文献综述-基于在线式清洗机机械结构管线路设计

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1、本科生毕业设计(论文)文献综述设计 (论文)题目 基于在线式 PCB 清洗机机械结构管线路设计作者所在系别 机电工程学院作者所在专业 机械设计制造及其自动化作者所在班级作 者 姓 名作 者 学 号指导教师姓名指导教师职称完 成 时 间说 明1根据学校毕业设计(论文)工作暂行规定 ，学生必须撰写毕业设计(论文)文献综述。文献综述作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2文献综述应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成，由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。3文献综述各项内容要实事求是，文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一

2、次出现缩写词，须注出全称。4学生撰写文献综述，阅读的主要参考文献应在 10 篇以上（土建类专业文献篇数可酌减） ，其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。5文献综述的撰写格式按毕业设计(论文)撰写规范的要求，字数在2000 字左右。文献综述应与开题报告同时提交。毕 业 设 计（论 文）文 献 综 述基于在线式 PCB 清洗机机械结构管线路设计摘 要：清洗是 PCB 组装中的一道重要工序，它对电子产品的质量和可靠性起着极为重要的作用。对于高性能电子产品，不论是通孔插装还是表面组装，在回流焊、波峰焊或浸焊后，基板及其组件都需要进行严格有效的清洗，以去除助焊剂残留物和

3、各种污染物。特别是对于表面组装工艺，由于助焊剂可进入表面组装元器件和基板之间的微小空隙中，从而使清洗显得更为困难也更显重要。主要介绍了 PCB 组件电装生产中清洗的必要 性和常见的清洗方法，概述 PCB 半水清洗机的试验及设计与应用。关键词：焊接工艺；残留物；清洗工艺；半水清洗Abstract: Cleaning is an important process during PCB assembly, and it impacts the quality and reliability of electronic products. Strict and effective cleaning

4、for base board and component of high performance electronic product must be done to remove flux residue and pollutant after reflow soldering, wave soldering or dip soldering, no matter whether it is assembled by through hole or surface mounted technology, especially during surface mounted assembly,

5、flux may get into the tiny gaps between the components and base board, which makes the cleaning even more challenging and crucial. The necessity of cleaning and some common cleaning methods in the PCB assembly production are introduced. The experiment and application of PCB semi aqueous cleaning are

6、 discussed.Key words: Soldering technology; Residue; Cleaning technology; Semi aqueous cleaning 1 产品清洗的必要性及概述 1.1 一般产品清洗的必要性经过焊接后的PCB会有助焊剂残留，这是焊接过程中不可避免的，残留在PCB上的助焊剂随着时间的推移会逐渐粉化，同时随着环境中的湿度、灰尘油 烟、静电及各种有害气体的侵蚀，粉化的助焊剂会不断吸收这些杂质。对精密电路而言，由于污秽中盐分或酸碱及其气体和潮气或水分结合形成电解质 溶液，加之碳渍或不活泼金属的存在充当原电池反应的阴极和阳极，使电路表面发生原电池

7、反应，造成电化学腐蚀、漏电、短路和电迁移等；而干燥的灰尘也使触点接触不良而放电，以及造成散热不良和引发火灾事故；酸碱及其气体也直接通过氧化还 原腐蚀电路；静电不同程度累积造成元件的软击穿和硬击穿。因此电子产品装焊后的清洗效果直接关系到该产品的电气性能、工作寿命和可靠性。清洗也是高可靠性电子产品生产过程中的关键工序。另外选择何种清洗方式，更是一项十分重要而技术性很强的工作，也直接影响到电子产品的工作寿命和可靠性，也关系到环境的污染和人类健康1。 1.2 “免清洗”技术的概念从广义上来说，免清洗技术是指印制板在焊接后不需采用任何溶剂清洗，而直接进入后道组装和测试工序的技术。从这个定义出发，对同一种

8、助焊 剂而言，当它应用在不同档次的产品生产时，它可以被认为是免清洗助焊剂，也可能被定义为需要清 洗的助焊剂。例如在消费性电子产品的生产中，即使使用普通的松香型助焊剂，PCB在焊接以后，虽然板上留有明显的助焊剂残渣，但却不需要清洗，其产 品的可靠性也是有目共睹的，因此，在讨论免清洗技 术时，应当把特定的产品对象与工艺方法同时做出规 定，因而我们对免清洗技术提出一个狭义的定义： “免清洗技术，是指在高可靠性电子产品和耐用电子 产品的生产中，印制板在焊接后不需采用任何溶剂清 洗，而直接进入后组装和测试工序的技术。 ”这里，要搞清“免清洗”技术和“免清洗”工 艺的区别。 “免清洗”工艺是在产品生产过程

