Physikalische Reinigung
Ultraschall und Megaschall
Megaschall und Ultraschall sind physikalische Reinigungsmethoden im Hochfrequenzbereich. Bei niedrigen Frequenzen ist Infraschall bei < 20 Hz vorherrschend und für den Menschen nicht hörbar. Darüber ist der Hörschall präsent im Bereich von 20 Hz – 20 kHz und zwischen 20 kHz und 400 kHz der Ultraschall. Erst ab 400 kHz bis 5 MHz wird Megaschall erzeugt, der ebenfalls nicht hörbar ist.
Ein Ultraschallschwinger (Piezoelement) erzeugt mechanische Schwingungen. Beim Schwingen in eine Richtung wird ein lokales Unterdruckgebiet erzeugt, was die Flüssigkeit aufreißt und kleine Hohlräume erzeugt (Kavitationsblasen). Durch mehrere Schwingungszyklen pulsieren die Blasen und wachsen an. Ab einer gewissen Größe kann die Blase dem Druck von außen nicht mehr standhalten und implodiert. An einer Oberfläche ist die Implosion asymmetrisch und es wird ein Flüssigkeitsstrahl erzeugt, der Partikel und organische Reste ablöst. Die Reinigungskraft beschränkt sich auf Partikel im Mikrometerbereich > 1 µm, weshalb es sich für die grobe Reinigung von z.B. Schmuck, Werkzeug oder Laborgeräten eignet.
Mit steigender Frequenz wird die Wellenlänge kleiner und die Schwingungen finden viel häufiger statt. Im Bereich des Megaschalls werden durch die häufigen Schwingungen keine großen Kavitationsblasen gebildet. Die existierenden kleinen Blasen dringen in die Grenzschicht einer Oberfläche ein und erzeugen dort eine Strömung. Durch die hochfrequente Schwingung entsteht eine konstante Strömung, die Partikel auf der Oberfläche abschert. Die Methode des Megaschalls ist daher sanfter als der Ultraschall. Außerdem werden im Megaschall Partikel < 100 nm abgelöst, was zu einer sehr gründlichen Reinigung führt. Die Energieverteilung ist beim Megaschall homogener und gleichmäßiger, da sich keine lokalen Hotspots durch die Implosionen bilden. Dadurch eignet sich der Megaschall für die Reinigung von Wafer, Halbleiterbauteilen oder sehr präzisen Optiken.
Während Megaschall effektiv für Partikel ist, kann die Methode bei organischen Verunreinigungen an Grenzen stoßen. Geschlossene Filme und Schichten lassen sich durch sanfte Scherkräfte nicht ablösen. Hier ist die Unterstützung von Tensiden oder Oxidationsmitteln notwendig, um die Filme aufzutrennen und anschließend abzulösen. Bei organischen Partikeln funktioniert Megaschall ebenso gut wie bei anorganischen Staub- oder Metallpartikeln. Ultraschall zeigt bei zusammenhängenden organischen Schichten eine Wirkung durch die relativen starken Schockwellen und Strahlwirkung. Selbst eingebrannte Fettschichten, Verkokungen oder Wachse können damit gelöst werden.