第7章表面組裝清洗工藝機械工業(yè)出版社同名教材何麗梅主編2021/6/2717.1.1清洗的主要作用

清洗是一種去污染的工藝。SMA(表面組裝組件)的清洗就是要去除組裝后殘留在SMA上影響其可靠性的污染物，排除影響SMA長期可靠性的因素。對SMA清洗的主要作用是：①防止電氣缺陷的產(chǎn)生。最突出的電氣缺陷就是漏電，造成這種缺陷的主要原因是PCB上存在離子污染物，有機殘料和其它粘附物。②清除腐蝕物的危害。腐蝕會損壞電路，造成器件脆化；腐蝕物本身在潮濕的環(huán)境中能導電，會引起SMA短路故障。③使SMA外觀清晰。清洗后的SMA外觀清晰，能使熱損傷、層裂等一些缺陷顯露出來，以便于進行檢測和排除故障。2021/6/272

根據(jù)清洗介質(zhì)的不同，清洗技術(shù)有溶劑清洗和水清洗技術(shù)二大類；根據(jù)清洗工藝和設備不同又可分為批量式（間隙式）清洗和連續(xù)式清洗2種類型；根據(jù)清洗方法不同還可以分為高壓噴洗清洗、超聲波清洗等幾種形式。對應于不同的清洗方法和技術(shù)有不同的清洗設備系統(tǒng)，可根據(jù)不同的應用和產(chǎn)量的要求選擇相應的清洗工藝技術(shù)和設備。7.1.2清洗方法分類及溶劑的種類和選擇2021/6/273

1.清洗技術(shù)方法分類根據(jù)清洗介質(zhì)的不同，清洗技術(shù)有溶劑清洗和水清洗技術(shù)二大類；根據(jù)清洗工藝和設備不同又可分為批量式（間隙式）清洗和連續(xù)式清洗2種類型；根據(jù)清洗方法不同還可以分為高壓噴洗清洗、超聲波清洗等幾種形式。對應于不同的清洗方法和技術(shù)有不同的清洗設備系統(tǒng)，可根據(jù)不同的應用和產(chǎn)量的要求選擇相應的清洗工藝技術(shù)和設備。2021/6/274

2.污染物類型污染物是各種表面沉積物或雜質(zhì)，以及被SMA表面吸附或吸收的一種能使SMA的性能降級的物質(zhì)。這些不同類型的污染物可歸納為極性和非極性兩類。①極性污染物的分子具有偏心的電子分布，即在分子中的原子之間“連接”的電子分布不均勻，這就叫做“極性”特征。這種自由離子是良好的導體，能引起電路故障，還能與金屬發(fā)生強烈反應，導致電路板腐蝕。另外，極性污染物也可以是非離子化的。當非離子化的極性污染物出現(xiàn)在電場中，同時又有高溫或有其它應力存在時，不同的負電性分子自身就排成行形成電流。

2021/6/275②非極性污染物是沒有偏心電子分布的化合物，而且不分離成離子也不帶電流。這些類型的污染物大多數(shù)是由長鏈的碳氫化合物或碳原子的脂肪酸組成。通常，非極性污染物是絕緣體，不產(chǎn)生腐蝕和電氣故障，但使可焊性下降和妨礙SMA有效電測試。焊劑主要有兩種類型：可溶于有機溶劑的和可溶于水的?？扇苡谟袡C溶劑的焊劑是SMA用的標準型焊劑，并且廣泛應用于再流焊接的焊膏和雙波峰焊接工藝中。它們主要由天然樹脂、合成樹脂、溶劑、潤濕劑和活化劑等成分組成。焊劑在去除焊接部位的氧化物和降低焊料表面張力、提高潤濕性的同時，也是SMA上污染物的主要來源。2021/6/276

污染物可能的來源①有機化合物。來源于焊劑、焊接掩膜、編帶、指印等。②無機難溶物。來源于光刻膠、PCB處理、編帶、焊劑剩余物等。③有機金屬化合物。來源于焊劑剩余物、白剩余物等。④可溶無機物。來源于焊劑剩余物、白剩余物、酸、水等。⑤顆粒物。來源于空氣中的物質(zhì)、有機物殘渣等。2021/6/277

