棒，細長杆具有一下邊緣，其沿著杆的長度定位在基底的平的表面上方，但緊密鄰近基底的平的表面；一變送器，其將電能轉換為強超聲波的振動；一傳熱元件，其定位在變送器和探棒的後端面之間；以及一偶聯器，其定位在傳熱元件和探棒的後端面之間，偶聯器將強超聲波振動傳輸到探棒的後端，偶聯器構造成衰減傳輸到所述探棒的一部分的能量。
16.如權利要求15所述的組件，其特徵在於，偶聯器構造成產生一從探棒傳輸的不同於徑向形式的強超聲波傳輸的形式。
17.如權利要求15所述的組件，其特徵在於，偶聯器是大致的盤形，但具有一部分與探棒的下邊緣對齊，該部分構造成將強超聲波能量到下邊緣的傳輸減小到最小。
18.如權利要求15所述的組件，其特徵在於，探棒的端面的一部分與傳熱元件間隔，該間隔部分與探棒下邊緣對齊，以使強超聲波能量到探棒下邊緣的傳輸為最小。
19.如權利要求15所述的組件，其特徵在於，偶聯器大致呈橢圓形，偶聯器構造成產生從探棒傳輸的不同於徑向形式的強超聲波能量傳輸的形式。
20.一用來清潔一基底的強超聲波探棒組件，包括一發射器，其具有一與基底的基本上平的表面間隔的、但與其緊密相鄰的一部分，這樣，當液體施加到發射器和基底上時，一彎月形的液體形成在發射器和基底之間；以及一偶聯到發射器的變送器，以便形成一傳輸路徑，這樣，從變送器發出的強超聲波振動傳輸到發射器，並作為直接在探棒下邊緣下方的法向入射波、通過彎月形傳輸到基底，而淺角度波在法向入射波的兩側，所述波適於鬆動基底上的顆粒，變送器偶聯到發射器，偶聯的方式減小法向入射波對淺角度波的比例，以便防止損壞位於所述下邊緣下方的基底上的精細器件。
21.一清潔基底的方法，包括以下步驟提供一發射器，其由是強超聲波能量良好傳導體的材料製成；定位發射器，以使下邊緣定位成與基底的基本上平的表面間隔、但緊密與其相鄰，這樣，當液體施加到邊緣和基底上時，一彎月形的液體形成在邊緣和基底之間；提供一變送器，用來產生強超聲波振動；將變送器偶聯到發射器，以形成一傳輸路徑，來將強超聲波振動傳輸到發射器；以及在傳輸路徑內形成一阻擋件，以使液體振動在探棒下邊緣的直接下方得到衰減。
22.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，包括這樣的步驟通過在發射器的後面內形成一凹陷來形成所述的阻擋件，該凹陷沿軸向與所述發射器下邊緣對齊。
23.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，包括在所述傳輸路徑內定位一分離元件，所述阻擋件通過在所述分離元件內形成一間隙而形成。
24.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，包括定位一傳熱元件，以形成所述傳輸路徑的部分，並構造傳熱元件來形成所述阻擋件；並引導與所述傳熱元件有傳熱關係的傳熱流體，以便將熱量引導出所述變送器。
全文摘要
強超聲波清潔裝置構造成對一基底提供有效的清潔，而不對提供的基底造成損壞。該裝置包括一強超聲波探棒，一構造成激勵探棒的變送器，以及一設置在變送器和探棒之間的傳熱元件。傳熱元件可構造成從變送器引導聲能朝向探棒的特定區域，以便相對於淺角度入射波減小法向入射波的效應。或者，探棒的後端面可為此目的進行構造。另一實施例提供一設置在傳熱元件和探棒的後端面之間的偶聯器，以便從變送器引導聲能朝向探棒的特定區域。
文檔編號B06B1/06GK1638880SQ03805097
公開日2005年7月13日 申請日期2003年1月7日 優先權日2002年1月29日
發明者M·E·布蘭 申請人:金手指技術有限公司