9、中采 用的一种工艺条件，在满足特定的“免清洗”工艺 条件后是不需要再进行产品清洗的。而从上面讲 述的“免清洗”技术的概念可以看出，引入“免清 洗”技术并不是完全不用清洗，而是要根据产品的 需求来决定需不需要清洗。实际上，有一个常见的 错误概念就是使用了“免清洗”技术再不需要组件 的清洗了。2 电子产品污染物的来源及其危害污染物是指任何使基板、元器件或组件的化学、物理和电性能降低的表面沉积物、杂质、夹渣 以及被吸附物。在PCA的组装、组件安装和表面贴装过程中，焊剂的使用及焊接和生产环境等均会产生不同程度的污染物。2.1 印制板和组件污染物的来源 2.1.1 元器件引线上的污染最常见的污染物是表面

10、氧化层和手印。形成表面氧化层的原因是元件的存放时间、环境和包装等。手印的主要成分是水、肤油和氯化钠以及护手用品。2.1.2 装联操作中的污染 在装联过程中，对不需要焊接的部位多采用胶带、热塑化合物等掩膜保护起来。在高温焊接作用下，胶带粘结残的会变成难以去除的污染物，而残 留在组件表面上。2.1.3 助焊剂的污染： 一般助焊剂的作用是活化焊接表面，但也会带来一定腐蚀性的污染物，目前常用的松香型助焊剂及无机溶剂中的囟货物、氯化物或氢氧化物都可能变成有腐蚀性的污染物。2.1.4 焊接过程中的污染：印制板组件在焊接过程中会产生各种各样的污染，主要是印制板上微小的焊料球，焊料槽内的浮渣、焊料中的金属夹杂

11、、防护油脂及其他污染物，波峰焊料中的防氧化油，其主要成分是动、植物 油、矿物油和石腊等，在波峰焊后防氧化油会沉积在印制板组件上而造成污染。2.1.5 工作环境的污染 工作场地尘埃、水及溶剂的蒸汽、烟雾、微小颗粒有机物以及静电引起的带电粒子，加重了对电子产品的污染。2.2 污染物的危害分析2.2.1 化学污染的危害化学污染会造成氧化腐蚀，发生化学反应，这种腐蚀会造成金属机械强度下降，造成元件引线的 断裂、印制线条断裂、金属化孔不良、可焊性下降 和焊点变暗等严重危害。2.2.2 物理污染的危害： 物理污染主要指印制板组件外观损坏，或由于湿气的凝聚、吸收和吸附作用，形成离子化污染、 溶解进而活化潜在

12、的污染危害，这种物理操作虽然 不会影响短期内电路的工作性能，但会加速化学污染，带来更严重的危害。2.2.3 机械污染的危害 有些产品在生产、使用过程中受到振动或磨擦的影响，造成印制板表面与粘结界面的损伤与污 染，还会产生镀层损伤及氧化物，造成金属焊盘容 易脱落的危害。2.2.4 光学污染的危害 在光敏电路中，常会遇到污染物的聚集、灰尘的沉降以及其他污染物的沉积，影响了光敏电路对 光的吸收或反射，造成电路信号的改变或终止，使灵敏度降低。由于上述化学的、物理的、机械的和光学的污染，造成电路性能的危害，导致改变或终止电路的正常信号传输，出现电路中断或电阻增加或局部发热氧化，甚至电路短路。当在较高温度

13、下和潮湿环境下，由于固体聚合物的分解，还会产生漏电流、介电常数及损耗系数的改变等不良现象，最终导致产品失效。3 PCB板清洗的目的 通过清洗去除设备表面及元器件上的助焊剂、灰尘、纤维、金属和非金属及其氧化物碎屑、汗迹、指纹和油污等污垢，消除电路板漏电、电化学 腐蚀的根源，消除导致电路性能改变、退化和失效 的根源；有效消除静电，防止电路软击穿及硬击穿，保证设备正常工作以及避免重大恶性事故的发生；减少更换硬件（零件）的时间、数量和人力， 降低维护成本；防止设备老化，延长使用寿命，提高设备利用率（延长运行时间） ，增加运营收入，减少生产成本。4 配置选项1）触摸屏控制系统主菜单 输入/输出监控屏 压