3.溶劑的種類和選擇清除極性和非極性殘留污物，要使用清洗溶劑。清洗溶劑分為極性和非極性溶劑兩大類：極性溶劑包括有酒精、水等，可以用來清除極性殘留污物；非極性溶劑包括有氯化物和氟化物兩種，如三氯乙烷、F－113等，可以用來清除非極性殘留污物。由于大多數(shù)殘留污物是非極性和極性物質(zhì)的混合物，所以，實際應用中通常使用非極性和極性溶劑混合后的溶劑進行清洗，混合溶劑由兩種或多種溶劑組成。選擇溶劑，除了應該考慮與殘留污物類型相匹配以外，還要考慮一些其他因素：去污能力、性能、與設備和元器件的兼容性、經(jīng)濟性和環(huán)保要求等。2021/6/2787.2.1批量式溶劑清洗技術(shù)

溶劑清洗設備可分為連續(xù)式清洗器和批量式清洗器兩大類，每一類清洗器中都能加入超聲波沖擊或高壓噴射清洗功能。這兩類清洗設備的清洗原理是相同的，都采用冷凝—蒸發(fā)的原理清除殘留污物。主要步驟是：將溶劑加熱使其產(chǎn)生蒸汽，將較冷的被清洗電路板置于溶劑蒸汽中，溶劑蒸汽冷凝在電路板上，溶解殘留污物，然后，將被溶解的殘留污物蒸發(fā)掉，被清洗電路板冷卻后再置于溶劑蒸汽中。循環(huán)上述過程數(shù)次，直到把殘留污物完全清除。批量式清洗器適用于小批量生產(chǎn)的場合，如在實驗室中應用。它的操作是半自動的，溶劑蒸汽會有少量外泄，對環(huán)境有影響。2021/6/279

1.批量式清洗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點批量式溶劑清洗技術(shù)用于清洗SMA較普遍，其清洗系統(tǒng)有許多類型。最基本的有4種：環(huán)形批量式系統(tǒng)，偏置批量式系統(tǒng)，雙槽批量式系統(tǒng)和三槽批量式系統(tǒng)。這些溶劑清洗系統(tǒng)都采用溶劑蒸汽清洗技術(shù)，所以也稱為蒸汽脫脂機。它們按下述工序完成蒸餾周期：2021/6/27101)采用電浸沒式加熱器使煮沸槽產(chǎn)生溶劑蒸汽；

2)溶劑蒸汽上升到主冷凝蛇形管處，冷凝成液體；

3)蒸餾的溶劑通過管道流進溶劑水分離器，去除水分；

4)去除水分的蒸餾溶劑通過管道流入蒸餾儲存器，從該儲存器用泵送至噴槍進行噴淋；

5)流通管道和擋墻使溶劑流回到煮沸槽，以便再煮沸。另一類批量式系統(tǒng)采用電轉(zhuǎn)換加熱器蒸發(fā)溶劑，用冷卻水凝聚溶劑，該類系統(tǒng)也可利用可調(diào)加熱致冷系統(tǒng)完成同樣的過程。2021/6/27112.清洗原理無論何種溶劑蒸汽清洗系統(tǒng)，其清洗技術(shù)原理基本相同：將需清洗的SMA放入溶劑蒸汽中后，由于其相對溫度較低，故溶劑蒸汽能很快凝結(jié)在上面，將SMA上面的污染物溶解再蒸發(fā)，并帶走。若加以噴淋等機械力和反復多次進行蒸汽清洗，其清洗效果會更好。2021/6/2712雙槽批量式清洗機示意圖2021/6/2713

3.清洗工藝要點

(1)煮沸槽中應容納足量的溶劑，以促進均勻迅速地蒸發(fā)，維持飽和蒸汽區(qū)。還應注意從煮沸槽中清除清洗后的剩余物。

(2)在煮沸槽中設置有清洗工作臺，以支撐清洗負載；要使污染的溶劑在工作臺水平架下面始終保持安全水平，以便使裝清洗負載的筐子上升和下降時，不會將污染的溶劑帶進另一溶劑槽中。

(3)溶劑罐中要充滿溶劑并維持在一定水平，以使溶劑總是能流進入煮沸槽中。

(4)當設備啟動之后，應有充足的時間(通常最少15min)形成飽和蒸汽區(qū)，并進行檢查，確信冷凝蛇形管達到操作手冊中規(guī)定的冷卻溫度。然后再開始清洗操作。

