機械畢業(yè)設(shè)計-基于在線式PCB清洗機機械結(jié)構(gòu)管線路設(shè)計

機械畢業(yè)設(shè)計-基于在線式PCB清洗機機械結(jié)構(gòu)管線路設(shè)計,機械,畢業(yè)設(shè)計,基于,在線,PCB,清洗,結(jié)構(gòu)管,線路,設(shè)計 本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)文獻綜述 設(shè)計 (論文)題目 基于在線式PCB清洗機 機械結(jié)構(gòu)管線路設(shè)計 作者所在系別 機電工程學(xué)院 作者所在專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 作者所在班級 作 者 姓 名 作 者 學(xué) 號 指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師職稱 完 成 時 間 教務(wù)處制 說 明 1．根據(jù)學(xué)?！懂厴I(yè)設(shè)計(論文)工作暫行規(guī)定》，學(xué)生必須撰寫畢業(yè)設(shè)計(論文)文獻綜述。文獻綜述作為畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。 2．文獻綜述應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(論文)工作前期內(nèi)完成，由指導(dǎo)教師簽署意見并經(jīng)所在專業(yè)教研室審查。 3．文獻綜述各項內(nèi)容要實事求是，文字表達要明確、嚴謹，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。 4．學(xué)生撰寫文獻綜述，閱讀的主要參考文獻應(yīng)在10篇以上（土建類專業(yè)文獻篇數(shù)可酌減），其中外文資料應(yīng)占一定比例。本學(xué)科的基礎(chǔ)和專業(yè)課教材一般不應(yīng)列為參考資料。 5．文獻綜述的撰寫格式按畢業(yè)設(shè)計(論文)撰寫規(guī)范的要求，字數(shù)在2000字左右。文獻綜述應(yīng)與開題報告同時提交。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）文 獻 綜 述 基于在線式PCB清洗機機械結(jié)構(gòu)管線路設(shè)計 摘 要：清洗是PCB組裝中的一道重要工序，它對電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性起著極為重要的作用。對于高性能電子產(chǎn)品，不論是通孔插裝還是表面組裝，在回流焊、波峰焊或浸焊后，基板及其組件都需要進行嚴格有效的清洗，以去除助焊劑殘留物和各種污染物。特別是對于表面組裝工藝，由于助焊劑可進入表面組裝元器件和基板之間的微小空隙中，從而使清洗顯得更為困難也更顯重要。主要介紹了PCB組件電裝生產(chǎn)中清洗的必要 性和常見的清洗方法，概述PCB半水清洗機的試驗及設(shè)計與應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：焊接工藝；殘留物；清洗工藝；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 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, 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 discussed. Key words: Soldering technology; Residue; Cleaning technology; Semi aqueous cleaning 1 產(chǎn)品清洗的必要性及概述 1.1 一般產(chǎn)品清洗的必要性 經(jīng)過焊接后的PCB會有助焊劑殘留，這是焊接過程中不可避免的，殘留在PCB上的助焊劑隨著時間的推移會逐漸粉化，同時隨著環(huán)境中的濕度、灰塵油 煙、靜電及各種有害氣體的侵蝕，粉化的助焊劑會不斷吸收這些雜質(zhì)。