Устройство для перемешивания мелкодисперсных порошков с реагентами Советский патент 1985 года по МПК B01F5/26 

1 Изобретение относится к технологическому оборудованию для производ ства полупроводниковых приборов, в частности, к устройствам для переме шивания мелкодисперсных порошков с реагентами при приготовлении абрази ной суспензии для станкОв химикомеханической обработки полупроводни ковых пластин на операциях шлифовки полировки. Растущий объем выпуска полупрово никовых приборов требует повьш1ения производительности технологического оборудования, в том числе и устройс приготовления абразивной суспензии I... одновременным сохранением высокого чества по пучаёмой суспензии. Гарантией высокого качества суспензии явJ7,(eтcя получение ее одинаковой плотности во всех измерениях (отсут ствие комков, пузырей, посторонних включений и т.д.). Требование получения высокого качества суспензии находится в противоречии с производительностью, работы устройств, поскольку необходимо увеличивает врем перемешивания. Одновременное сочетание качества и производительности в известных устройствах получения абразивной суспензии является в нас тоящее время задачей, решенной не в достаточной мере. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контактирования флотационной пульпы с реагентами l , содержащее вертикальную емкость цилиндрической формы с загрузочным и сливным патрубками, смеситель, выполненный в виде враща ющегося вала с импеллером, циркуляционную трубу (диффузор), установленную концентрично валу, причем циркуляционная труба имеет окна, сужающиеся в сторону импеллера и расположенные вьш1е него. Известное устройство обеспечивае интенсификацию процесса перемешивадия флотационной пульпы с реагентам за счет того, что суммарная площадь ОКОН диффузора в 2,5-3,5 раза превышает площадь его поперечного сече ния. Недостатком известного устройства является низкое качество получае мой суспензии, обусловленное тем, что при перемешивании мелкодисперсных порошков с реагентами устройств не обеспечивает одинаковой плотнос662ти суспензии во всем рабочем объеме. Действительно, поскольку мелкодисперсный порошок имеет небольшую обьемную плотность (порядка 0,01 0,03 г/см), то при его загрузке в рабочую емкость через загрузочный патрубок, размещенньм в верхней части, значительная часть порошка останется на его поверхности (на плаву), образуя концентрические наросты на стенках емкости, являющиеся источником загрязнения суспензии. Такая суспензия непригодна для тонкой химико-механической обработки ,полупроводниковых пластин из-за брака, вызванного появлением .на пластинах царапин. Недостаточно большая поверхность контактирования порошка с реагентами требует длительного времени процесса перемешивания, что снижает производительность работы устройства. Цель изобретения - увеличение производительности устройства и повьш1ение качества готового продукта за счет интенсификации процесса перемешивания. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для перемешивания мелкодисперсных порошков с жидкими реагентами, содержащем емкость с загрузочным и сливньм патрубками и диффузор, внутри которого размещен вал с импеллером в нижней части, диффузор снабжен струйной решеткой и насадкой, установленными в диффузоре над импеллером, при этом насадка выполнена в виде перевернутого стакана с Камерой, соединенной посредством трубопровода с загрузочным патрубком и имеющей в стенке, обращенной к импеллеру, выходные отверстия, а струйная решетка размещена над насадкой. Кроме того, площади поперечных сеченуй диффузора , насадки и суммарная площадь выходных отверстий камеры связаны между собой соотношениямиF (1,3-1,4)-Р„ FO-П (0,8-0,9)-Рн где F. и Р - площади поперечных сечений диффузора и насадки соответственно;

31161

Fp - площадь одного выходного,

отверстия камеры; п - количество выходных отверстий.

На чертеже представлено устройст- $ во для перемешивания мелкодисперсных порошков с реа.гентами.

Устройство содержит вертикальную емкость 1 с крышкой 2, загрузочными 3 и 4 и сливным 5 патрубками, диф-10 фузор 6, внутри которого находится вал 7, на конце которого закреплен импеллер 8. Б нижней-части диффузора 6 установлена насадка 9, вьтолненная в виде перевернутого стакана с каме- f; рой 10, соединенной посредством трубопровода 11 с загрузочным патрубкЬм 4. Камера 10 имеет выходные отверстия 12.