(5)根據(jù)使用量，周期性地用新鮮溶劑更換煮沸槽中的溶劑。2021/6/2714

4.操作注意事項

(1)操作人員應戴上安全眼鏡，以免溶劑進入眼睛導致嚴重人身事故。

(2)清洗裝載裝置若是托盤筐架式結(jié)構(gòu)，待清洗SMA應垂直放在托盤上再裝入筐架中，慢慢向下移動放入煮沸槽上面的蒸汽區(qū)內(nèi)，一般不應把組件浸沒在煮沸槽中。

(3)采用噴槍噴淋的場合，應待被清洗SMA在蒸汽中停留到溶劑停止在組件上凝聚后再進行噴槍噴淋。

(4)噴淋時，溶劑蒸汽消失。當組件需繼續(xù)在溶劑蒸汽中再進行一個清洗周期時，需要附加時間以重新形成飽和蒸汽區(qū)(通常為60s～90s)。

(5)清洗周期完畢，從清洗機中提出裝載筐架應緩慢。機器停機后，應蓋上機蓋防止溶劑損失。2021/6/27157.2.2連續(xù)式溶劑清洗設備

連續(xù)式清洗設備用于大批量生產(chǎn)的場合。它的操作是全自動的，具有全封閉的溶劑蒸發(fā)系統(tǒng)，能夠做到溶劑蒸汽不外泄。連續(xù)式清洗機特別適用于表面安裝電路板的清洗。

1.連續(xù)式溶劑清洗技術(shù)特點連續(xù)式清洗機一般由一個很長的蒸汽室組成，內(nèi)部又分成幾個小蒸汽室，以適應溶劑的階式布置、溶劑煮沸、噴淋和溶劑儲存，有時還把組件浸沒在煮沸的溶劑中。通常，把組件放在連續(xù)式傳送帶上，根據(jù)SMA的類型，以不同的速度運行，水平通過蒸汽室。溶劑蒸餾和凝聚周期都在機內(nèi)進行，清洗程序、清洗原理與批量式清洗類似，只是清洗程序是在連續(xù)式的結(jié)構(gòu)中進行的。2021/6/2716連續(xù)式溶劑清洗機2021/6/27172.連續(xù)式溶劑清洗系統(tǒng)類型連續(xù)式清洗機按清洗周期可分為以下3種類型：

1)蒸汽—噴淋—蒸汽周期。這是在連續(xù)式溶劑清洗機中最普遍采用的清洗周期，組件先進入蒸汽區(qū)，然后進入噴淋區(qū)，最后通過蒸汽區(qū)排除溶劑送出。在噴淋區(qū)從底部和頂部進行上下噴淋。不論采用哪一種清洗周期，通常在兩個工序之間都對組件進行噴淋。開始和最終的噴淋在傾斜面上進行，以利于提高SMD下面溶劑流動的速度。典型的噴淋壓力范圍為4116Pa～13720Pa，這種類型的清洗機常采用扁平、窄扇形和寬扇形等噴嘴相結(jié)合，并輔以高壓、噴射角度控制等措施進行噴淋。

2021/6/27182)噴淋—浸沒煮沸—噴淋周期。采用這類清洗周期的連續(xù)式溶劑清洗機主要用于難清洗的SMA。要清洗的組件先進行傾斜噴淋，然后浸沒在煮沸的溶劑中，最終再傾斜噴淋，最后排除溶劑。

3)噴淋一帶噴淋的浸沒煮沸—噴淋周期。采用這類清洗周期的清洗機與第二類清洗機類似，只是在煮沸溶劑上面附加了溶劑噴淋。有的還在浸沒煮沸溶劑中設置噴嘴，以形成溶劑湍流。這些都是為了進一步強化清洗作用。這類清洗機，在煮沸浸沒系統(tǒng)的溶劑液面降低到傳送帶以下時，清洗周期就變成蒸汽—噴淋—蒸汽周期。2021/6/27197.3水清洗工藝及設備