對精密電路而言，由于污穢中鹽分或酸堿及其氣體和潮氣或水分結(jié)合形成電解質(zhì) 溶液，加之碳漬或不活潑金屬的存在充當原電池反應(yīng)的陰極和陽極，使電路表面發(fā)生原電池反應(yīng)，造成電化學(xué)腐蝕、漏電、短路和電遷移等；而干燥的灰塵也使觸點接觸不良而放電，以及造成散熱不良和引發(fā)火災(zāi)事故；酸堿及其氣體也直接通過氧化還 原腐蝕電路；靜電不同程度累積造成元件的軟擊穿和硬擊穿。因此電子產(chǎn)品裝焊后的清洗效果直接關(guān)系到該產(chǎn)品的電氣性能、工作壽命和可靠性。清洗也是高可靠性電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工序。另外選擇何種清洗方式，更是一項十分重要而技術(shù)性很強的工作，也直接影響到電子產(chǎn)品的工作壽命和可靠性，也關(guān)系到環(huán)境的污染和人類健康[1]。 1.2 “免清洗”技術(shù)的概念 從廣義上來說，免清洗技術(shù)是指印制板在焊接后不需采用任何溶劑清洗，而直接進入后道組裝和測試工序的技術(shù)。從這個定義出發(fā)，對同一種助焊 劑而言，當它應(yīng)用在不同檔次的產(chǎn)品生產(chǎn)時，它可以被認為是免清洗助焊劑，也可能被定義為需要清 洗的助焊劑。例如在消費性電子產(chǎn)品的生產(chǎn)中，即使使用普通的松香型助焊劑，PCB在焊接以后，雖然板上留有明顯的助焊劑殘渣，但卻不需要清洗，其產(chǎn) 品的可靠性也是有目共睹的，因此，在討論免清洗技 術(shù)時，應(yīng)當把特定的產(chǎn)品對象與工藝方法同時做出規(guī) 定，因而我們對免清洗技術(shù)提出一個狹義的定義： “免清洗技術(shù)，是指在高可靠性電子產(chǎn)品和耐用電子 產(chǎn)品的生產(chǎn)中，印制板在焊接后不需采用任何溶劑清 洗，而直接進入后組裝和測試工序的技術(shù)?！边@里，要搞清“免清洗”技術(shù)和“免清洗”工 藝的區(qū)別?！懊馇逑础惫に囀窃诋a(chǎn)品生產(chǎn)過程中采 用的一種工藝條件，在滿足特定的“免清洗”工藝 條件后是不需要再進行產(chǎn)品清洗的。而從上面講 述的“免清洗”技術(shù)的概念可以看出，引入“免清 洗”技術(shù)并不是完全不用清洗，而是要根據(jù)產(chǎn)品的 需求來決定需不需要清洗。實際上，有一個常見的 錯誤概念就是使用了“免清洗”技術(shù)再不需要組件 的清洗了。 2 電子產(chǎn)品污染物的來源及其危害 污染物是指任何使基板、元器件或組件的化學(xué)、物理和電性能降低的表面沉積物、雜質(zhì)、夾渣 以及被吸附物。在PCA的組裝、組件安裝和表面貼裝過程中，焊劑的使用及焊接和生產(chǎn)環(huán)境等均會產(chǎn)生不同程度的污染物。 2.1 印制板和組件污染物的來源 2.1.1 元器件引線上的污染 最常見的污染物是表面氧化層和手印。形成表面氧化層的原因是元件的存放時間、環(huán)境和包裝等。手印的主要成分是水、膚油和氯化鈉以及護手用品。 2.1.2 裝聯(lián)操作中的污染 在裝聯(lián)過程中，對不需要焊接的部位多采用膠帶、熱塑化合物等掩膜保護起來。在高溫焊接作用下，膠帶粘結(jié)殘的會變成難以去除的污染物，而殘 留在組件表面上。 2.1.3 助焊劑的污染： 一般助焊劑的作用是活化焊接表面，但也會帶來一定腐蝕性的污染物，目前常用的松香型助焊劑及無機溶劑中的囟貨物、氯化物或氫氧化物都可能變成有腐蝕性的污染物。 2.1.4 焊接過程中的污染： 印制板組件在焊接過程中會產(chǎn)生各種各樣的污染，主要是印制板上微小的焊料球，焊料槽內(nèi)的浮渣、焊料中的金屬夾雜、防護油脂及其他污染物，波峰焊料中的防氧化油，其主要成分是動、植物 油、礦物油和石臘等，在波峰焊后防氧化油會沉積在印制板組件上而造成污染。 2.1.5 工作環(huán)境的污染 工作場地塵埃、水及溶劑的蒸汽、煙霧、微小顆粒有機物以及靜電引起的帶電粒子，加重了對電子產(chǎn)品的污染。 