超聲波清洗技術(shù)在國外是一種很成熟的清洗技術(shù), 廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子等領(lǐng)域。焊接后電路板的清洗是其中很重要的一個(gè)應(yīng)用。國內(nèi)在這方面的應(yīng)用也較為普遍, 但是, 不能不說, 很多廠家并沒有搞清超聲波清洗的基本原理, 因此, 在應(yīng)用超聲波清洗技術(shù)時(shí)存在十分不規(guī)范的一面, 甚至和超聲波清洗的原理完全相悖。有些廠家, 名義上用的是超聲波清洗, 實(shí)際上只是作為一個(gè)普通的浸泡清洗槽來使用, 由于超聲波清洗工藝不合理, 根本無法將電路板清洗干凈。不僅沒有發(fā)揮超聲波清洗清洗質(zhì)量好、清洗效率高的優(yōu)點(diǎn), 相反, 有可能對(duì)電路板及其元器件造成損傷。

1  超聲波清洗原理

超聲波和其它聲波一樣, 是一系列的壓力點(diǎn), 即一種壓縮和膨脹交替的波。如果聲能足夠強(qiáng), 液體在波的膨脹階段被推開, 由此產(chǎn)生氣泡; 而在波的壓縮階段, 這些氣泡就在液體中瞬間爆裂或內(nèi)爆, 產(chǎn)生一種非常有效的沖擊力, 特別適用于清洗。這個(gè)過程被稱做空化作用。超聲波清洗正是基于空化作用, 即在清洗液中無數(shù)氣泡快速形成并迅速內(nèi)爆。由此產(chǎn)生的沖擊將浸沒在清洗液中的工件內(nèi)外表面的污物剝落下來。隨著超聲頻率的提高, 氣泡數(shù)量增加而爆破沖擊力減弱, 因此, 高頻超聲特別適用于小顆粒污垢的清洗而不破環(huán)其工件表面。

從理論上分析, 爆裂的空化泡會(huì)產(chǎn)生超過68. 9MPa的壓力和11 000 的高溫, 并在其爆裂的瞬間沖擊波會(huì)迅速向外輻射。單個(gè)空化泡所釋放的能量很小, 但每秒鐘內(nèi)有幾百萬的空化泡同時(shí)爆裂, 累計(jì)起來的效果將是非常強(qiáng)烈的, 產(chǎn)生的強(qiáng)大的沖擊力將工件表面的污物剝落, 這就是所有超聲清洗的特點(diǎn)。如果超聲能量足夠大, 空化現(xiàn)象會(huì)在清洗液各處產(chǎn)生, 所以超聲波能夠有效清洗微小的裂縫和孔。空化作用也促進(jìn)了化學(xué)反應(yīng)并加速了表面膜的溶解。然而只有在某區(qū)域的液體壓力低于該氣泡內(nèi)氣體壓力時(shí)才會(huì)在該區(qū)域產(chǎn)生空化現(xiàn)象, 故由換能器產(chǎn)生的超聲波振幅足夠大時(shí)才能滿足這一條件。產(chǎn)生空化所需的最小功率被稱做空化臨界點(diǎn)。不同的液體存在不同的空化臨界點(diǎn), 故超聲波能量必須超過該臨界點(diǎn)才能達(dá)到清洗效果。也就是說, 只有能量超過臨界點(diǎn)才能產(chǎn)生空化泡, 以便進(jìn)行超聲清洗。氣泡是在液體中施加高頻(超聲頻率)、高強(qiáng)度的聲波而產(chǎn)生的。因此, 任何超聲清洗系統(tǒng)都必須具備三個(gè)基本元件: 盛放清洗液的槽、將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的換能器以及產(chǎn)生高頻電信號(hào)的超聲波發(fā)生器。

2  超聲波清洗的優(yōu)點(diǎn)

2. 1  高精度由于超聲波的能量能夠穿透細(xì)微的縫隙和小孔, 故可以應(yīng)用于任何形狀、任何復(fù)雜程度電路板的清洗。被清洗電路板如果比較復(fù)雜時(shí), 有一些普通方法難于清洗的縫隙和開孔。超聲清洗往往成為能滿足其特殊技術(shù)要求的唯一的清洗方式。

