一种稳定运行的超声波清洗装置的制作方法

1.本发明涉及超声波清洗装置技术领域，更具体的涉及一种能够连续稳定运行的超声波清洗装置。


背景技术：

2.现有用于半导体生产制造领域内的超声波清洗装置，利用超声波发生器发出超声波或兆声波频率的高频交变电流信号，并通过射频线传输至超声波换能器，再利用超声波换能器将高频交变电流信号转换成压电部件的高频机械振动，从而利用超声波换能器压电部件的高频振动带动泵入清洗机主体的喷射腔内的半导体清洗液剧烈震荡，并利用半导体清洗液自身的泵入压力和超声波换能器的驱动力将清洗液经喷射腔的喷射口处高速喷射出来，从而实现对半导体器件表面的高效清洁。
3.现有超声波清洗装置为了进行自动化控制，降低功耗，防止干烧，一般会在清洗机主体上设置用于检测喷射腔内清洗液液位变化情况的光电传感器，光电传感器与控制超声波发生器运行的运行控制器连接，用于向其报送喷射腔内液位检测信号。当光电传感器检测到喷射腔内存在足量的清洗液时，运行控制器会自动控制超声波发生器持续运行，以持续为连续泵入到喷射腔内的清洗液叠加高频振荡的动能。当光电传感器检测到喷射腔内的清洗液含量较少或者无清洗液时，运行控制器自动控制超声波发生器停机，从而避免缺少清洗液状态下超声波换能器的持续运行，防止其因干烧造成的损害。
4.然而，现有超声波清洗装置上设置的光电传感器，其感应探头一端大多是直接安装在喷射腔内的，而喷射腔内的清洗液在被超声波换能器赋能后会剧烈高频振荡，使其液面呈现上下波动起伏的状态，从而严重干扰了光电传感器对清洗液液位检测的稳定性和准确性，运行控制器也无法根据接收到的液位检测信号对喷射腔内实际的清洗液液位进行判断，导致运行控制器根据收到的液位检测信号控制超声波发生器进行非连续式的、高频、间断性的反复开机或停机，极易造成超声波发生器故障或损毁。
5.另外，实际清洗过程中若超声波发生器以非连续式的、间断性的非正常状态运行，还会导致超声波发生器停机时段内泵入喷射腔内的清洗液不能被及时附加高频振荡的动能，从而影响清洗机主体喷出的高能清洗液流的稳定性，不能保证喷射出的清洗液流以同等射速和动能清洁半导体器件表面，严重降低了超声波清洗装置的清洁效果，无法实现半导体器件表面清洁的目的。
6.因此，需要对现有的超声波清洗装置进行改进以克服上述问题。


技术实现要素：

7.综上所述，本发明的目的在于解决现有超声波清洗装置的设计不合理，喷射腔内高频震荡的清洗液液面干扰光电传感器的准确检测，进而导致超声波发生器故障或损毁、清洗效果差的技术不足，而提供一种能够准确检测清洗液的液位变化以实现使用过程中连续稳定运行的超声波清洗装置。
8.为解决本发明所提出的技术不足，采用的技术方案为：一种稳定运行的超声波清洗装置，包括有清洗机主体、超声波或兆声波发生器和运行控制器，所述的运行控制器与所述的超声波或兆声波发生器电性连接以控制其运行；所述的清洗机主体内设有用于泵入并喷出清洗液的喷射腔，所述的喷射腔上设有与超声波或兆声波发生器电性连接的换能器，用于驱使泵入喷射腔内的清洗液震荡并经喷射腔的喷射口喷出；其特征在于，清洗机主体的一端连接有引流部，所述的引流部内竖向设有上部开口的储液腔，纵向设有连通于所述储液腔下部的引流管道，所述的引流管道对应处于喷射腔端部的外侧并与之连通；引流管道的管径小于储液腔的腔体内径，其与喷射腔连通的一端开口呈向内收拢的喇叭口状结构，用于将喷射腔内呈震荡状态的清洗液平稳地引流到储液腔内；引流部上竖向连接有一与运行控制器电性连接的光电传感器，所述光电传感器的感应探头一端经储液腔上部的开口伸入，用于感测储液腔内清洗液的液位变化情况并向运行控制器发送液位感测信号。
