SMT第7章 清洗工藝

第7章表面組裝清洗工藝機(jī)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(jī)殘料和其它粘附物。②清除腐蝕物的危害。腐蝕會(huì)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(dǎo)電，會(huì)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(jìn)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(shè)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(yīng)于不同的清洗方法和技術(shù)有不同的清洗設(shè)備系統(tǒng)，可根據(jù)不同的應(yīng)用和產(chǎn)量的要求選擇相應(yīng)的清洗工藝技術(shù)和設(shè)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(shè)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(yīng)于不同的清洗方法和技術(shù)有不同的清洗設(shè)備系統(tǒng)，可根據(jù)不同的應(yīng)用和產(chǎn)量的要求選擇相應(yīng)的清洗工藝技術(shù)和設(shè)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(dǎo)體，能引起電路故障，還能與金屬發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，導(dǎo)致電路板腐蝕。另外，極性污染物也可以是非離子化的。當(dāng)非離子化的極性污染物出現(xiàn)在電場中，同時(shí)又有高溫或有其它應(yīng)力存在時(shí)，不同的負(fù)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?xì)浠衔锘蛱荚拥闹舅峤M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(jī)溶劑的和可溶于水的。可溶于有機(jī)溶劑的焊劑是SMA用的標(biāo)準(zhǔn)型焊劑，并且廣泛應(yīng)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(shí)，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(jī)化合物。來源于焊劑、焊接掩膜、編帶、指印等。②無機(jī)難溶物。來源于光刻膠、PCB處理、編帶、焊劑剩余物等。③有機(jī)金屬化合物。來源于焊劑剩余物、白剩余物等。④可溶無機(jī)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(jī)物殘?jiān)取?021/6/277

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(shí)際應(yīng)用中通常使用非極性和極性溶劑混合后的溶劑進(jìn)行清洗，混合溶劑由兩種或多種溶劑組成。選擇溶劑，除了應(yīng)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(shè)備和元器件的兼容性、經(jīng)濟(jì)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(shè)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(shè)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(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用。它的操作是半自動(dòng)的，溶劑蒸汽會(huì)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(diǎn)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(jī)。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(jìn)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(jìn)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(jī)械力和反復(fù)多次進(jìn)行蒸汽清洗，其清洗效果會(huì)更好。2021/6/2712雙槽批量式清洗機(jī)示意圖2021/6/2713

3.清洗工藝要點(diǎn)

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

(2)在煮沸槽中設(shè)置有清洗工作臺，以支撐清洗負(fù)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(fù)載的筐子上升和下降時(shí)，不會(huì)將污染的溶劑帶進(jìn)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(jìn)入煮沸槽中。

(4)當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)之后，應(yīng)有充足的時(shí)間(通常最少15min)形成飽和蒸汽區(qū)，并進(jìn)行檢查，確信冷凝蛇形管達(dá)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(xiàng)

(1)操作人員應(yīng)戴上安全眼鏡，以免溶劑進(jìn)入眼睛導(dǎo)致嚴(yán)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(yīng)垂直放在托盤上再裝入筐架中，慢慢向下移動(dòng)放入煮沸槽上面的蒸汽區(qū)內(nèi)，一般不應(yīng)把組件浸沒在煮沸槽中。

(3)采用噴槍噴淋的場合，應(yīng)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(jìn)行噴槍噴淋。

(4)噴淋時(shí)，溶劑蒸汽消失。當(dāng)組件需繼續(xù)在溶劑蒸汽中再進(jìn)行一個(gè)清洗周期時(shí)，需要附加時(shí)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(jī)中提出裝載筐架應(yīng)緩慢。機(jī)器停機(jī)后，應(yīng)蓋上機(jī)蓋防止溶劑損失。2021/6/27157.2.2連續(xù)式溶劑清洗設(shè)備