2.2 污染物的危害分析 2.2.1 化學(xué)污染的危害 化學(xué)污染會造成氧化腐蝕，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種腐蝕會造成金屬機械強度下降，造成元件引線的 斷裂、印制線條斷裂、金屬化孔不良、可焊性下降 和焊點變暗等嚴重危害。 2.2.2 物理污染的危害： 物理污染主要指印制板組件外觀損壞，或由于濕氣的凝聚、吸收和吸附作用，形成離子化污染、 溶解進而活化潛在的污染危害，這種物理操作雖然 不會影響短期內(nèi)電路的工作性能，但會加速化學(xué)污染，帶來更嚴重的危害。 2.2.3 機械污染的危害 有些產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用過程中受到振動或磨擦的影響，造成印制板表面與粘結(jié)界面的損傷與污 染，還會產(chǎn)生鍍層損傷及氧化物，造成金屬焊盤容 易脫落的危害。 2.2.4 光學(xué)污染的危害 在光敏電路中，常會遇到污染物的聚集、灰塵的沉降以及其他污染物的沉積，影響了光敏電路對 光的吸收或反射，造成電路信號的改變或終止，使靈敏度降低。由于上述化學(xué)的、物理的、機械的和光學(xué)的污染，造成電路性能的危害，導(dǎo)致改變或終止電路的正常信號傳輸，出現(xiàn)電路中斷或電阻增加或局部發(fā)熱氧化，甚至電路短路。當在較高溫度下和潮濕環(huán)境下，由于固體聚合物的分解，還會產(chǎn)生漏電流、介電常數(shù)及損耗系數(shù)的改變等不良現(xiàn)象，最終導(dǎo)致產(chǎn)品失效。 3 PCB板清洗的目的 通過清洗去除設(shè)備表面及元器件上的助焊劑、灰塵、纖維、金屬和非金屬及其氧化物碎屑、汗跡、指紋和油污等污垢，消除電路板漏電、電化學(xué) 腐蝕的根源，消除導(dǎo)致電路性能改變、退化和失效 的根源；有效消除靜電，防止電路軟擊穿及硬擊穿，保證設(shè)備正常工作以及避免重大惡性事故的發(fā)生；減少更換硬件（零件）的時間、數(shù)量和人力， 降低維護成本；防止設(shè)備老化，延長使用壽命，提高設(shè)備利用率（延長運行時間），增加運營收入，減少生產(chǎn)成本。 4 配置選項 1）觸摸屏控制系統(tǒng) 主菜單 輸入/輸出監(jiān)控屏 壓力監(jiān)控屏 故障報警屏 l 基于Windows的圖形化界面，功能強大 l 編程界面密碼保護 l 操作界面容易 l 機器控制超出設(shè)置，具有觸摸屏顯示和聲音報警 l 燈塔 l 進板處具有光敏傳感器，自動感應(yīng)控制開機和停機 l 12” LCD觸摸屏 2）裝料 l 1個急停按鈕 l 1個ESD接地插座 l 12”長固定進板延伸 3）預(yù)洗區(qū)(12’’長) l 一個噴淋模塊，帶有4個能夠快速分離的噴管（48個噴頭）[見圖1] l 電磁閥和流量表監(jiān)視和控制外供水實現(xiàn)預(yù)清洗隔離，預(yù)清洗后的外供水直接排放到下水道 或者 l 預(yù)清洗階段的供水直接從清洗模塊中的水箱及管道供水，變成長度48”的 循環(huán)清洗階段 l 上、下噴管的噴淋壓力獨立控制 l 噴淋壓力表緊臨上、下噴管的控制噴閥 l 容易維護的過濾網(wǎng)[見圖2] l 內(nèi)部透明滑板蓋和外部耐溫觀察窗，便于清洗中實時觀察 l 可移動的訪問端口，便于水箱的清潔 l 噴淋后上、下氣刀隔離 4）清洗區(qū)（36”長） l 4個13KW鎳鉻合金發(fā)熱體，位于前隔離壁，易于維護和保養(yǎng) l 過溫保護 l 低液位保護 l 帶液位控制，自動補液 l 自動配液系統(tǒng)（選件），包括流量泵，自動按照濃度配比 l 3個噴淋模塊，共12個能夠快速分離的噴管（144個噴頭）[見圖1] l 獨立的門閥噴淋壓力控制，分別控制上、下噴管的噴淋壓力 l 噴淋壓力表緊臨上、下噴管的控制噴閥 l 高性能7.5馬力不銹鋼離心泵 l 不銹鋼耐高壓管路 l 可移動的低損耗過濾篩，在泵的前端(60目，0.254mm) l 容易維護的過濾網(wǎng)[見圖2] l 可移動的訪問端口，便于水箱的清潔 l 內(nèi)部透明滑板蓋和外部耐溫觀察窗，便于清洗中實時觀察 