9.进一步的，所述引流部的上端面上螺纹固定连接有一用于封堵其上部开口的端盖部，所述端盖部的中部位置上开设有用于固定插接所述光电传感器的固定螺孔，端盖部与引流部相抵接的端面之间密封夹持有处于所述固定螺孔外围的软胶密封圈。
10.进一步的，所述储液腔的底部设有向下凹陷的锥形槽，所述引流管道与储液腔相连通的开口处于所述锥形槽与储液腔侧壁的连接处。
11.进一步的，所述的引流部呈l型结构，其纵向一端螺纹固定连接在所述的清洗机主体上，所述的储液腔设于其竖向端部内，所述的引流管道设于其纵向端部内。
12.进一步的，所述的喷射腔沿所述清洗机主体的长度方向纵向设置，呈上宽下窄的v型条状腔体结构，其一侧壁的上部纵向设有用于泵入清洗液的入液口，其相对较宽的上方纵向开设有换能口，其相对较窄的下方纵向开设有所述的喷射口，所述的换能器纵向密封覆于所述的换能口上。
13.进一步的，所述的喷射腔其对应所述引流部的一端设有外扩型的溢流腔，所述溢流腔的横向截面宽度大于喷射腔v型条状腔体结构的横向截面宽度，溢流腔一端与喷射腔连通，另一端与所述的引流管道连通。
14.进一步的，所述的喷射口纵向开设于所述清洗机主体的下端面上。
15.本发明的有益效果为：本发明的光电传感器其感应探头一端并不是直接安装在清洗机主体的喷射腔内，而是安装在清洗机主体一端的引流部的储液腔内，喷射腔内高频振荡的清洗液是通过引流管道被引入到储液腔内的，由于引流管道本身的管径小于储液腔的腔体内径，且其与喷射腔连通的一端呈向内收拢的喇叭口状结构，因此，引流管道与喷射腔之间形成阻尼孔出流结构，喷射腔内高频振荡的清洗液会被收拢的喇叭口状结构限制降低其流量和震荡频率，使得清洗液以层流状态相对平稳的流入到引流管道内。而后，清洗液由小管径的引流管道以层流射流状态进入到大腔体内径的储液腔内，此时清洗液的横向流速很小，其液面能够保持相对稳定的状态，从而便于光电传感器连续、稳定、精确的检测储液腔内清洗液液位的变化情况，保证了本发明装置使用过程中运行控制器能够根据清洗液的真实液位情况连续、稳定的控制超声波发生器的运行，解决了现有装置运行过程中因储液腔内清洗液液面波动而造成超声波发生器间断式的反复开关机的问题，有利于降低超声波发生器的故障
率，防止其损毁。
16.而且，本发明的运行控制器能够通过光电传感器准确、即时地获知喷射腔内缺少或没有清洗液的情况，及时控制超声波发生器停机以防止换能器干烧，有效保护了换能器并提高了其使用寿命，也有利于降低本发明的功耗。
17.另外，本发明的储液腔内的清洗液液面稳定性高，可被光电传感器连续、稳定的精确感测，因此，本发明的运行控制器能够根据接收到的连续、稳定、精准的液位感测信号控制超声波发生器和换能器连续、稳定的运行，从而保证了清洗过程中清洗机主体喷出的清洗液流的流速和动能的稳定性和连续性，清洗效果更好。
附图说明
18.图1为本发明装置整体结构示意图；图2为本发明清洗机主体的底部结构示意图；图3为本发明清洗机主体的纵向截面结构示意图；图4为本发明清洗机主体纵向截面的结构局部放大示意图；图5为本发明清洗机主体的横向截面的结构示意图；图6为本发明清洗机主体的结构分解示意图。
19.图中：1.清洗机主体，101.第二固定螺孔，2.兆声波发生器，3.喷射腔，31.喷射口，32.入液口，4.射频线，5.换能器，51.谐振片，52.压电陶瓷片，53.铁氟龙密封圈，6.引流部，61.储液腔，611.锥形槽，62.引流管道，63.端盖部，631.第一固定螺孔，64.软胶密封圈，65.连接螺管，7.光电传感器，8.换能腔，81.压合机构，9.布液腔，10.注液管道，11.溢流腔，12.封盖，13.线缆插接头，14.注液管快拆接头。