На расстоянии h от нижнего среза 20 диффузора 6 закреплена струйная решетка 13. Кроме, того, устройство содержит электродвигатель 14 привода вала 7 во вращательное движение, найравляющие 15, предназначенные для 25 улучшения циркуляции потока реагента, и влагоотбойную сетку 16.

В днище насадки выполнены промьшные отверстия 17.

Крепление насадки 9-к диффузору JQ 6 осуществляется посредством винтов 18.

В конкретном примере выполнения величины уровней реагента в емкости и диффузоре hj. и h составляют 600 и 520 мм, следовательно расстояние 5 hJ,определяеное по формуле hj

li - Vi t, J1. составляет 480 мм. 2

метр выходных отверстий камеры зави- 4С сит от вязкости суспензии. Для суспензий с относительной вязкостью 1,1-1,3 (по Энглеру) диаметр отверстия составляет 3-4 мм. В данном слу-. чае диаметр выходного отверстия сое- 5 тавляет 3 мм и при диаметре диффузора 230 мм количество отверстий 1470, при этом суммарная площадь выходных отверстий составляет 415 см, а площадь поперечного сечения диф- 50 фузора - 529 см.

, Устройство для перемешивания мелкодисперсных порошков с реагентами работает по принципу многократного диспергирования на основе противо- 55 . точной абсорбции. Необходимым условием работоспособности устройства является превышение уровня реаген-

64

та в емкости 1 уровня в диффузоре 6 в процессе работы устройства. При откачке воздуха из рабочей емкости 1 через патрубок 3 мелкодисперсный порошок в виде пылевоздушной смеси поступает через загрузочньй патрубок 4 и трубопровод 11 в камеру 10 насадки 9, на вькоде из которой диспергируется, далее под действием боковых срезающих усилий лопастей импеллера 8 и динамики турбулентного движения реагента в насадке 9 происходит дальнейшее диспергирование смеси до мелких пузырьков. При этом порошок тщательно перемешивается с реагентом. Часть порошка, не вступающая в контакт с реагентом, вместе с воздухом поднимается к струйной решетке 13. С другойСтороны решетки 11 в противотоке с порошком движется реагент, поступающий в диффузор 6 через выполненные Б нем отверстия (окна) из емкости 1 за счет разности уровней 2 h, которая поддерживается работой импеллера 8 смесителя в пределах 70-80 мм. При этом обеспечивается циркуляция жидкости по всей высоте емкости 1. Пройдя через пенньм слой, образующийся на струйной решётке 11, смесь снова контактирует с реагентом. Выделяющийся из смеси воздух, пройдя через влагоотбойную сетку 16, отсасьгоается через патрубок 3, а полученная суспензия через сливной патрубок направляется к потребителям, например к станкам химико-механической обработки полупроводниковых пластин.

Таким образом, в- предложенном устройстве, за счет загрузки мелкодисперсного порошка в нижнюю часть диффузора реализуется возможность его многократного диспергирования, что значительно увеличивает площадь контактирования поро1яка с реагентом, в результате чего интенсифицируется процесс перемешивания с обеспечением одинаковой плотности суспензии во всем объеме рабочей емкости. Следствием является увеличение производительности работы устройства с 150 л/ч в устройстве-прототипе о 200 л/ч, т.е. в 1,3 раза и повыение качества суспензии, что, в вою очередь, позволит повысить выод годных полупроводниковьк пласин на 0,5% на операциях шлифовки полировки.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ МЕЖОдаСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ С РЕАГЕНТАМИ, содержащее вертикальную емкость с загрузочным и сливньм патрубками, в которой установлены диффузор и вал с импеллером, размещенным в нижней части диффузора, отличающееся тем что, .с целью увеличения производительности устройства и повышения качества готового продукта за счет интенсификации процесса перемешивания, ди})фузор снабжен струйной решеткой и установленной над импеллером насадкой, выполненной в виде перевернутого стакана с камерой, соединенной посредством трубопровода с загрузочным патрубком , и имеющей в стенке , обращенной к импеллеру , выходные отвестия , при этом струйная решетка размещена над насад кой. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что площади поперечньк сечений диффузора, насадки и суммарная площадь выходных отверстий каме{%1 связаны между собой соотношениями Рд