2. 2  快速高效

超聲清洗相對(duì)常規(guī)清洗方法在電路板除塵除垢方面要快得多。超聲清洗可節(jié)省勞動(dòng)力的優(yōu)點(diǎn)往往使其成為最經(jīng)濟(jì)的清洗方式。

2. 3   一致性好無論被清洗電路板是大是小, 簡單還是復(fù)雜, 單件還是批量或在自動(dòng)流水線上, 使用超聲清洗都可以獲得手工清洗無可比擬的均一的清潔度。

3  超聲波清洗的工藝參數(shù)超聲波清洗有幾個(gè)重要的工藝參數(shù): 頻率、功率、時(shí)間、清洗溶劑、電路板的放置方式、超聲波強(qiáng)度。錯(cuò)誤的超聲波清洗工藝也正是在這幾個(gè)問題上沒有真正掌握。

3. 1  頻率的重要性

當(dāng)工作頻率很低(在人的聽覺范圍內(nèi)) 就會(huì)產(chǎn)生噪音。當(dāng)頻率低于20 kH z時(shí), 工作噪音不僅變得很大, 而且可能超出職業(yè)安全與保健法或其他條例所規(guī)定的安全噪音的限度。在需要高功率去除污垢而不用考慮工件表面損傷的應(yīng)用中, 通常選擇從20kH z~ 30 kH z的較低清洗頻率。該頻率范圍內(nèi)的清洗頻率常常被用于清洗大型、重型零件或高密度材料的工件。高頻通常被用于清洗較小、較精密的零件, 或清除微小顆粒。高頻還被用于工件表面不允許損傷的應(yīng)用。使用高頻可從幾個(gè)方面改善清洗性能。隨著頻率的增加, 空化泡的數(shù)量呈線形增加, 從而產(chǎn)生更多更密集的沖擊波使其能進(jìn)入到更小的縫隙中。如果功率保持不變, 空化泡變小, 其釋放的能量相應(yīng)減少, 這樣有效地減小了對(duì)工件表面的損傷。高頻的另一個(gè)優(yōu)勢在于減小了黏滯邊界層(泊努里效應(yīng)) , 使得超聲波能夠'發(fā) 現(xiàn)'極 細(xì)小的微粒。這種情況近似于小溪中水位降低時(shí)可以看清溪底的小石子。電路板上由于有各種元器件甚至是比較嬌貴的器件, 而且電路板表面凹凸不平, 有許多細(xì)小的狹縫, 因此電路板的清洗當(dāng)然必須采用較高頻率。國外資料建議頻率在33 kH z~ 66 kH z。但現(xiàn)實(shí)中有人認(rèn)為, 頻率越高越容易對(duì)電路板造成損傷, 而低頻往往是安全的, 這是完全錯(cuò)誤的觀點(diǎn)。

4  超聲波清洗的注意事項(xiàng)

( 1)對(duì)于陶瓷封裝的集成電路以及其它一些中間有空腔的封裝形式, 可能發(fā)生的共振現(xiàn)象有可能使封裝內(nèi)部的金絲球焊的金線被拉斷。

( 2)在超聲清洗的功率太高、時(shí)間過長時(shí), 可能造成某些很脆零件的損壞。

( 3)不可預(yù)料的共振可能造成一些焊點(diǎn)斷裂失效。

( 4)可能有環(huán)保方面的問題, 如強(qiáng)烈的噪音、揮發(fā)性的溶劑。

( 5)超聲波清洗機(jī)要保證可靠地接地, 否則產(chǎn)生的靜電有可能對(duì)電路板上的元器件造成損傷。但至今似乎并無明顯證據(jù)表明, 超聲清洗不可用于電子裝聯(lián)工藝。

5  結(jié)束語

超聲波清洗工藝是一種價(jià)格低廉、安全、高效的清洗工藝, 由于很多廠家對(duì)超聲波清洗的原理不熟悉, 因此導(dǎo)致許多使用中的誤區(qū), 不僅不能把電路板清洗干凈, 相反可能對(duì)電路板造成損傷。只有對(duì)超聲波清洗的工藝參數(shù): 頻率、功率、時(shí)間、清洗溶劑、電路板的放置方式、超聲波強(qiáng)度仔細(xì)考慮, 才有可能獲的滿意的清洗效果。