14、力监控屏 故障报警屏 基于 Windows 的图形化界面，功能强大 编程界面密码保护 操作界面容易 机器控制超出设置，具有触摸屏显示和声音报警 灯塔 进板处具有光敏传感器，自动感应控制开机和停机 12” LCD 触摸屏2）装料 1 个急停按钮 1 个 ESD 接地插座 12”长固定进板延伸3）预洗区(12长) 一个喷淋模块，带有 4 个能够快速分离的喷管（48 个喷头）见图 1 电磁阀和流量表监视和控制外供水实现预清洗隔离，预清洗后的外供水直接排放到下水道或者 预清洗阶段的供水直接从清洗模块中的水箱及管道供水，变成长度 48”的 循环清洗阶段 上、下喷管的喷淋压力独立控制 喷淋压力表紧临上、下

15、喷管的控制喷阀 容易维护的过滤网见图 2 内部透明滑板盖和外部耐温观察窗，便于清洗中实时观察 可移动的访问端口，便于水箱的清洁 喷淋后上、下气刀隔离4）清洗区（36”长） 4 个 13KW 镍铬合金发热体，位于前隔离壁，易于维护和保养 过温保护 低液位保护 带液位控制，自动补液 自动配液系统（选件） ，包括流量泵，自动按照浓度配比 3 个喷淋模块，共 12 个能够快速分离的喷管（144 个喷头）见图 1 独立的门阀喷淋压力控制，分别控制上、下喷管的喷淋压力 喷淋压力表紧临上、下喷管的控制喷阀 高性能 7.5 马力不锈钢离心泵 不锈钢耐高压管路 可移动的低损耗过滤筛，在泵的前端(60 目，0.2

16、54mm) 容易维护的过滤网见图 2 可移动的访问端口，便于水箱的清洁 内部透明滑板盖和外部耐温观察窗，便于清洗中实时观察 独立的水箱排水阀图 1 快速可拆卸喷淋臂 图 2 容易保养的过滤网和加热器5）隔离漂洗区（20”长） 阻止清洗阶段的化学溶剂带入到漂洗水箱 增加液体浸入器件下面 上、下各一个气刀管，带可调旋转方向 带有 2 个能够快速分离的喷管（24 个喷头）见图 1 由控制阀和流量表控制和监控外部供水，漂洗水直接排放到下水道或者 隔离用的漂洗水由漂洗水箱和水泵提供，由阀门和流量表进行控制和监控 上、下各一个用于漂洗后隔离的气刀管，带可调旋转方向 内部透明滑板盖和外部耐温观察窗，便于漂洗

17、中实时观察6）循环漂洗区(16”长) 3 个 13KW 镍铬合金发热体，位于前隔离壁，容易接近 过温保护 低液位保护 带液位控制，自动补液 1 个喷淋模块，共 4 个能够快速分离的喷管（48 个喷头）见图 1 独立的门阀喷淋压力控制，分别控制上、下喷管的喷淋压力 喷淋压力表紧临上、下喷管的控制喷阀 高性能 7.5 马力不锈钢离心泵 不锈钢耐高压管路 可移动的低损耗过滤筛，在泵的前端(60 目，0.254mm) 容易维护的过滤网见图 2 可移动的访问端口，便于水箱的清洁 内部透明滑板盖和外部耐温观察窗，便于清洗中实时观察 独立的水箱排水阀 直接排放下水道或串级排放7）最终漂洗区（11”长） 1

18、个喷淋模块，带有 2 个能够快速分离的喷管（20 个喷头）见图 1 水压力取决于进水压力决定 电磁阀和流量表控制和监视喷嘴的喷淋 可移动的访问端口，便于水箱的清洁 内部透明滑板盖和外部耐温观察窗，便于最终漂洗中实时观察 容易维护的过滤网见图 2 气刀去除和冲刷掉最终漂洗水8）干燥(41” 长或者 47.5”长（带有红外加热模块选件） ) 2 个气刀模块，每个模块带 2 个上部和 1 个下部气刀（标配） 可选红外加热隧道模块（选件） 1 个高性能 15 马力涡轮风机，带自动张力调整皮带 1 个高性能 10 马力涡轮风机，带自动张力调整皮带 每个风机都有压力计 风机滑动移出，维修更容易见图 3 耐

19、温观测窗，用于生产过程观察 隔离风机和气刀仓，使设备运行时噪音更低 定制的脱模风刀，用于高效率的干燥见图 4 上部风刀高度和角度可调整 下部风刀角度可调整 双层玻璃观测窗降低噪音 可重复使用的聚丙烯气刀过滤器 干燥区利用非循环风降低干燥腔内的湿度图 3 可以滑动移出的风机 图 4 风刀高度和角度可调9）下料 1 个急停按钮 隔离静音罩 1 个静电接地插座 固定的 12”长外延出口10）传输系统 传输宽带 24” 传输轨道的保险装置在喷管和气刀的位置处 不锈钢(302)，0.5 ”网格间距和 0.072”线径的履带（标配） 上部保护网，不锈钢(302)，0.375 ” 网格间距和 0.072”线