l 獨立的水箱排水閥 圖 1 快速可拆卸噴淋臂 圖 2 容易保養(yǎng)的過濾網(wǎng)和加熱器 5）隔離漂洗區(qū)（20”長） l 阻止清洗階段的化學(xué)溶劑帶入到漂洗水箱 l 增加液體浸入器件下面 l 上、下各一個氣刀管，帶可調(diào)旋轉(zhuǎn)方向 l 帶有2個能夠快速分離的噴管（24個噴頭）[見圖1] l 由控制閥和流量表控制和監(jiān)控外部供水，漂洗水直接排放到下水道 或者 l 隔離用的漂洗水由漂洗水箱和水泵提供，由閥門和流量表進行控制和監(jiān)控 l 上、下各一個用于漂洗后隔離的氣刀管，帶可調(diào)旋轉(zhuǎn)方向 l 內(nèi)部透明滑板蓋和外部耐溫觀察窗，便于漂洗中實時觀察 6）循環(huán)漂洗區(qū)(16”長) l 3個13KW鎳鉻合金發(fā)熱體，位于前隔離壁，容易接近 l 過溫保護 l 低液位保護 l 帶液位控制，自動補液 l 1個噴淋模塊，共4個能夠快速分離的噴管（48個噴頭）[見圖1] l 獨立的門閥噴淋壓力控制，分別控制上、下噴管的噴淋壓力 l 噴淋壓力表緊臨上、下噴管的控制噴閥 l 高性能7.5馬力不銹鋼離心泵 l 不銹鋼耐高壓管路 l 可移動的低損耗過濾篩，在泵的前端(60目，0.254mm) l 容易維護的過濾網(wǎng)[見圖2] l 可移動的訪問端口，便于水箱的清潔 l 內(nèi)部透明滑板蓋和外部耐溫觀察窗，便于清洗中實時觀察 l 獨立的水箱排水閥 l 直接排放下水道或串級排放 7）最終漂洗區(qū)（11”長） l 1個噴淋模塊，帶有2個能夠快速分離的噴管（20個噴頭）[見圖1] l 水壓力取決于進水壓力決定 l 電磁閥和流量表控制和監(jiān)視噴嘴的噴淋 l 可移動的訪問端口，便于水箱的清潔 l 內(nèi)部透明滑板蓋和外部耐溫觀察窗，便于最終漂洗中實時觀察 l 容易維護的過濾網(wǎng)[見圖2] l 氣刀去除和沖刷掉最終漂洗水 8）干燥(41”長或者47.5”長（帶有紅外加熱模塊選件）) l 2個氣刀模塊，每個模塊帶2個上部和1個下部氣刀（標配） l 可選紅外加熱隧道模塊（選件） l 1個高性能15馬力渦輪風(fēng)機，帶自動張力調(diào)整皮帶 l 1個高性能10馬力渦輪風(fēng)機，帶自動張力調(diào)整皮帶 l 每個風(fēng)機都有壓力計 l 風(fēng)機滑動移出，維修更容易[見圖3] l 耐溫觀測窗，用于生產(chǎn)過程觀察 l 隔離風(fēng)機和氣刀倉，使設(shè)備運行時噪音更低 l 定制的脫模風(fēng)刀，用于高效率的干燥[見圖4] l 上部風(fēng)刀高度和角度可調(diào)整 l 下部風(fēng)刀角度可調(diào)整 l 雙層玻璃觀測窗降低噪音 l 可重復(fù)使用的聚丙烯氣刀過濾器 l 干燥區(qū)利用非循環(huán)風(fēng)降低干燥腔內(nèi)的濕度 圖3 可以滑動移出的風(fēng)機 圖4 風(fēng)刀高度和角度可調(diào) 9）下料 l 1個急停按鈕 l 隔離靜音罩 l 1個靜電接地插座 l 固定的12”長外延出口 10）傳輸系統(tǒng) l 傳輸寬帶24” l 傳輸軌道的保險裝置在噴管和氣刀的位置處 l 不銹鋼(302)，0.5 ”網(wǎng)格間距和0.072”線徑的履帶（標配） l 上部保護網(wǎng)，不銹鋼(302)，0.375 ”網(wǎng)格間距和0.072”線徑的履帶（選件） l 驅(qū)動保護由滑動離合器提供 l 傳輸系統(tǒng)有ESD接地保護 l 履帶返回路徑在漂洗和清洗模塊的外面 l 上部保護網(wǎng)和底部傳輸網(wǎng)聯(lián)合驅(qū)動（同1個驅(qū)動馬達） l 標準配置3” 產(chǎn)品高度容差 l 馬達功率：1/4HP 11）排放 l 隱藏的整體管路 l 3個10”外部排放口，帶阻尼 l 回收排放系統(tǒng)結(jié)合過濾網(wǎng)篩用于最低限度的化學(xué)溶劑損耗 5 半水清洗機工藝試驗 半水清洗是將溶劑清洗和水清洗組合起來的工藝方法。半水清洗是一種介于有機溶劑清洗和水清 洗之間的清洗工藝方法。