具体实施方式
20.以下结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明的结构作进一步地说明。
21.参照图1至图2所示，本发明：一种稳定运行的超声波清洗装置，包括有清洗机主体1、兆声波发生器2和运行控制器（图中未画出），所述的运行控制器优选的设置在所述兆声波发生器2的机壳内部，与兆声波发生器2的主控模块电性连接，用于控制兆声波发生器2的运行。
22.具体的，参照图3至图5所示，所述的清洗机主体1呈长方体结构，其内部沿其长度方向纵向设有用于泵入并喷出清洗液的喷射腔3，在喷射腔3的上部设有通过若干射频线4（如图1所示）与兆声波发生器2的输出端电性连接的换能器5，用于驱使泵入到喷射腔3内的清洗液高频震荡并经喷射腔3下部设置的、纵向处于清洗机主体1下部的喷射口31高速喷出。
23.具体的，参照图3及图4所示，在清洗机主体1的左侧端面下部位置上螺纹固定连接有一l型结构的引流部6，该l型结构的引流部6其竖直一端内部竖向设有上部开口的储液腔61，其水平一端内部纵向设有连通于所述储液腔61下部的、对应处于喷射腔3左端外侧的引流管道62，储液腔61通过所述的引流管道62与喷射腔3连通。
24.具体的，引流管道62的管径小于储液腔61的腔体内径，引流管道62与喷射腔3连通的一端开口呈向内收拢的喇叭口状结构，用于将喷射腔3内呈震荡状态的清洗液平稳地引
流到储液腔61内。
25.具体的，引流部6上竖向螺纹固定连接有一与运行控制器电性连接的光电传感器7，该光电传感器7的感应探头一端经储液腔61上部的开口伸入，用于感测储液腔61内清洗液的液位变化情况并向运行控制器发送液位感测信号。
26.实际使用时，首先以0.35mpa的压力向清洗机主体1的喷射腔3内泵入半导体清洗液，半导体清洗液优选的为id水。而后开启兆声波发生器2，由运行控制器控制其运行以产生达到兆声波频率的高频交变电流，产生的高频交变电流由兆声波发生器2的输出端经所述的射频线4传输给喷射腔3上部的换能器5，继而利用换能器5的电学及物理特性将高频交变电能转换为机械能以驱使泵入喷射腔3内的清洗液剧烈震荡。叠加兆声波频率的震荡动能后，清洗液在自身泵入压力、重力及换能器5的驱动力作用下以高射速、高动能的状态从清洗机主体1下方的喷射口31处喷出形成高能清洗液流，从而将半导体器件表面上的污染物彻底清除。
27.实际使用过程中，喷射腔3内高频震荡的清洗液中的一部分会从喷射腔3的左端部经由引流管道62进入到引流部6的储液腔61内，进入到储液腔61内的清洗液其液面较稳定，便于引流部6上设置的光电传感器7稳定且连续的检测其液位状态变化，保证了光电传感器7向运行控制器发送的液位检测信号的准确性、稳定性和连续性。
28.采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果。