20、径的履带（选件） 驱动保护由滑动离合器提供 传输系统有 ESD 接地保护 履带返回路径在漂洗和清洗模块的外面 上部保护网和底部传输网联合驱动（同 1 个驱动马达） 标准配置 3” 产品高度容差 马达功率：1/4HP11）排放 隐藏的整体管路 3 个 10”外部排放口，带阻尼 回收排放系统结合过滤网筛用于最低限度的化学溶剂损耗5 半水清洗机工艺试验 半水清洗是将溶剂清洗和水清洗组合起来的工艺方法。半水清洗是一种介于有机溶剂清洗和水清 洗之间的清洗工艺方法。在工艺流程中，首先使用对焊剂残留物有较强的溶解能力的有机溶剂清洗，再用水洗，以除去有机性污垢和其他污染物，然后有机溶剂与水形成的乳化液进行乳化

21、清洗，最后用纯水漂洗和烘干。这种清洗方法的最大优点在于它不仅能清除掉有机性的松香焊剂残留物，而且还能有效除去离子物质的痕迹。半水洗工艺基本上仍属 于水清洗工艺的范畴，但加入的有机溶剂可以从水中分离出来重复使用。由于其他清洗方法有着这样或那样的弊端，目前使用半水清洗这种工艺方法的 较多。由于产品对可靠性要求很高的特殊性，要求PCB组件的焊接必须是采用松香基助焊剂，同时结合洗涤效果、生产成本、适应性、先进性和环保等方面因素，根据实际情况，采用半水洗工艺为优。6 清洗机和清洗剂的选择 我们选择的水清洗设备具有以下一些特点 ：（1）全方位喷淋，20个不对称排列的喷嘴同时喷淋 PCB，上下两个方向的喷嘴

22、每旋转180产生20个相互交织的的喷淋模式，配合运动式PCB清洗框，完全消除了阴影效应，大大提高清洁效果及速度；（2）内置清洁度控制装置，操作者可以根据要求，预先设定清洁度数值，机器自动对漂洗水进行测定，直到PCB达到预定的清洁度要求；（3）配置缺水保护功能，避免设备缺水状态下运行对设备造成损坏及产品在缺水状态下进入烘干程序后，引起产品损坏；（4）全电脑控制，只需要设定几个参数即可使其自动完成溶剂加热、溶剂加注、清洗、漂洗、清洁度测试、烘干和打印等流程；（5）一体化结构，操作方便，可全自动操作，适用于电子行业多种类型PCB批量性清洗。7 半水洗清洗应注意的几个问题和所需要的结构根椐工艺试验的结

23、论 ，半水清洗在应用过程中，有以下几点需要注意：（1）烘干问题，这个问题对于所有清洗设备都存在，因为利用机器本身烘干，时间比较长，是资源的一种浪费，现在我们基本都是将产品烘干到不滴水后，放入烘箱进行彻底烘干，当然如果生产任务不紧张的话，也可以用机器自身烘干。（2）当清洗的组件上有遇清洗液而产生溶解标 记和粘接剂时，应采取有效的防护措施后方可清洗 或更换清洗溶剂。（3）经过测定，第一二次排放的漂洗水有机物含量超标，按规定应不能直接排放。（4）溶剂配制的清洗液使用一段时间后，如要彻底更换，需送到污水处理厂。但按我公司清洗量计算此问题可以忽略，因为在每次清洗过程中会损失一定的清洗液，经过一段清洗后再

24、填加一些新的清洗液到原溶剂槽中，将快饱和的溶剂进行稀释以此来保证清洗液的容污能力，可不断地循环利用。（5）为了保障设备供水需求，需专门为其配置一台去离子水装置。去离子水置要求：去离子水的阻值必须大于10M，出水量要求纯水产量为大于200kg/h。8 结论 PCB在焊接以后采用溶剂进行清洗，目的是提高电子产品质量。清洗是电子装联中一道关键工序，在生产高、精、尖电子产品中尤其需要完善的清洗工艺来保证产品质量。由本文的分析及试验可以看出，半水清洗应该是目前最适合大多数电子产品的清洗工艺。参考文献1陈正浩. 印制电路板组装件绿色清洗技术J. 确电子工艺技术, 2007，28（06）：367-369.2

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26、Cunjing Ge,Feifei Ma,Peng Zhang,Jian Zhang. Computing and estimating the volume of the solution space of SMT(LA) constraintsJ. Theoretical Computer Science,2016,.8R.S. Clouthier. SMT Stencil Cleaning - A Decision that Could Affect ProductionJ. Soldering & Surface Mount Technology,1996,8(3).9G.Grossm

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