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）

0 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。

图1 清洗剂工作原理

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。

图2 NBQ-TM120型全自动清洗机

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。

表1 清洗剂SA-100技术参数

3 清洗生产流程

自动清洗机生产流程如图3所示。

图3 自动清洗机生产流程

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。

表2 自动清洗机工艺参数

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 μS/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。

图4 自动清洗机料筐夹板改进

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。

表3 三因素与离子浓度关系试验

由表3 可见，表面离子浓度最低（0.560 5 μg/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Kˉ1、Kˉ2、Kˉ3，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。