29.本发明的光电传感器7其感应探头一端并不是直接安装在清洗机主体1的喷射腔3内，而是安装在清洗机主体1一端的引流部6的储液腔61内，喷射腔3内高频振荡的清洗液是通过引流管道62被引入到储液腔61内的，由于引流管道62本身的管径小于储液腔61的腔体内径，且其与喷射腔3连通的一端呈向内收拢的喇叭口状结构，因此，引流管道62与喷射腔3之间形成阻尼孔出流结构，喷射腔3内高频振荡的清洗液会被收拢的喇叭口状结构限制降低其流量和震荡频率，使得清洗液以层流状态相对平稳的流入到引流管道62内。而后，清洗液由小管径的引流管道62以层流射流状态进入到大腔体内径的储液腔61内，此时清洗液的横向流速很小，其液面能够保持相对稳定的状态，从而便于光电传感器7连续、稳定、精确的检测储液腔61内清洗液液位的变化情况，保证了本发明使用过程中运行控制器能够根据清洗液的真实液位情况连续、稳定的控制超声波发生器的运行，解决了现有装置运行过程中因储液腔61内清洗液液面波动而造成超声波发生器间断式的反复开关机的问题，有利于降低超声波发生器的故障率，防止其损毁。
30.而且，本发明的运行控制器能够通过光电传感器7准确、即时地获知喷射腔3内缺少或没有清洗液的情况，及时控制超声波发生器停机以防止换能器5干烧，有效保护了换能器5并提高了其使用寿命，也有利于降低本发明的功耗。
31.另外，本发明的储液腔61内的清洗液液面稳定性高，可被光电传感器7连续、稳定的精确感测，因此，本发明的运行控制器能够根据接收到的连续、稳定、精准的液位感测信号控制超声波发生器和换能器5连续、稳定的运行，从而保证了清洗过程中清洗机主体1喷出的清洗液流的流速和动能的稳定性和连续性，清洗效果更好。
32.作为本发明解决其提出的技术问题的技术方案的进一步改进，还包括以下技术手段。
33.进一步的，参照图4及图6所示，本发明引流部6的上端面上通过螺杆固定连接有一
用于封堵其上部开口的端盖部63，该端盖部63的外周尺寸与引流部6的外周尺寸相匹配，其中部位置上贯穿地开设有一用于螺纹固定连接光电传感器7的第一固定螺孔631，该第一固定螺孔631正对储液腔61的上部开口上。在端盖部63与引流部6相抵接的端面之间还密封夹持有处于第一固定螺孔631外围的软胶密封圈64。
34.实际装配时，光电传感器7向下螺纹密封固定连接在第一固定螺孔631内，使得其感应探头一端穿过第一固定螺孔631向下伸出。而后，通过螺杆将端盖部63螺纹固定连接在引流部6上端面上，以将软胶密封圈64夹紧固定，并使光电传感器7的感应探头一端伸入到储液腔61内。
35.本发明的光电传感器7通过端盖部63密封固定连接在引流部6上，安装及拆卸更加方便，且端盖部63上设置的固定螺孔有利于调节光电传感器7的感应探头的位置，可根据实际情况方便地对光电传感器7进行旋进或旋退，保证检测的准确性和可靠性。另外，端盖部63与引流部6之间密封夹持有软胶密封圈64，密封效果好。
36.具体的，参照图4及图6所示，本发明引流部6其水平纵向延伸的一端设有具有外螺纹的连接螺管65，引流管道62的一段处于该连接螺管65内。相配合的，清洗机主体1的左侧端面下部位置上开设有与喷射腔3左端部连通的第二固定螺孔101，实际装配时引流部6上的连接螺管65螺纹固定连接在所述的第二固定螺孔101内，从而实现引流部6与清洗机主体1间的连接并将喷射腔3与储液腔61间连通。
37.本发明的引流部6通过连接螺管65和第二固定螺孔101固定装配在清洗机主体1上，结构简单，拆装方便，连接可靠性高。
38.进一步的，参照图4所示，本发明引流部6的储液腔61其底部设有向下凹陷的锥形槽611，该锥形槽611与储液腔61同轴线，引流管道62与储液腔61相连通的开口处于所述锥形槽611与储液腔61侧壁的连接处。
39.本发明储液腔61底部的设置的锥形槽611可以进一步降低从引流管道62流入到储液腔61内的清洗液的流速和震荡幅度，进一步保证了储液腔61内清洗液液面的平稳程度，进一步提高了光电传感器7液位检测的精度、稳定性和连续性。
