超声波清洗技术在国外是一种很成熟的清洗技术,广泛应用于机械、电子等领域。焊接后电路板的清洗是其中很重要的一个应用。国内在这方面的应用也较为普遍,但是,不能不说,很多厂家并没有搞清超声波清洗的基本原理,因此,在应用超声波清洗技术时存在十分不规范的一面,甚至和超声波清洗的原理完全相悖。有些厂家,名义上用的是超声波清洗,实际上只是作为一个普通的浸泡清洗槽来使用,由于超声波清洗工艺不合理,根本无法将电路板清洗干净。不仅没有发挥超声波清洗清洗质量好、清洗效率高的优点,相反,有可能对电路板及其元器件造成损伤。
电路板超声波清洗工艺参数的选择
超声波清洗有几个重要的工艺参数:频率、功率、时间、清洗溶剂、电路板的放置方式、超声波强度。错误的超声波清洗工艺也正是在这几个问题上没有真正掌握。
频率的重要性
当工作频率很低(在人的听觉范围内)就会产生噪音。当频率低于20kHz时,工作噪音不仅变得很大,而且可能超出职业安全与保健法或其他条例所规定的安全噪音的限度。在需要高功率去除污垢而不用考虑工件表面损伤的应用中,通常选择从20kHz～30kHz的较低清洗频率。该频率范围内的清洗频率常常被用于清洗大型、重型零件或高密度材料的工件。高频通常被用于清洗较小、较精密的零件,或清除微小颗粒。高频还被用于工件表面不允许损伤的应用。使用高频可从几个方面改善清洗性能。随着频率的增加,空化泡的数量呈线形增加,从而产生更多更密集的冲击波使其能进入到更小的缝隙中。如果功率保持不变,空化泡变小,其释放的能量相应减少,这样有效地减小了对工件表面的损伤。高频的另一个优势在于减小了黏滞边界层(泊努里效应),使得超声波能够“发现”极细小的微粒。这种情况近似于小溪中水位降低时可以看清溪底的小石子。电路板上由于有各种元器件甚至是比较娇贵的器件,而且电路板表面凹凸不平,有许多细小的狭缝,因此电路板的清洗当然必须采用较高频率。国外资料建议频率在33kHz～66kHz。但现实中有人认为,频率越高越容易对电路板造成损伤,而低频往往是安全的,这是完全错误的观点。
化学溶剂的选择
考虑到清洗液的物理特性对超声清洗的影响,其中蒸汽压、表面张力、黏度以及密度应为显著的影响因素。温度能影响这些因素,所以它也会影响空化作用的效率。选择清洗液时,应考虑以下四个因素:
(1)清洗效率:通过做实验选择有效的清洗溶剂。
(2)操作简单:所使用的液体应安全无毒、操作简单且使用寿命长。
(3)成本:廉价的清洗溶剂的使用成本并不一定[敏感词]。使用中必须考虑到溶剂的清洗效率、安全性、一定量的溶剂可清洗多少工件、利用率[敏感词]等因素。当然,所选择的清洗溶剂必须达到清洗效果,并应与所清洗的工件材料兼容。水为普通的清洗液,故使用水基溶液的系统操作简便,使用成本低,应用广泛。然而对于某些材料以及污垢等并不适用于水性溶液,那么还有许多溶剂可供选用。其中性价比相对较高的有酒精溶剂。
(4)化学溶剂的用量:溶剂的用量一般超声波清洗机的使用说明书中都会说明,一般必须超过清洗槽容积的三分之二。而事实上,常常有人为了节约成本,用很少的溶剂,甚至只是刚刚盖过平铺在槽底的电路板,这其实和空振差不了太多,不仅不能发挥超声波的作用,相反可能损伤电路板和元器件。
超声波清洗的功率和时间
超声波清洗的功率和时间必须通过实验来确定。太大的功率和太长的清洗时间,有可能对电路板及元器件造成损伤。
清洗电路板的处理方式
超声清洗的另一个考虑因素是电路板的上、下料或者说是放置电路板的工装的设计。电路板在超声清洗槽内时,无论电路板还是电路板篮都不得触及槽底。电路板总的横截面积不应超过超声槽横截面积的70%。橡胶以及非刚化塑料会吸收超声波能量,故将此类材料用于工装时应谨慎。工装篮设计不当,或所盛工件太重,即使[敏感词]的超声清洗系统的效率也会被大大降低。任何材料,如果网眼高於50目,对于超声波就表现出实体的性能,将超声波反射回去。当网眼大于0.635cm时,对于超声波才表现出开放式材料的性能。钩子、架子以及烧杯都可用来支持电路板。在实际中,经常有人随便把电路板层叠在超声波清洗机的清洗槽中,这样根本不能发挥超声波的独特的清洗作用,而把超声波清洗机等同于普通的浸泡式清洗槽。
超声波强度
超声波强度即单位面积的超声功率。超声清洗的效果好坏取决于空化作用,但空化作用的产生与超声波强度有关。超声波强度越大,空化作用越明显,也就是清洗作用越好。另外,根据不同的清洗对象,来选择适当的超声波强度。如清洗电路板,超声强度可低些,清洗机械零件时超声波强度可高些。有些人盲目地以为超声波强度越高越好,这样才能洗得干净,其实完全没有这个必要,而且强度越高,对电路板可能的危害越大。
超声波清洗工艺是一种价格低廉、安全、高效的清洗工艺,由于很多厂家对超声波清洗的原理不熟悉,因此导致许多使用中的误区,不仅不能把电路板清洗干净,相反可能对电路板造成损伤。只有对超声波清洗的工艺参数:频率、功率、时间、清洗溶剂、电路板的放置方式、超声波强度仔细考虑,才有可能获的满意的清洗效果。
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