水是一種成本較低且對多種殘留污物都有一定清洗效果的溶劑。水對大多數(shù)顆粒性、非極性和極性殘留污物都有較好的清洗效果，但對硅脂、樹脂和纖維玻璃碎片等電路板焊接后產(chǎn)生的不溶于水的殘留污物沒有效果。在水中加入堿性化學物質(zhì)。如肥皂或胺等表面活性劑，可以改善清洗效果。除去水中的金屬離子，將水軟化，能夠提高這些添加劑的效果并防止水垢堵塞清洗設備。因此，清洗設備中一般使用軟化水。水清洗技術(shù)是替代CFC清洗SMA的有效途徑。2021/6/27201.水清洗特點水清洗技術(shù)可分為以下兩大類：（1）在純水中加入皂化劑、表面活性劑的水基清洗方式，可以對松香焊劑、油污、離子污染等進行清洗。（2）使用純水對水溶性焊料、焊劑進行清洗的純水清洗。其清洗特點有以下幾點：①安全性好。②配方組成自由度大，清洗范圍廣，對極性和非極性污染物都有良好的清洗效果。③價格低，原料易得。④配合使用超聲波的情況下，洗滌效果更好。2021/6/27212.水清洗工藝設備水清洗工藝設備主要由制純水、清洗、廢水處理三類設備組成。水清洗設備分為以下三類：（1）批次式水清洗設備。在一個清洗室內(nèi)完成清洗、漂洗、干燥等步驟，適合中小批量和多品種、小批量生產(chǎn)使用。（2）多槽式清洗設備。一般有四個槽，分別完成清洗、漂洗、吹干的步驟，并設有附加干燥箱完成最終干燥任務，可以手工操作或機械傳送。（3）在線式多槽清洗機。PCB由可調(diào)速大網(wǎng)隙傳送帶輸送，整個機器內(nèi)部一般有四個洗滌區(qū)域，兩道風刀和熱風干燥區(qū)域組成，并具有水加熱功能，分別完成預洗、漂洗、切風、干燥的過程。在線式多槽清洗機可以與前面的波峰焊、再流焊組成線上清洗，也可作為獨立單元對經(jīng)過手工補焊的印制板進行清洗。2021/6/27223.對清洗用水的要求由于電子設備對離子污染非常敏感，所以對清洗用水的要求非常高。具體要求是：（1）預洗和清洗可用軟化水，或使用軟化水配制成清洗液。（2）漂洗應用去離子水。（3）去離子水的等級應按照產(chǎn)品的要求來選擇；一般情況下可用電阻率為50kΩ～100kΩ的純水，對質(zhì)量性能要求較高和表面涂敷的產(chǎn)品應選用1MΩ～18MΩ的純水。制純水設備以自來水為原料，一般包括粗濾、細濾、去離子裝置，去離子裝置又分為電滲析、離子交換樹脂、反滲透三種方法，具體使用要根據(jù)進水水質(zhì)和用戶要求的出水電阻率水平來設計方案。清洗廢水如果達不到國家的排放標準，必須經(jīng)過污水處理達標后才能進行排放。污水處理設備應根據(jù)污水的污染物組成進行設計，一般都包含以下功能：過濾或沉淀顆粒物、去除油性污染、化學法沉淀金屬離子、中和等。由于使用水為清洗主要材料，所以在使用中必須注意以下幾點：①水質(zhì)要保證達標，不能在清洗過程中因水質(zhì)問題而引入新的污染。②干燥要充分，否則對以后的保存、防護涂覆都有影響。③針對焊劑、焊料不同，可選用皂化水洗、純水洗。④由于水洗不如溶劑清洗的寬容度高，因此，對工藝控制相應要求較嚴格，如水溫、壓力、走帶速度、皂化劑含量等應綜合考慮。同時，清洗效果與印制板的裝聯(lián)密度也有一定的相關(guān)性。2021/6/27234.水清洗工藝流程圖7-3所示為常用的兩種類型水清洗技術(shù)工藝流程。一種是采用皂化劑的水溶液，在60℃～70℃的溫度下，皂化劑和松香型助焊劑剩余物反應，形成可溶于水的脂肪酸鹽(皂)，然后用連續(xù)的水漂洗去除皂化反應產(chǎn)物。另一種是不采用皂化劑的水清洗工藝，用于清洗采用非松香型水溶性助焊劑焊接的PCB組件。采用這種工藝時，常加入適當中和劑，以便更有效地去除可溶于水的助焊劑剩余物和其它污染物。2021/6/2724水清洗技術(shù)工藝流程圖

2021/6/27257.4超聲波清洗

1.超聲波清洗的特點超聲波清洗與其它清洗相比具有洗凈率高、殘留物少，清洗時間短，清洗效果好，凡是能被液體浸到的被清洗件，超聲對它都有清洗作用。超聲波清洗不受清洗件表面形狀限止，例如深孔、狹縫、凹槽，都能得到清洗。由于超聲波發(fā)生器采用D類工作放大，換能器的電聲效率高，因此超聲清洗高效節(jié)能。若清洗劑采用非ODS清洗劑則具有綠色環(huán)保意義及作用。超聲清洗對玻璃、金屬等反射強的物體其清洗效果好，而不適宜紡織品、多孔泡沫塑料、橡膠制品等聲吸收強的材料。2021/6/2726

