专利名称：紫外辐射光清洗机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种紫外辐射光清洗机，具体的说，是一种用于对需要精细加工的高科技产品的各类基片(芯片)的表面进行原子级洁净度清洗的工艺加工设备。
背景技术：
众所周知，在生产加工高新技术产品精密部件的过程中，对工件(如半导体集成电路、液晶器件、表面波器件、印制电路板等高密度基片类的部件)的表面洁净度要求极高。传统工艺中的化学清洗已经不能满足要求，近年来正在开发紫外辐射光清洗技术。
紫外辐射光清洗的特点是请洗后的洁净度能够达到原子级，它借助光和气的作用把基片表面粘附的各类有机物彻底清除干净，是一种非接触式的干法表面清洗技术，它不触及表面也不污染环境。
紫外辐射光清洗的基本原理是在特定波长(253.7nm)和强度的紫外辐射光照射下基片表面粘附的有机物(碳氢化合物)发生光敏过程，即有机化合物的分子吸收特定波长光子能量后，分子链被撕破，分解为离子、游离态原子、受激分子或中性分子；另外在特定波长(184.9nm)和强度的紫外辐射光的照射下空气中的氧气分子(O2)吸收光子能量后会变成臭氧(O3)和原子氧(O)；原子氧的化学性质活拨，具有很强的氧化作用，能把基片表面上粘附的有机物的光敏分解物全部氧化，变成水蒸气(H2O)和二氧化碳(CO2)等可挥发性气体逸离基片表面，随气流排出，达到彻底清洗基片表面的目的。
近年来开始萌现基于以上原理制造的工业用紫外光清洗机。如日本的专利平-12743；平-120950；昭61-194830以及我国的00105842.8等。
把光清洗从原理转化成为实用的设备必需突破许多关键技术，特别是要设计出高效率、高可靠的光源和一个优化的清洗环境(光源在照射舱内的配置、工件的运行状态、清洗过程的持续时间、控制程序等等)。优化设计的关键是把“光敏”和“氧化”这两个互相依存又彼此制约的物理和化学过程在照射、清洗舱里恰当地搭配好、协调好和综合地利用好。紫外光源灯管发出的两个波长(184.9nm；253.7nm)的强度，多个灯管摆放的间距，灯管与工件间的距离，灯管排列的取向(相对于加工流水线工件移动的方向)等都会影响对工件照射量的强度和均匀度，也影响照射舱内臭氧发生的强度。因为臭氧对紫外光会有一定的遮挡，因而在舱内的臭氧浓度也是敏感参数，臭氧量过多会妨碍光敏效果，过少又不足以完成氧化，必须调控在恰当的范围。所以照射舱内的温度和排风量的控制也至关重要。紫外光清洗是一个复杂的多变量系统过程，要经过精心设计和试验才能达到高质量、高效率和稳定有序的运行和生产。
采用更新的电子和控制技术，优化设计成一种生产效率高、产品质量好，设备的工作稳定可靠，使用操作方便，运行及维护成本低廉的紫外光清洗机是本发明的目标。
发明内容
本发明提出一种高效型紫外辐射光清洗机，由光源照射系统、工件载送系统、冷却系统、控制系统等部分组成。本发明所采用的各个系统的特点如下(一)光源照射系统光源是清洗机的核心部件，对整机的性能具有决定性的影响。本发明研制的光源具有如下的特点1/光源石英管内设置了“冷点”。紫外灯管发光的原理是石英管内的液态汞因为加热变为蒸汽，汞蒸汽受激就产生紫外光，汞蒸汽的压力大小是发光性能的敏感参数，应当保持恒定。现用的一般紫外灯管内汞蒸汽的压力对温度非常敏感，因而不稳定。要作到使一个本身发热的灯管，又处在复杂的热源环境下，始终保持恒温是很难实现的。为解决不稳定问题，本发明的思路是，引用另外一个可控变量来调节汞蒸汽的压力。办法是在灯管内壁设置了“冷点”，其功能是使多余的汞蒸汽遇冷能够还原为液态，凝结在“冷点”的上面，从而调节灯管内的汞蒸汽压力免受灯管周围温度变化的牵制，使发光性能达到和保持在稳定的最佳状态。
2/清洗机用的紫外灯管是专门研制的，它比常用消毒用灯管功率大，市场上不易找到合适的电子镇流器，匹配不佳往往是故障频繁的根源。本发明自行设计了与紫外辐射灯管配套的专用型大功率电子镇流器。良好的匹配使灯管能保持稳定工作和长寿命。