40.进一步的，参照图1所示，本发明的清洗机主体1呈长方体结构，喷射腔3沿其长度方向纵向设于其内部的前侧。
41.具体的，参照图3至图5所示，喷射腔3呈上宽下窄的v型条状腔体结构，其后侧壁上部靠近所述换能器5的位置上纵向开设有用于向其腔体内泵入清洗液的入液口32，其相对较宽的上方纵向开设有用于换能器5驱动清洗液震荡的换能口（图中未标示），其相对较窄的下方纵向开设有所述的喷射口31，喷射口31与换能口正相对以使被换能器5驱动震荡后的清洗液能够向下经喷射口31高速、高能喷射而出。
42.具体的，参照图5至图6所示，在清洗机主体1内还纵向设有对应处于喷射腔3上部的、通过所述的换能口与喷射腔3连通的换能腔8，换能器5通过压合机构81固定连接在换能腔8的底部并密封覆盖在换能口上。
43.进一步的，参照图5至图6所示，换能器5包括有密封覆于换能口上的谐振片51，在该谐振片51的上表面上纵向排列设有四个长方形结构的压电陶瓷片52，四个压电陶瓷片52分别通过一射频线4电性连接在兆声波发生器2的输出端上。
44.实际装配时射频线4与压电陶瓷片52电性连接的一端纵向布设在换能腔8内并固
定，防止外力拉扯射频线4露在清洗机主体1外的部分时射频线4与压电陶瓷片52断接分离，保证射频线4与压电陶瓷片52间连接的可靠性。
45.优选的，谐振片51采用钛合金材料制作，使得谐振片51具有较高的结构强度和刚性，能够有效传递压电陶瓷片52的机械能。且钛合金材质本身耐酸碱、耐腐蚀，具有良好的水电隔离效果，用于封堵换能口保证了换能器5的使用寿命，可靠性更高。
46.实际使用时压电陶瓷片52通过射频线4接收兆声波发生器2产生的高频交变电流，并利用其自身电学特性及物理特性将高频交变电能转换为机械能而带动谐振片51同频高速震动，继而通过谐振片51的震动驱使喷射腔3内泵入的清洗液高频震荡以对其赋能。
47.具体的，参照图5至图6所示，压电陶瓷片52的宽度小于谐振片51的宽度，谐振片51底部边沿与换能腔8底面之间设有处于换能口外围的铁氟龙密封圈53，实际装配时压合机构81通过紧固件向下锁紧固定连接在换能腔8内以将谐振片51抵紧在换能口上，同时将压电陶瓷片52限位紧固在谐振片51上。压合机构81固定后谐振片51的底面边缘部分紧抵铁氟龙密封圈53，从而利用谐振片51和铁氟龙密封圈53将换能腔8与喷射腔3密封隔离。
48.本发明选用压电陶瓷片52作为压电部件进行电能与机械能的转换，其敏感度高，频率稳定性好、适用范围宽，且体积小，不吸潮，抗干扰能力强，适用寿命高，保证了换能器5的稳定性和可靠性。
49.同时，换能腔8与喷射腔3之间通过铁氟龙密封圈53和钛合金材质的谐振片51密封隔离，铁氟龙材质本身对声波的吸收能力较差，有效降低了换能器5机械能量的损耗，有利于提高换能器5驱动清洗液震荡的效率，且钛合金材质本身强度高、刚性好，化学稳定性好，防腐耐磨，保证了谐振片51的机械能传递的效率和可靠性，对清洗液中具有化学腐蚀性的物质具有较高的耐受性，提高了换能器5的可靠性和使用寿命。
50.进一步的，参照图5所示，在清洗机主体1内还纵向设有对应处于所述喷射腔3后侧上部的、通过所述的入液口32与喷射腔3连通的布液腔9，布液腔9呈后侧宽、前侧窄的近似于倒v型条状腔体结构，布液腔9后侧较宽的腔体上部纵向排列连通有四个竖向设于清洗机主体1上的注液管道10，实际使用时通过四个注液管道10向布液腔9内泵入半导体清洗液。布液腔9前侧腔体逐渐收紧变窄的一端呈弧形上抛状结构，其前侧与喷射腔3连通的开口构成所述的入液口32。