連續(xù)式清洗設(shè)備用于大批量生產(chǎn)的場合。它的操作是全自動(dòng)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(jī)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(diǎn)連續(xù)式清洗機(jī)一般由一個(gè)很長的蒸汽室組成，內(nèi)部又分成幾個(gè)小蒸汽室，以適應(yīng)溶劑的階式布置、溶劑煮沸、噴淋和溶劑儲存，有時(shí)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(yùn)行，水平通過蒸汽室。溶劑蒸餾和凝聚周期都在機(jī)內(nèi)進(jìn)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(jìn)行的。2021/6/2716連續(xù)式溶劑清洗機(jī)2021/6/27172.連續(xù)式溶劑清洗系統(tǒng)類型連續(xù)式清洗機(jī)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(jī)中最普遍采用的清洗周期，組件先進(jìn)入蒸汽區(qū)，然后進(jìn)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(jìn)行上下噴淋。不論采用哪一種清洗周期，通常在兩個(gè)工序之間都對組件進(jìn)行噴淋。開始和最終的噴淋在傾斜面上進(jìn)行，以利于提高SMD下面溶劑流動(dòng)的速度。典型的噴淋壓力范圍為4116Pa～13720Pa，這種類型的清洗機(jī)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(jìn)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(jī)主要用于難清洗的SMA。要清洗的組件先進(jìn)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(jī)與第二類清洗機(jī)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(shè)置噴嘴，以形成溶劑湍流。這些都是為了進(jìn)一步強(qiáng)化清洗作用。這類清洗機(jī)，在煮沸浸沒系統(tǒng)的溶劑液面降低到傳送帶以下時(shí)，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(shè)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(xué)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(shè)備。因此，清洗設(shè)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(diǎn)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(jìn)行清洗。（2）使用純水對水溶性焊料、焊劑進(jìn)行清洗的純水清洗。其清洗特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：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(jià)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(shè)備水清洗工藝設(shè)備主要由制純水、清洗、廢水處理三類設(shè)備組成。水清洗設(shè)備分為以下三類：（1）批次式水清洗設(shè)備。在一個(gè)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(shè)備。一般有四個(gè)槽，分別完成清洗、漂洗、吹干的步驟，并設(shè)有附加干燥箱完成最終干燥任務(wù)，可以手工操作或機(jī)械傳送。（3）在線式多槽清洗機(jī)。PCB由可調(diào)速大網(wǎng)隙傳送帶輸送，整個(gè)機(jī)器內(nèi)部一般有四個(gè)洗滌區(qū)域，兩道風(fēng)刀和熱風(fēng)干燥區(qū)域組成，并具有水加熱功能，分別完成預(yù)洗、漂洗、切風(fēng)、干燥的過程。在線式多槽清洗機(jī)可以與前面的波峰焊、再流焊組成線上清洗，也可作為獨(dú)立單元對經(jīng)過手工補(bǔ)焊的印制板進(jìn)行清洗。2021/6/27223.對清洗用水的要求由于電子設(shè)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(yù)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(yīng)用去離子水。（3）去離子水的等級應(yīng)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(yīng)選用1MΩ～18MΩ的純水。制純水設(shè)備以自來水為原料，一般包括粗濾、細(xì)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(jìn)水水質(zhì)和用戶要求的出水電阻率水平來設(shè)計(jì)方案。清洗廢水如果達(dá)不到國家的排放標(biāo)準(zhǔn)，必須經(jīng)過污水處理達(dá)標(biāo)后才能進(jìn)行排放。污水處理設(shè)備應(yīng)根據(jù)污水的污染物組成進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(xué)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(diǎn)：①水質(zhì)要保證達(dá)標(biāo)，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(hù)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(yīng)要求較嚴(yán)格，如水溫、壓力、走帶速度、皂化劑含量等應(yīng)綜合考慮。同時(shí)，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(yīng)，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(yīng)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(shí)，常加入適當(dāng)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(diǎn)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(shí)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(qiáng)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(qiáng)的材料。2021/6/2726

在生產(chǎn)實(shí)踐中，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：①不損壞被清洗物表面。②減少了人手與溶劑的接觸機(jī)會(huì)，提高工作安全度。③可以清洗其它方法達(dá)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(yīng)”，當(dāng)高于20kHz的高頻超聲波通過換能器轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)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(dòng)并產(chǎn)生數(shù)以萬計(jì)的微小氣泡，這些氣泡在超聲波縱向傳播成的負(fù)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(shí)形成約1000個(gè)大氣壓力的瞬時(shí)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(xì)孔、凹位或其它隱蔽處進(jìn)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(diǎn)的受壓情況空化形成空化消失2021/6/2729

3.超聲波清洗設(shè)備超波清洗機(jī)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(jiān)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(dǎo)給換能器，換能器與振動(dòng)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(jìn)行洗凈。2021/6/2730換能器與振動(dòng)板超聲波發(fā)生器2021/6/2731

分體式結(jié)構(gòu)超聲波清洗機(jī)由三個(gè)主要部分組成：①清洗缸。②超聲波發(fā)生器。超聲波清洗機(jī)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(fù)載變動(dòng)較小，可以不要求復(fù)雜的頻率自動(dòng)跟蹤電路。③超聲波換能器。目前大多數(shù)超聲波清洗機(jī)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(jī)用多個(gè)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(jī)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(jī)一般安裝在SMA清洗的生產(chǎn)流水線上，被清洗物件從進(jìn)料口可傳動(dòng)的不銹鋼專用網(wǎng)帶送入超聲波清洗槽，其工藝過程為：進(jìn)料→前噴淋→超聲波清洗→后噴淋→風(fēng)刀吹劈→熱風(fēng)烘干→冷風(fēng)冷卻→出料，實(shí)現(xiàn)被清洗物件可直接包裝入庫。圖7-8所示是全自動(dòng)超聲波清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。2021/6/2733全自動(dòng)超聲波清洗機(jī)2021/6/2734小型超聲波清洗機(jī)2021/6/2735大型超聲波清洗機(jī)2021/6/2736

超聲波清洗機(jī)的使用方法①超聲波清洗機(jī)安裝。參照超聲波清洗機(jī)安裝說明書連接清洗機(jī)的電控柜與主機(jī)間的溫控傳感器信號線、超聲驅(qū)動(dòng)線、加熱器控制線等線路，并接通380V電源，安裝清洗機(jī)的上水管、放水管與溢流排放管。②超聲波清洗機(jī)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(zhǔn)，一般不超過清洗池的四分之三。③超聲波清洗機(jī)加溫。啟動(dòng)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(dāng)?shù)臏囟龋☉?yīng)為60℃左右）。清洗機(jī)在使用過程中，清洗劑的最高溫度不應(yīng)超過70℃。2021/6/2737④超聲波清洗機(jī)加入清洗劑。待水溫升至40℃左右時(shí)，將清洗劑加入清洗池中，徐徐攪動(dòng)清水使其充分溶解。