3/为了使紫外辐射光对工件的表面照射量分布均匀，必需采用多根灯管并排安放，以便形成近似面光源照射。已知的光清洗机所采用的灯管排列方法或是使用短灯管按照工件运动的方向横排(工件运动与灯管垂直)，或是使用长灯管按照工件的运动方向顺排(工件运动与灯管平行)。使用短灯管的缺点是发光效率低；使用顺排的长灯管缺点是对工件表面的照射量分布不均匀呈条状。本发明设计的办法是既采用效率高的长灯管；又消除了照射量呈不均匀条状的问题。具体的办法是沿工件运动的方向倾斜一个角度(灯管的一个间距与长度之比)，或者采用横向排列的蛇形灯管；两种办法均可达到工件在运动中累计的照射量均匀一致。
(二)工件载送系统本发明采用的工件传送方式是以减速电机为动力，经过齿轮组和传动连杆，带动一排同步转动的滚轮轴，工件由滚轮托起向前平稳移动。工件的移动速度由减速电机的变频控制器控制。工件的运动平稳、各个工件之间无挤压碰撞、无重叠现象，为了配合自动生产线的工艺流程(配合自动填装和移出工件)，工件要相互要保持一个固定的间距。为此本发明专门设计了工件运行状态传感装置。具体办法是采用位置传感器感知工件的瞬态位置，经过微处理器的运算得出工件的运行状态，并进行精确控制。
(三)冷却系统通常光清洗机采用排风冷却降温措施。为了更精确地控制温度和独立地控制臭氧浓度，本发明提出的紫外辐射光清洗机破例采用了水冷降温措施，实际使用的是水冷与风冷复合型冷却系统。水冷系统由设在光照舱里灯管阵列上方的扁平状冷却板(集热器)和设在设备舱里的冷却水箱组成，水的循环由水泵驱动。灯管发出的多余热量由冷却板吸收，再经过连接水管被转移到冷却水箱里，然后散去。采用了水冷系统的优点是使排风系统的负荷大为减轻，排风机的用途主要在于调控臭氧浓度。这样冷却系统在整体上达到体积小、噪音低、控温更精确。
(四)控制系统本发明周密地设计了清洗机的自动化运行控制系统。由计算机和微处理器进行工作状态的设置、关键数据的采集、处理、显示和相应控制信号的生成。使清洗机的自动化程度高、人机界面友好、运行安全可靠、生产效率高、产品质量好。
为了保持清洗机的工作状态最佳和稳定可靠地运行，本发明中选用和设计了多种传感器件，在机内进行了合理的配置，如1/光照度传感器成排的灯管工作在照射舱内(外面看不见)，为了及时发现和更换失效者必须设有检测电路，惯用的方法是监测灯管的供电参数(电流或电压)。显然供电参数正常，并不完全表明发光正常。本发明设计的检测办法是对每个灯管都配有一个独立的光照度传感器，用于监测该灯管的照度强弱是否达标，有偏差时自动报警。本发明设计的检测方法使设备的工作更加可靠。
2/臭氧浓度传感器检测光照舱出风口的臭氧浓度，该信号用于调控通风的强弱，使臭氧浓度自动地始终保持在最佳状态；3/温度传感器温度是清洗效的果敏感参数，需要严格控制，因此设有多个测温点，如光照舱、设备舱内的温度、灯管壁的温度、光照舱排风口的温度、冷却水的温度等等；4/工件运行状态传感器为了确保被加工件在光照舱内的运动平稳有序，本发明采用相应的位置传感器感知工件的瞬态位置，经过微处理器运算得出工件的运行状态。
(五)系统综合特征本发明提出的紫外辐射光清洗机，由于采用了上述各具特点的几个分系统，使整机在运行中能够比较好地解决清洗过程的优化控制问题。
例如紫外辐射光源的每一个灯管都是同时发出“光敏”(253.7nm)和“激发臭氧”(184.nm) 两个不同用途的波长和相应的发光强度。要使这些参数保持在稳定的优化状态。必须控制好灯管内对温度十分敏感的汞蒸气的压力。一般光清洗机采用的办法是通过排风冷却法控制温度，结果是光照舱内的臭氧浓度也随排风量发生变化，使控制过程不易稳定，很难达到优化的工作状态。本发明在灯管内设置了“冷点”用以控制汞蒸气的压力，使灯管的发光性能对环境温度不再敏感；在冷却系统中引用了水冷措施，使排风系统减负，并主要用于调控臭氧浓度。这样就避免了调整一个输入量，牵动两个以上输出量的情况。使控制过程易于达到优化的工作状态。
再如本发明所采用的工件载运系统和多传感器控制系统使本清洗机具有自动化程度高，工作稳定可靠，清洗效果好、效率高，控制使用灵活方便、人机界面友好的特点。
(六)整机构架本发明的整机为台式清洗设备，分隔为上下两个舱，光照清洗舱在上部，下部是设备舱。一款清洗机是流水线式的生产加工清洗设备，被清洗的批量部件鱼贯式的进入和移出光照清洗舱；另一款是单批次少量加工时使用的清洗设备，被清洗的部件放入光照清洗舱和取出的方式可以采用启闭式或推拉抽屉式。光照清洗舱内所使用的全部材料和部件对紫外光和臭氧都具有绝对稳定和安全的物理化学性能。