51.实际使用时布液腔9的腔体结构能够将四个位点同时向下泵入的清洗液均匀散布开来，并将清洗液高速引入到其前侧呈弧形上抛状结构的腔体内，而后利用其弧形上抛状结构将清洗液经入液口32高速抛射到换能口上的换能器5底部，从而便于换能器5驱使清洗液高频振荡。
52.本发明的喷射腔3设计为上宽下窄的v型条状腔体结构，换能器5密封覆于其上部的换能口上，实际使用时经入液口32高速泵入换能口处的清洗液被换能器5的压电陶瓷片52和谐振片51驱动赋能而剧烈震荡，在清洗液自身泵入压力、换能器5的驱动力及重力作用下向下泵入到喷射腔3逐渐变窄的下部，从而利用喷射腔3的腔体结构设计引导清洗液以高频震荡的状态从喷射口31处加速向清洗机主体1外喷射而出，从而形成高速、高能的清洗液流，清洗效果好。
53.进一步的，参照图4及图6所示，本发明清洗机主体1的喷射腔3对应引流部6的左端还设有一外扩型的溢流腔11，该溢流腔11呈筒状腔体结构，其横向截面宽度大于喷射腔3v
型条状腔体结构的横向截面宽度，溢流腔11的右端部与喷射腔3连通，左端部与设于清洗机主体1上的第二固定螺孔101连通，从而将溢流腔11经引流管道62与储液腔61连通。
54.本发明的清洗机主体1内设置的溢流腔11其腔体横向截面宽度大于喷射腔3横向截面的宽度，相较于喷射腔3端部呈现外扩型结构，因此，喷射腔3内的清洗液会以射流状态流入到溢流腔11内，而射流状态下清洗液的横向流速较小、纵向流速较快，进入到外扩型结构的溢流腔11内后清洗液容易形成旋流或混合湍流，使得清洗液部分方向上产生的振荡可以相互制约、抵消，有利于降低清洗液的震荡频率，有利于引流管道62对经溢流腔11进入的清洗液进行进一步的缓冲，从而进一步减缓清洗液的震荡程度，使得流入储液腔61内的清洗液的液面更加平稳。
55.具体的，参照图1及图6所示，在清洗机主体1的上端前侧位置上还螺纹固定连接有一用于封堵换能腔8上部开口的封盖12，在该封盖12上纵向排列设有四个分别对应处于四个压电陶瓷片52上方的线缆插接头13，实际装配时四根射频线4的前端分别从四个线缆插接头13伸入到换能腔8内并被线缆插接头13锁紧固定。
56.本发明通过封盖12将换能腔8与清洗机主体1外部空气相隔离，起到了隔绝空气、保护换能器5的作用，有利于避免或减缓外部大气对换能器5的腐蚀及氧化，有利于提高换能器5的可靠性和使用寿命。另外，线缆插接头13可以有效锁紧固定射频线4端部，防止外力拉扯时射频线4与压电陶瓷片52断接分离，可靠性更高。
57.具体的，参照图1、图5及图6所示，在清洗机主体1的上端面后侧位置上还设有四个分别螺纹固定连接在四个注液管道10上部开口上的注液管快拆接头14。实际使用时清洗液泵入装置（图中未画出）通过四个注液管（图中未画出）连接在四个注液管道10上，用于将清洗液泵入到布液腔9内。
58.上述实施例仅仅为了表述清楚本发明的具体一种实施方式，并不是对本发明的实施方式的限定。对于本领域技术人员来说，依据本发明可以推导总结出其他一些对清洗机主体1、兆声波发生器2、运行控制器、喷射腔3、换能器5、引流部6、储液腔61、引流管道62、光电传感器7等的调整或改动，或者以本发明为基础推导总结出的一些其他使用方法在此就不进行一一列举。凡是依据本发明的精神和原则之内做出的任何修改、替换或改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围内。