在工藝流程中，首先使用對焊劑殘留物有較強的溶解能力的有機溶劑清洗，再用水洗，以除去有機性污垢和其他污染物，然后有機溶劑與水形成的乳化液進行乳化清洗，最后用純水漂洗和烘干。這種清洗方法的最大優(yōu)點在于它不僅能清除掉有機性的松香焊劑殘留物，而且還能有效除去離子物質(zhì)的痕跡。半水洗工藝基本上仍屬 于水清洗工藝的范疇，但加入的有機溶劑可以從水中分離出來重復(fù)使用。由于其他清洗方法有著這樣或那樣的弊端，目前使用半水清洗這種工藝方法的 較多。由于產(chǎn)品對可靠性要求很高的特殊性，要求PCB組件的焊接必須是采用松香基助焊劑，同時結(jié)合洗滌效果、生產(chǎn)成本、適應(yīng)性、先進性和環(huán)保等方面因素，根據(jù)實際情況，采用半水洗工藝為優(yōu)。 6 清洗機和清洗劑的選擇 我們選擇的水清洗設(shè)備具有以下一些特點 ： （1）全方位噴淋，20個不對稱排列的噴嘴同時噴淋 PCB，上下兩個方向的噴嘴每旋轉(zhuǎn)180°產(chǎn)生20個相互交織的的噴淋模式，配合運動式PCB清洗框，完全消除了陰影效應(yīng)，大大提高清潔效果及速度； （2）內(nèi)置清潔度控制裝置，操作者可以根據(jù)要求，預(yù)先設(shè)定清潔度數(shù)值，機器自動對漂洗水進行測定，直到PCB達到預(yù)定的清潔度要求； （3）配置缺水保護功能，避免設(shè)備缺水狀態(tài)下運行對設(shè)備造成損壞及產(chǎn)品在缺水狀態(tài)下進入烘干程序后，引起產(chǎn)品損壞； （4）全電腦控制，只需要設(shè)定幾個參數(shù)即可使其自動完成溶劑加熱、溶劑加注、清洗、漂洗、清潔度測試、烘干和打印等流程；（5）一體化結(jié)構(gòu)，操作方便，可全自動操作，適用于電子行業(yè)多種類型PCB批量性清洗。 7 半水洗清洗應(yīng)注意的幾個問題和所需要的結(jié)構(gòu) 根椐工藝試驗的結(jié)論 ，半水清洗在應(yīng)用過程中，有以下幾點需要注意： （1）烘干問題，這個問題對于所有清洗設(shè)備都存在，因為利用機器本身烘干，時間比較長，是資源的一種浪費，現(xiàn)在我們基本都是將產(chǎn)品烘干到不滴水后，放入烘箱進行徹底烘干，當然如果生產(chǎn)任務(wù)不緊張的話，也可以用機器自身烘干。 （2）當清洗的組件上有遇清洗液而產(chǎn)生溶解標 記和粘接劑時，應(yīng)采取有效的防護措施后方可清洗 或更換清洗溶劑。 （3）經(jīng)過測定，第一二次排放的漂洗水有機物含量超標，按規(guī)定應(yīng)不能直接排放。 （4）溶劑配制的清洗液使用一段時間后，如要徹底更換，需送到污水處理廠。但按我公司清洗量計算此問題可以忽略，因為在每次清洗過程中會損失一定的清洗液，經(jīng)過一段清洗后再填加一些新的清洗液到原溶劑槽中，將快飽和的溶劑進行稀釋以此來保證清洗液的容污能力，可不斷地循環(huán)利用。 （5）為了保障設(shè)備供水需求，需專門為其配置一臺去離子水裝置。去離子水置要求：去離子水的阻值必須大于10MΩ，出水量要求純水產(chǎn)量為大于200kg/h。 8 結(jié)論 PCB在焊接以后采用溶劑進行清洗，目的是提高電子產(chǎn)品質(zhì)量。清洗是電子裝聯(lián)中一道關(guān)鍵工序，在生產(chǎn)高、精、尖電子產(chǎn)品中尤其需要完善的清洗工藝來保證產(chǎn)品質(zhì)量。由本文的分析及試驗可以看出，半水清洗應(yīng)該是目前最適合大多數(shù)電子產(chǎn)品的清洗工藝。 參考文獻 [1]　陳正浩. 印制電路板組裝件綠色清洗技術(shù)[J]. 確電子工藝技術(shù), 2007，28（06）：367-369. 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HYBRIDS,1991,7(3). 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）文 獻 綜 述 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師： 年 月 日 專業(yè)教研室審查意見 負責人： 年 月 日