自动清洗机在PCB组件上的应用改进.pdf

印制电路信息 2024 No.2互连组装 Interconnect Assembly自动清洗机在PCB组件上的应用改进周少雄 何燕春 杨若涵 夏鹏（航空工业西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710068）摘要印制电路板（PCB）组件清洗技术在电子产品生产加工领域中是不可或缺的。对自动清洗机的工作原理以及操作流程进行了介绍说明，研究解决了自动清洗机在实际生产应用中出现的一些问题，进一步提升了自动清洗机的实用性，在自动清洗技术方面具有重要的参考借鉴意义。关键词印制电路组件清洗技术；工装；自动感应控制器；正交试验中图分类号：TN41文献标志码：A 文章编号：10090096（2024）02002504The application improvement of automatic cleaning machine on printed circuit componentsZHOU Shaoxiong HE Yanchun YANG Ruohan XIA Peng(Avic XiAn Aeronautics Computing Technique Research Institute,Xian 710068,Shaanxi,China)AbstractPrinted circuit component cleaning technology is indispensable in the field of electronic product production and processing.This paper introduces the working principle and operation process of automatic cleaning machine,studies and solves some problems of automatic cleaning machine in actual production and application,summarizes and organizes them,and further improves the advanced and practical application of automatic cleaning machine.The results have important reference significance in automatic cleaning technology.Key words printed circuit component cleaning technology;fixture;auto-sensing controller;orthogonal test0引言印制电路板（printed circuit board，PCB）组件在电装焊接完成后，在PCB表面会有锡膏、助焊剂、油渍等残留，这些残留物在PCB运输周转过程中会与灰尘水汽结合产生污染物，如果不进行清洗，这些污染物会对焊点造成腐蚀，从而对电子产品的可靠性及电气性能造成严重影响1-2。同时，有污染物残留也会造成PCB组件三防材料的附着力变差，影响产品后期的使用寿命3。自动清洗机是一种新型清洗设备，与传统人工刷洗PCB相比，使用更方便，操作简单，自动化程度高，降低了操作人员劳动强度，减少工序时间，提高生产效率，并且可以减少手工刷洗时作者简介：周少雄（1994），男，工程师，硕士研究生，主要研究方向为印制电路组件的设计及应用。-25互连组装 Interconnect Assembly印制电路信息 2024 No.2对产品的损伤，降低生产风险。基于以上优点，自动清洗机在电子产品制造领域应用广泛4。1清洗原理介绍自动清洗机主要采用清洗剂对焊接完成后的PCB组件进行浸泡、鼓泡、喷流等清洗流程。通过以上流程，清洗剂对PCB组件表面的污染物进行湿润和渗透，使得清洗剂与污染物充分接触，接着清洗剂中表面活性物质的极性与非极性基团在污染物和水溶液中产生分子键链接，从而降低溶液表面张力，产生乳化反应，对污染物起到分散以及增容作用，使得污染物从 PCB 上剥离脱落5-6。清洗剂工作原理如图 1所示。将清洗剂混合在清洗介质当中，接着用去离子水对PCB组件进行漂洗，对PCB上附着的少量清洗剂和脱落剥离出来的污染物与清洗剂混合物再处理，进一步减少PCB表面离子残留物，从而达到洁净度标准。2清洗设备及材料生产中使用的 NBQ-TM120 型全自动清洗机（北京某公司产）如图 2 所示，其主要包括排风机、废液箱、上下料区、控制系统、清洗槽、漂洗槽1、漂洗槽2、干燥槽及料筐等部件。清洗设备所采用的清洗剂型号为SA-100，是一款可生物降解的溶剂型清洗剂，配方中不含任何卤素化合物，安全环保，且具有极性和非极性成分应用领域广泛的特点。其技术参数见表1。3清洗生产流程自动清洗机生产流程如图3所示。接通设备开启电源开关，在登录界面点击“登录”进入功能菜单。在功能菜单界面，选择或设置工艺参数，见表2；确认清洗槽、漂洗槽1、漂洗槽2的液位状态，及时补充清洗液或去离子水，复位回零操作完成后，设备进入加热运行待机状态。将产品放入料筐，使用夹板固定产品，产品应处于夹板卡槽内；上紧夹板旋钮，产品应间隔图1清洗剂工作原理图2NBQTM120型全自动清洗机表1清洗剂SA100技术参数序号1234567项目颜色密度/（gcm3）表面张力/（mNm1）沸点/闪点/pH黏度/（mPas）参数棕色1.0518.51509010.412图3自动清洗机生产流程-26印制电路信息 2024 No.2互连组装 Interconnect Assembly竖直放置，料筐中同一组夹板间应放入相同尺寸的产品，以保证能够装夹固紧。