离心清洗技术在印制电路板清洗中的应用

王英平

(西安铁路信号有限责任公司，陕西西安，710048)

离心清洗技术在印制电路板清洗中的应用

王英平

(西安铁路信号有限责任公司，陕西西安，710048)

焊接属电子设备生产过程中的一个关键步骤。焊接后必须进行清洗才能确保电子设备的可靠性，延缓其工作寿命。本文重点介绍了一种离心清洗技术，清洗洁净度高，能有效去除PCB残留物。

印制电路板；离心清洗；助焊剂

1 污染物的种类与来源

印制电路板表面的污染物主要来自PCB制作与储运、元器件制作与储运、组件装联过程中所形成的污染[1]。就印制电路组件来说，所谓污染物是指元器件或组件的相关理化性质与电气性能遭到有害影响所形成的表面沉积物与微粒。组件表面的污染物通常分为微粒污染物、非极性或非离子污染物、极性或离子污染物。

2 离心清洗技术

2.1 离心清洗的特点

离心清洗技术是借助离心力来清洗电子电路元件、精密部件以及半导体组件的一种清洗工艺，具有良好的渗透、溶解与去污效果，在确保元器件清洁度的同时不会使元器件受损。

离心清洗技术的工作原理是在密封的工艺处理腔内由电机带动元器件做旋转与上下运动。工艺处理腔内的溶液清洗剂会产生离心力，进而作用于电路板上的污物。这样污物在离心力的作用下会逐渐被分离出来，达到清洗的目的。当浸泡在清洗溶液中的组件开始旋转时，元器件下层空间与施力方向均在一个平面上[2]。在旋转过程中所形成的离心力与复合向心力会让待洗组件的周围便会充斥着很多清洗溶液混合物。随着旋转方向的不断改变，溶液清洗剂会流向各个方向，这些力会共同作用于污物上，使其迅速被溶解冲刷掉。当完成清洗后，旋转组件离开溶液后，推进液体进入元器件底部空间的作用力还会将组件上面的液体甩干。随后在热空气中旋转组件，从而将残留物清除干净。

2.2 离心清洗设备

2.2.1 提升与旋转系统设计

提升系统的工作原理是由气缸带动，运动模式为快进-慢进-慢退-快退。气缸上下运动时有防护罩与限位装置对待洗组件进行安全防护。当装好组件后会迅速往下移动，在快要靠近清洗腔体端面时开始减速，以确保缓慢压紧。由于清洗腔内安有环形密封圈，能避免旋转过程中液体发生外溅。旋转系统使用的是交流伺服电机，可调整组件转速。传动装置为齿数比不同的同步带，能减少噪音与振动，确保传动的平稳性。转轴的轴承座内两侧安装了成对的向心球轴承，以确保系统的刚性。

2.2.2 喷淋与过滤系统设计

为提高喷淋的均匀性，喷嘴在清洗腔体内呈环形分布。扇形喷嘴具有极强的喷射力，广角扇形喷嘴所喷淋的范围较广，因此，通常采用广角扇形与标准角扇形两种结构。根据喷嘴间隔排布的对比研究与不同方向的对比研究，结合实验确定最科学的角度与排列方式。对喷淋溶液的加热是通过在线式加热器完成的，因此，必须选择最优的材质，在保证最佳洁净度的同时还应确保加热温度的均匀性。

离心清洗工艺是利用溶液循环清洗达到去除污物的目的。溶液的洁净度直接关系到组件能否被洗净的目标。在此我们采用三级过滤法：（1）第一级：采用精度为5m的过滤器，用于清除水中的部分悬浮物；（2）第二级：采用活性炭过滤器，清除液体内的杂质，净化液体。活性炭能够吸附液体中的很多物质，包括有机物、细菌、微生物，银、砷、铋、钴、六价铬、汞等金属离子以及氨、溴、氯等非金属物质。（3）第三极：采用专用离子交换树脂，LD-20MB-（A）树脂，置换出液体内的相关离子[3]。

2.2.3 控制系统设计

（1）整套控制系统以一台可编程控制器（PLC）为中心，用于控制各部件的工作状态。触摸屏为人机界面，气缸与电机属于清洗组件的执行机构。

（2）电气控制系统：主要组件有控制柜，在设备后侧上端，采用全封闭式。为避免电器元件被腐蚀，控制柜内部有干燥的压缩空气。设备前端有操作面板，上面包括停止与急停按钮、电源启动、触摸屏等[3]。电气控制系统还包括气缸、传感器、电磁阀、伺服电机、加热元件与泵等组件。

（3）程序控制：根据生产工艺标准，利用触摸屏与PLC进行编程设计。控制模式分为两种，手动与自动。手动模式多用于检修与实验。在自动模式下只需人工完成上料与下料操作，设备会自动运行完成清洗与烘干处理。对于清洗槽的工艺清洗时间及相关的参数均可通过触摸屏进行设置。该系统能够编译、存储多个清洗工艺程序，用户可自行修改或存储。

（4）气动控制系统：主要构件包括气缸、电磁阀、气动阀，可实现系统运行过程红的低精度往返式运动，还具有排水功能。当电磁阀收到PLC的操作指令后，通过将电信号转化为气体通断信号，从而使气缸完成相应的动作。

3 影响离子清洗效果的主要因素

3.1 清洗剂温度

这对清洗效果会产生较为明显的影响。笔者通过在室温、40℃、60℃的条件下开展实验发现60℃时清洗效果最佳，而室温条件下最差。尽管一些溶剂的说明书上表示无需加热，但通过实验结果显示加热的效果会更好。

3.2 离心转速

通过对离心旋转速度进行实验研究，分别将离心旋转速度设为50r/min、100r/min、200r/min、300r/min观察清洗效果。结果显示200r/min的条件下清洗效果最明显。这表示在离心作用下速度越快，工件与溶剂间所形成的相对作用力也越大。但是速度过大所形成的离心力也过大，从而使整个系统摇晃，影响设备的正常工作。

3.3 喷淋的角度与压力以及喷施方式

大功率的磁力泵的清洗效果更好，特别是在漂洗环节中更为重要。通过对喷嘴与水刀的实验显示，水刀比喷嘴效果更好，由于喷嘴在喷淋时会出现雾化现象，造成喷淋压力不足。水刀的清洗范围更广，更易将组件的每个角落都进行均匀的漂洗。喷淋管进水口的位置也是影响清洗效果的重要因素之一。喷管选择从中部进水比从下部进水的清洗效果更明显。

[1]岳军，牛进毅.离心清洗应用于印制电路板的研究[J].电子工艺技术，2009，30（6）：330-333.

[2]张熙.离心清洗在印制电路板清洗中的应用[J].电子工艺技术，2012，33（4）：222-225.

[3]石国丽.浅谈印制电路板的一种清洗工艺[J].低温与超导，2012，40（6）：80-82.

Application of centrifugal cleaning technology in PCB cleaning

Wang Yingping
(Xi’an railway signal Co., Ltd.,Xi’an Shaanxi,710048)

Welding is a key step in the production of electronic equipment.After welding must be cleaned in order to ensure the reliability of electronic equipment, delaying its working life.This paper mainly introduces a kind of reliable cleaning technology, centrifugal cleaning technology, which can effectively remove PCB residue.

printed circuit board; centrifugal cleaning; flux