• 产生功率超声的方法主要有两种:一种是利用电
声换能器；另一种是利用流体作动力产生超声。 • 1．电声型功率超声换能器 • 电声型功率超声换能器有两大类:一类是磁致伸 缩换能器，其工作原理是利用磁致伸缩的正效应。 此类换能器的机械强度高，稳定性好，但电声效 率较低，一般约为20-30%；另一类是压电式换 能器，其工作原理是利用电致伸缩效应。此类换 能器的最大特点是电声效率高，一般可以达到 70-80% 。
2 清洗剂的选用
• 3）表面张力和润湿性： 清洗剂的表面张力越
2 清洗剂的选用
小，在被清洗物表面的润湿能力越好，对污染 物的润湿、铺展和包容能力越强。一般在20℃ 时，溶剂的表面张力在15.2～32.3达因/厘米范 围内的润湿性较好。 • 4）密度与沸点：密度大一些的溶剂不易挥发， 可降低清洗成本和减轻对环境的二次污染。沸 点高的溶剂，安全性好，且需通过加热使清洗 液，PCA升温，可提高清洗效果。 • 5）浸蚀度：溶剂的选用应考虑与设备和元器件 的兼容性，不能应浸蚀过度而对设备和清洗对 象造成任何损坏，包括各种印刷标识。 • 6） 残留物：清洗溶剂在最终清洗后不应留下 有害的溶剂残留物。
e
x
因振速v=j，同样可得出类似上式 的各个方程。
• 纵向复合式振子， 通常在压电陶瓷元 件部分存在节面， 所以可把其看作由 四部分组成，如图4。 各部分的坐标、边 界条件、尺寸标注 等用角标n区别表示， 则振子各部分振速 方程为
vn 2 k n vn 0 2 xn
2
纵向复合式换能器
• 2)因为中间的激活部分是由一组电极接在
两端面的轴向极化圆环上，从而能运用最 大的有效耦合系数K33。 • 3)圆环的数目及连接方式都有选择余地， 从而能在较宽的阻抗及频率范围内设计换 能器。 • 4)改变首、尾金属盖板的材料、尺寸，能 够控制换能器的带宽、前后振速比和有效 机电耦合系数等性能参数。
1.1 残留物类型—非极性或非离子 污染物
• 特征：不溶于水，溶于特定的溶剂。如碳氢化
合物、氯碳化合物、不同的氟碳化合物、乙醇 和其它的有机溶剂。 • 种类：最常见的非极性多余物包括松香焊剂、 松香中的金属盐和金属氧化物，也包括残胶、 化妆品等； • 来源：助焊剂中的残留物、焊膏中助剂、加工 过程中使用的胶带等 • 危害：影响敷形涂覆效果和粘接强度，影响测 试及接插件的可靠性。 • 清洗方法：水清洗或半水清洗
超声清洗作用机理
• 一般情况下，频率在10KHz左右空化较强，
但空化噪声大，因此从清洗效果及经济性 考虑，频率一般选择要在20-40KHz范围， 而声强为1-2W/ C 。 • 清洗液的温度增高时，空化核增多对产生 空化有利，但温度过高时，气泡中的蒸气 压增大对空化不利，此外温度还与清洗的 溶解度有关。对水，较适宜的温度约60C。 此外，在选择清洗液时一般选用表面张力 较大而蒸气压及粘性较低的液体。
航天电子产品装调 联技术
北华航天工业学院 电子工程系 曹白杨
电子产品清洗技术
• 1 .功率超声及超声清机理 • 2 .残留物的类型及危害 • 3 .清洗剂的选用 • 4 .清洗设备类型 • 5 . 清洗工艺参数 • 6 .清洁度检查
功率超声
• 功率超声是利用超声振动形式的能量使物质的一
些物理、化学和生物特性或状态发生改变，或者 使这种改变过程加快的一门技术。与检测超声不 同，功率超声是利用超声能量来对物质进行处理 和加工。 • 强超声在媒质中传播时，会产生一系列效应，如 力学效应、热学效应、化学效应和生物效应等。 • 在力学效应中有搅拌、分散、除气、成雾、冲击 破碎和疲劳损坏作用；在热学效应中有声能被吸 收而引起的整体加热、边界处的局部加热；在化 学效应中可以促进氧化和还原，促进高分子物质 的聚合或解聚作用等等。
1.2 污染物对电子产品的危害
• 污染物造成导体腐蚀,最终导致电路短路； • 因焊料球或摩擦带来的金属粉末等污染物
桥联焊接区、焊片或引线时,造成电路短路; • 温度和湿度作用下，由于固体聚合物分解 而造成漏电流、介电常数、损耗系数的改 变等不良现象； • 由于表面污染，产品表面与胶粘剂或敷形 涂层的结合力降低，甚至无法涂敷。
纵向复合式换能器的设计计算
• 纵向复合式换能器的主要性能参数有：振
子的谐振频率、振子振速、应力分布、振 子前后振速之比、有效机电耦合系数以及 谐振阻抗等，其中谐振阻抗一般通过测量 获得。此外还有机械品质因数或半功率点 带宽、电声效率等。在设计时主要确定振 子的谐振频率、振子振速、应力分布、振 子前后振速之比、有效机电耦合系数等。
超声清洗作用机理
• 超声清洗是功率超声应用的一种，其作用机理是
超声空化作用。存在于液体中的微气泡(空化核) 在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，气 泡迅速增长，然后突然闭合，在气泡闭合时产生 激波，在其周围产生上千个大气压的压力，破坏 不溶性污物而使它们分散于溶液中，气体的空化 对污层的直接反复冲击，一方面破坏污物与被清 洗件表面的吸附，另一方面也会引起污物层的疲 劳破坏而脱离，气体气泡的振动能对固体表面进 行擦洗，污层一旦有缝可钻，气泡还能“钻入” 裂缝作振动，使污层脱落。