将料筐放在上料区，设备开始自动运行，经上料、清洗、漂洗1、漂洗2、干燥、下料，从下料区取下料筐。在产品结束漂洗2的操作时，应观测并记录漂洗槽2的电导率，最终漂洗液的电导率应50 S/cm，若超出则应更换漂洗溶液。4问题及解决方法4.1产品装夹问题电子产品在进行自动清洗前，需通过人工装夹，将一定数量的产品装夹固定在料筐上，根据产品大小调整两个夹板之间的距离，将产品依次固定在夹板卡槽内，然后上紧板夹固定螺钉，完成装夹，如图4（a）所示。在这个过程中，由于板夹间的距离与上下高度可调整自由度高，需操作人员花费大量时间根据实物产品来调整装夹，增加了工作难度与工作量；并且由于产品存在器件分布在 PCB边缘 5 mm左右的现象，夹板的卡槽会有磕碰印制板边缘器件的风险存在，造成生产问题。针对以上问题，对自动清洗机的料筐夹板进行改进，如图4（b）所示，将原来的凹槽型夹板改为立柱式工装，在一条夹板上增加 10 根长约 15 cm底部有内螺纹孔的立柱；通过螺钉将立柱连接固定在夹板上，且2个立柱式工装之间的距离调整为产品上2条锁紧座之间的宽度，并拧紧工装固定螺钉，使得2个立柱式工装之间的距离固定。在后续产品装夹过程中无需操作人员再进行调整，极大地减少了操作难度，缩短了操作时间，减少了工作量；并且在使用立柱式工装过程中，工装上的立柱仅与产品锁紧边接触，不会磕碰器件，完全消除损伤产品的风险。4.2水箱改进自动清洗机在完成产品清洗后会由机械手拖动料筐进入漂洗槽1、漂洗槽2依次进行漂洗，两个漂洗槽需加入去离子水，在自动清洗机的机柜内设立水箱，采用手动开关上水装置。在给漂洗槽加水时，通过水泵将水箱内的去离子水引入 2个漂洗槽内，每次都需要手动开关上水，但水箱的补水开关为人工手动，水位到达指定量时不会自动停止补水，因此可能会造成水箱溢水现象。针对上述现象，对水箱补水开关添加自动感应补水装置，对控制开关进行改进。加装自动感应控制器对水位进行监测，当电子探头监测到目标水位有水/没水时，通过PLC控制单元对开关进行控制7-8，从而使得水箱内的去离子水容量维持在恒定的数值范围内。4.3清洗参数正交试验自动清洗机清洗参数包括温度、喷流时间和鼓泡时间等3个因素，清洗效果用离子浓度检测仪检测其清洗后产品表面的离子浓度。根据厂家推荐参数范围，对以上参数进行三因素三水平单指标的正交试验，用少量的试验找出最佳的组合结果。本次正交试验采用直观分析法，因素波动范表2自动清洗机工艺参数序号12345项目加热温度/鼓泡时间/s喷流时间/s沥水时间/s烘干时间/s清洗槽5054054060漂洗槽15560020漂洗槽25530020干燥槽80900图4自动清洗机料筐夹板改进-27互连组装 Interconnect Assembly印制电路信息 2024 No.2围及指标如下。温度：30、50、70。喷流时间：240、390、540 s。鼓泡时间：240、390、540 s。考察指标：表面离子浓度。综上所述，需设计三因素三水平的表格，故选用L9（33）正交表，见表3。由表3可见，表面离子浓度最低（0.560 5 g/cm2）时，对应的A、B、C 3个因素所在的水平分别为 2、2、3，即方案 A2B2C3。首先计算 A、B、C 3个因素在3个水平下的指标之和，为K1、K2、K3；再分别计算其平均值，为K1、K2、K3，最后算出A、B、C三因素的极差R，见表3。A 因素对应的表面离子浓度最小平均值为0.832 2，对应的水平数为2；B因素对应的表面离子浓度最小平均值为0.787 2，对应的水平数为3；C因素对应的表面离子浓度最小平均值为0.765 5，对应的水平数为 3。因此，3 个因素最优组合为A2B3C3。采用正交试验设计，仅通过上述 9次试验，就选择出了三因素三水平的最优方案。这种方法可以缩短试验时间，节约时间和人力成本，并且通过极差R还得到了对试验结果影响程度的因素的顺序9-10。5结语本文对自动清洗机的清洗原理、设备材料以及生产流程进行介绍说明，并针对料筐夹具进行更新改进，减少产品损伤风险，提高生产效率；针对水箱溢水造成人工成本与材料的浪费问题，在水箱手动开关上加装自动感应补水装置，提升设备实用性；根据厂家提供的清洗参数范围，完成三因素三水平的正交试验，得出清洗参数的最优组合。目前自动清洗机在生产中还存在一些问题，例如，在清洗过程中存在某些器件字符残缺脱落等，初步分析是因为清洗剂呈碱性，对油墨有一定的腐蚀作用，会造成字符残缺脱落现象。在后续的工作中，将进一步了解清洗剂与产品各种材料的兼容性，在清洗洁净度达标的前提下，保证不对产品状态造成改变。参考文献 1 刘岩松.焊接后印制电路板清洗方法研究J.微处理机,2017(6):7-10.2 何燕春,王超明,刘鑫,等.印制电路组件三防涂层性能及返修工艺技术J.航空计算技术,2018,48(5):284-288.3 胡岚.军用印制板组装件的三防涂覆工艺J.广东通信技术,2016,36(7):69-71.4 王旭东,徐匡.电子线路板清洗效果验证J.电子世界,2019(13):34-35.5 邱骥,宋巍,干杰.舰船多功能绿色清洗剂的制备与性能研究J.表面工程与再制造,2018,18(2):23-27.6 焦庆祝,杨婷,刘明婧,等.论绿色化学清洗J.清洗世界,2007,23(9):22-26.7 王成龙.PLC 自动控制技术的应用J.一重技术,2017(6):73-74,64.8 张营.PLC 技术在电气设备自动化控制中的运用J.环球市场信息导报,2017(2):132.9 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