具体实施例方式
本发明提出的流水线式的清洗机的实施例如
图1所示。
图1a是该清洗机的正面剖视图。
图1b是该清洗机的侧面剖视图。
图1c是该清洗机的上舱内部(开启上盖)的俯视图。
图1d是该清洗机的上舱内部灯管安装排列的视图。
图2是本发明提出的适合单批次加工使用的清洗机的实施例。
图3是本清洗机的控制功能框图。
下面结合图1介绍清洗机的首选实施例清洗机为台式结构由机架4支撑，上部为光照清洗舱1，下部为设备舱2，两个舱中间以不锈钢制作的衬斗3为界。
光照清洗舱的结构布局设计，关系到紫外光对工件表面的照射强度、污染物被光敏化的均匀度和完善度，也直接影响臭氧的发生量和氧化过程的完善程度。本发明为了提高光源的发光效率，采用了长的(150cm)发光灯管，光照清洗舱的各项尺寸和相关的参数都经过精心的优化选择设计，达到光照均匀、强度合适，臭氧的发生量相配，使清洗机效率高、工作稳定可靠。
本清洗机光照舱的上盖5、下底(衬斗3)都采用不锈钢板，舱内工件运送机构(见图1c)的传动齿轮6、滚轮7、滚轮轴8等都是用不锈钢制成的。为了使传动机构减震、消声和润滑，轴承部分采用了聚四氟朔料。
紫外灯管17沿水平方向并排固定在固定板15上(见图1d)，灯管阵列装在上盖内部的固定架9上(见图1b)，灯管的取向在台面上按照与工件运动方向倾斜排列(按照一个灯管的间距斜放)以求达到累积照射量均匀一致，使清洗彻底干净。水冷系统的两组集热片平贴在灯管阵列的上部，它把多余的热量带出，用以保持光照舱的环境温度稳定。图1d上标有工件位置传感器16、紫外灯管照度传感器18、灯管的“冷点”19的安装位置。
设备舱(见图1a、图1b)内装有紫外灯管的镇流器10、冷却水箱11、电器控制箱12、排风管13、减速电机20等设备。报警灯14树立在高于台面的地方，以便醒目。
图2是适合小批量加工的清洗机实施例，采用较紧凑的台式结构。为了使工件表面受到的照射量均匀，光照清洗舱内的被加工件放在可摆动的承物盘上。
图3是本清洗机的控制功能框图和对外接口关系。
权利要求
1.一种紫外辐射光清洗机，是用于对各类基片(芯片)表面粘附的有机物进行原子级清洗的工艺加工设备，其特征在于它是由新型光源照射系统、齿轮轴杆式传动系统、水冷风冷复合型冷却系统和多传感器控制系统等部分组成的新一代紫外辐射光清洗设备，独特的设计措施(引入冷点，水冷，多传感器监测、控制等)，保证了紫外辐射光源发出的用于光敏(即撕破有机化合物分子链)的紫外辐射光(253.7nm)和将氧气激发成臭氧的紫外辐射光(184.9nm)两者的强度以及光照舱内的臭氧浓度等均能有效地控制到优化的状态，使本清洗机具有工作稳定可靠，清洗效果好、效率高，控制使用灵活方便、人机界面友好的特点。
2.如权利要求1所述的紫外辐射光清洗机，其特征在于光源照射系统的灯管内设有用于调控汞蒸汽压力的“冷点”。
3.如权利要求1所述的紫外辐射光清洗机，其特征在于采用了长形紫外光灯管，灯管在台面内的排列倾斜一个角度，或者使用横向排列的蛇形长灯管既可取得长灯管的高效率，又实现了对工件的照射量均匀一致。
4.如权利要求1所述的紫外辐射光清洗机，其特征在于采用了水冷调控光源照射舱的环境温度，排风主要用于控制臭氧浓度，比单一使用大功率风冷调温更精确、平稳，而且冷却设备的体积小、噪音低。
5.如权利要求1所述的紫外辐射光清洗机，其特征在于采用的多传感器控制灯管辐射紫外光的强度(管内的汞蒸汽压力)、光照舱内的臭氧浓度使工件的位置和运行状态和各关键部位的温度等均可感知和较准确地控制，使设备的工作稳定可靠。
全文摘要
一种紫外辐射光清洗机，是用于对需要精细加工的高科技产品各类基片(芯片)表面粘附的有机物进行原子级洁净度清洗的工艺加工设备，它是由新型光源照射系统、齿轮轴杆式工件传动系统、水冷与风冷复合型冷却系统和多传感器控制系统等部分组成的新一代紫外辐射光清洗设备，具有自动化程度高，工作稳定可靠，清洗效果好、效率高，控制使用灵活方便、人机界面友好的特点。
文档编号B08B11/00GK1569348SQ0314954
公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月16日 优先权日2003年7月16日
发明者张润松 申请人:张润松