在生產(chǎn)實踐中，還具有以下優(yōu)點：①不損壞被清洗物表面。②減少了人手與溶劑的接觸機會，提高工作安全度。③可以清洗其它方法達不到的部位，例如，可清洗不便拆開的配件的縫隙處。④節(jié)省溶劑、熱能、工作面積、人力等。2021/6/2727

2.超聲波清洗原理超聲波清洗的基本原理是“空化效應”，當高于20kHz的高頻超聲波通過換能器轉(zhuǎn)換成高頻機械振蕩傳入清洗液中，超聲波在清洗液中疏密相間地向前輻射，使清洗液流動并產(chǎn)生數(shù)以萬計的微小氣泡，這些氣泡在超聲波縱向傳播成的負壓區(qū)形成、生長，而在正壓區(qū)迅速閉合(熄滅)。這種微小氣泡的形成、生長及迅速閉合稱為空化現(xiàn)象。在空化現(xiàn)象中，氣泡閉合時形成約1000個大氣壓力的瞬時高壓，就像一連串的小“爆炸”，不斷地轟擊被清洗物表面，并可對被清洗物的細孔、凹位或其它隱蔽處進行轟擊，使被清洗物表面及縫隙中的污染物迅速剝落。

2021/6/2728清洗槽內(nèi)某一點的受壓情況空化形成空化消失2021/6/2729

3.超聲波清洗設備超波清洗機主要由超聲波清洗槽和超聲波發(fā)生器兩部分構(gòu)成。超聲波清洗槽用堅固彈性好、耐腐蝕的優(yōu)質(zhì)不銹鋼制成，底部安裝有超聲波換能器振子；超聲波發(fā)生器產(chǎn)生高頻高壓，通過電纜連結(jié)線傳導給換能器，換能器與振動板一起產(chǎn)生高頻共振，從而使清洗槽中的溶劑受超聲波作用對污垢進行洗凈。2021/6/2730換能器與振動板超聲波發(fā)生器2021/6/2731

分體式結(jié)構(gòu)超聲波清洗機由三個主要部分組成：①清洗缸。②超聲波發(fā)生器。超聲波清洗機用的超聲波發(fā)生器，大多數(shù)采用大功率自激式反饋振蕩器。一般來說，由于清洗負載變動較小，可以不要求復雜的頻率自動跟蹤電路。③超聲波換能器。目前大多數(shù)超聲波清洗機用的是壓電式換能器，一般由兩片壓電陶瓷晶片組成。一臺清洗機用多個換能器，經(jīng)粘接劑粘接在清洗缸底部且經(jīng)并聯(lián)組成一臺清洗機的換能器。換能器單元的間距，對于頻率20kHz的超聲波一般在5～10mm為佳。2021/6/2732

大型專用超聲波清洗機一般安裝在SMA清洗的生產(chǎn)流水線上，被清洗物件從進料口可傳動的不銹鋼專用網(wǎng)帶送入超聲波清洗槽，其工藝過程為：進料→前噴淋→超聲波清洗→后噴淋→風刀吹劈→熱風烘干→冷風冷卻→出料，實現(xiàn)被清洗物件可直接包裝入庫。圖7-8所示是全自動超聲波清洗機的結(jié)構(gòu)圖。2021/6/2733全自動超聲波清洗機2021/6/2734小型超聲波清洗機2021/6/2735大型超聲波清洗機2021/6/2736

超聲波清洗機的使用方法①超聲波清洗機安裝。參照超聲波清洗機安裝說明書連接清洗機的電控柜與主機間的溫控傳感器信號線、超聲驅(qū)動線、加熱器控制線等線路，并接通380V電源，安裝清洗機的上水管、放水管與溢流排放管。②超聲波清洗機加水。向清洗池內(nèi)加入適量清水，液面高度以浸沒將要清洗的零部件為準，一般不超過清洗池的四分之三。③超聲波清洗機加溫。啟動電控加熱開關(guān)，將水溫調(diào)節(jié)旋鈕上的白色刻度線指向適當?shù)臏囟龋☉獮?0℃左右）。清洗機在使用過程中，清洗劑的最高溫度不應超過70℃。2021/6/2737④超聲波清洗機加入清洗劑。待水溫升至40℃左右時，將清洗劑加入清洗池中，徐徐攪動清水使其充分溶解。