功率超声系统类型及特点
• 2．流体动力式超声发生器 • 流体动力式超声发生器是以流体为动力源，利
用高速液体或高速气体产生超声的发生器。流 体动力式超声发生器可分为三类:(1)气流式:如 气流式共振腔哨，气流式旋笛等；(2)液流式:如 簧片哨；(3)气液式：既可以用高速气体，也可 以用高速液体作动力源产生超声波，如圆板哨， 旋涡哨等。 • 流体动力式超声发生器的特点是结构简单、 造价低、处理量大、操作方便、经久耐用，适 合于工业上的应用。
• 超声清洗的特点是速度快、质量高，易于
实现自动化，特别适用于清洗件表面形状 复杂的细致清洗。某些场合可以用水剂代 替油或有机溶液进行清洗，对于需要用酸 或碱清洗的某些零部件，用超声清洗可以 降低酸碱的浓度，因而能降低成本和改善 劳动条件。应用超声清洗时，要达到良好 的清洗效果必须选择适当的声学参数和清 洗液的物理化学性质。 • 例如并不是声强越高清洗效果越好。声强 过高会产生大量气泡，在声源表面形成一 道屏障，声不易辐射到整个液体空间，因 而在远离声源地方清洗作用减弱。 • 又如频率越高，空化阈越大，也就是说要 产生超声空化需要大的声强。
超声清洗作用机理
• 由于超声空化作用，两种物体在界面迅速
分散而乳化。当固体粒子被油污裹着而粘 附在被清洗件表面时，油被乳化，固体粒 子即脱离，超声空化在固体和液体界面所 产生的高速微冲流能够去除或削弱边界污 层，增加搅拌作用，加速可溶性污物的溶 解，强化化学清洗剂的清洗作用。超声清 洗的原理图如图1。
由此解出式(4)的通解
• 由式(5)和式(6)以及边界条件，计算待定系数A1、
B1、A2、B2、……得到////频率方程
• 几点说明 • 1)计算的参数是换能器制造工艺的重要参
考值。在实际工作条件下进行的测量，对于 整个设备性能起决定性作用。一般可用电桥 法确定其谐振频率，测量其工作带宽等。 • 2)此外，如果用聚能器，可使振子效率大 大提高。
• 特征：一般不溶于水，可通过外观检查。 • 种类：锡渣、灰尘、金属和塑料碎屑、树脂或
1.1 残留物类型—微颗粒污染物
玻璃纤维、毛发； • 来源：焊接后飞溅的锡渣未及时清理、生产环 境、PCB制造过程等。 • 危害：金属微颗粒危害很大，容易使产品短路， 使产品受损； • 非金属微颗粒影响较小，容易使敷形涂层出现 “粉点”。 • 清洗方法：物理过程，采用喷淋、刷、超声波 等机械方法
x
1）振动方程、振速分布及应力分布
• 如果作简 c 2 [ A( x) A( x) A( x)dx 2 2
2 2
谐振动， x x x t 则 jt • 则式（2） 可简化为 2 • 如其是均 [ln A( x)] k 2 0 匀等截面 x 2 x x 积，即 A(x)=常数， 2 2 则有 k 0 2
功率超声
• 而这些效应起因在于： • (1)线性的交变振动作用。超声在媒质中传播
时使质点作交变振动，引起媒质中应力或声压 周期性变化，从而引起一系列的次级效应。 • (2)大振幅声波在媒质中传播时会形成锯齿形 波面的周期性激波，在波面处造成很大压强梯 度，因而能产生局部高温高压等一系列效应。 • (3)振动的非线性会引起一些直流定向力，其 最主要的是辐射力。 • (4)空化作用：在液体中进行超声处理时，大 多数与空化作用有关。
1.3 清洗的目的和作用
• 1） 极性相似： • 一般来说极性污染物容易溶解在极性溶剂中，
非极性的污染物容易溶解在非极性溶剂中。大多 数松香残留物属于非极性聚合物和极性聚合物的 混合物。通常采用混合清洗液，并配合成恒沸溶 剂，即由两种或两种以上的溶剂混合，但表现出 单一的溶剂性质，只有一个沸点，不能用蒸馏方 法加以分离，保留了溶液的稳定性，如 由CFC113与乙醇或甲醇组成的清洗液。CFC-113因环 境保护而禁止使用。 • 2）溶解度参数 • 当一种聚合物的溶解度参数与某一种溶剂的 溶解度参数相等或其差不超过±1.5时，该物质 可溶解在这种溶剂中。
纵向复合式换能器
• （ 1 ）纵向复合式换能器的结构特点 • 纵向复合式压电换能器的结构如图2所示。首、
尾是两块金属盖板；中间是压电陶瓷元件堆，一 般是纵向极化的带孔圆片或圆管，也可以是径向 极化的圆管；一根应力螺杆将这三部分紧紧压牢。 其结构特点是： • 1)陶瓷元件具有大的抗压强度，中心螺杆给予预 应力，一方面能在环境强度发生变化时增强换能 器的稳定性；另一方面确保元件在大功率驱动条 件下处于压缩状态，从而避免陶瓷膨胀而造成的 破裂，因陶瓷材料允许的张应力较小。
• 电装前的清洗：主要去除PCB加工过程残
留的电镀盐、元器件表面的氧化物、手对 PCB和元器件的污染； • 电装后的清洗：主要是去除焊膏、助焊剂 等焊接过程的残留物； • 敷形涂覆前的清洗：主要是将电装后，调 试、环试贮存的过程产生多污染物去除， 如灰尘、手印、胶带残留等，保证敷形涂 覆与印制板有良好的粘合。