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气相清洗机系统设计



作者:亚洲游戏    发布时间:2020-11-06 13:13


  气相清洗机系统设计_数学_自然科学_专业资料。气相清洗机系统设计 冯欣宇 1,2,胡钱旺 1,俞 杰 1 【摘 要】摘要:气相清洗技术应用于军用厚膜电路组装、裸芯片基板微组装等 工艺流程,既可以清除污垢,提高印刷电路板各组件的可靠性和寿命,又可以

  气相清洗机系统设计 冯欣宇 1,2,胡钱旺 1,俞 杰 1 【摘 要】摘要:气相清洗技术应用于军用厚膜电路组装、裸芯片基板微组装等 工艺流程,既可以清除污垢,提高印刷电路板各组件的可靠性和寿命,又可以 暴露热损伤等缺陷,提高产品质量检验的准确性。设计了气相清洗机系统,并 对其工作原理、组成、热力学计算、电气控制等方面进行了详细的说明。 【期刊名称】机械工程与自动化 【年(卷),期】2019(000)005 【总页数】2 【关键词】气相清洗机;热力学计算;工作原理 0 引言 随着军用厚膜电路及精密裸芯片基板微组装技术的不断发展,对于电路板(PCB) 焊接和清洗的要求也越来越高。助焊剂是在焊接时用于促进电子元器件同印制 电路板连接盘可焊性的活性物质药剂[1]。常用的助焊剂有松香型助焊剂、合成 活性助焊剂、水溶性助焊剂和免清洗助焊剂。 PCB 组装制造过程中不可避免地会沾染工艺环境中的纤维、灰尘、非金属及其 氧化物碎屑等污垢。助焊剂残留物、元器件表面氧化物、波峰焊防氧化油等也 都会造成 PCB 污染。即使使用不含卤素的免清洗助焊剂,仍不可避免地存在少 量残留物。PCB 上的各种污染物混合在一起,在一定条件下会导致电路短路、 电路信号变化、电路腐蚀断裂、PCB 表面绝缘电阻降低等危害。对 PCB 组装后 的清洗可以保证产品良好的电气性能、提高产品寿命,是 PCB 组装工艺中非常 重要的一项内容。 常用的 PCB 清洗方法有水基清洗、半水基清洗、超声波清洗和溶剂气相清洗。 军用设备如雷达、飞机、仪表、通信等所使用的 PCB 属于高可靠性电子产品, 必须进行清洗,清洁度需达到一级,残留离子污染≤1.5 μgNaCl/cm2。气相清 洗无机械力作用、无振动,对元器件无损伤,非常适合雷达 TR 组件微组装工 艺[2]。同时,气相清洗还具有以下的优势[3]:①低毒,使用安全;②化学稳定 性好,不易与被清洗物发生反应;③表面张力小,渗透力强;④没有闪点,不 易燃;⑤可循环回收利用。 基于以上多种优点,气相清洗机现广泛应用于高清洁度要求的军用 PCB 组装工 艺。因此,本文设计了气相清洗机系统,重点介绍其工作原理、组成、热力学 计算及控制器设计。 1 气相清洗机工作原理 气相清洗机是以沸腾的溶剂清洗组装完成的电路板,达到工件高清洁度的要求, 并回收蒸发成气态的溶剂,冷凝后完成循环利用和减小对环境污染的要求,其 工艺流程如图 1 所示。 将待清洗的工件放入到蒸发箱体中,溶剂蒸汽接触到较冷的工件时会在工件表 面冷凝,溶解工件表面的油脂污垢。被溶解的污垢回流到加热池中的沸腾溶剂 中,溶剂蒸汽由冷却盘管冷凝,经油水分离器分离其中的水分并过滤杂质,流 入储液箱待用。如此循环,完成对工件的清洗操作。 2 气相清洗机组成 气相清洗机主要由蒸发箱体(其中含有两组冷却盘管)、加热箱体、油水分离系 统、储液箱体、喷淋系统、R404A 制冷系统组成,如图 2 所示。清洗溶剂首先 在加热箱体中加热,直至沸腾,达到一定温度后将工件放入清洗。加热箱的底 部装有加热器用于加热溶剂。 溶剂蒸汽在蒸发箱体中冷凝为液体。下部冷却盘管为主冷却盘管,制冷剂为 R404A,其蒸发温度为 15 ℃;上部冷却盘管为辅冷却盘管,用来冷却剩余的 溶剂,制冷剂为 R404A,蒸发温度为 5 ℃。在冷却过程中,空气中的水蒸气也 一同被冷却,并与被冷却的溶剂一同流入上部集液槽中,再流入油水分离器中。 在油水分离器中,分离出来的纯清洗溶剂由管道流入储液箱体中。储液箱体的 溶剂一部分通过喷雾泵加压,用于喷淋工件表面并流回加热箱中,另一部分则 通过储液箱上部的溢流口流入加热副箱中。 R404A 制冷循环系统主要包括压缩机、冷凝器、气液分离器、干燥过滤器、视 镜、电磁阀、回热器、膨胀阀、冷却盘管、旁通阀、压力传感器、温度传感器 等。系统的蒸发温度为 5 ℃,压缩机功率为 2 500 W。制冷剂 R404A 流经上 部冷却盘管,由盘管上部流入,下部流出。 3 热力学计算 加热功率 Q 由下式计算: Q=Q1+Q2. 其 中 :Q1 为 溶 剂 汽 化 潜 热 , Q1=(Hg-Hi)·Qm , Hg 为 气 态 CFC-113 焓 值,Hg=389.34 kJ/kg,Hi 为液态 CFC-113 溶剂焓值,Hi=242.15 kJ/kg,Qm 为质量流量,Qm=8.086×10-3 kg/s;Q2 为容器漏热,Q2=hAΔT,h 为箱体 外 表 面 传 热 系 数 ,h=16 W/(m2·K) , A 为 箱 体 外 表 面 面 积 ,A=0.2 m2 , ΔT=60 ℃。 经计算得出 Q1=1 190 W、Q2=195 W、Q=1 385 W。考虑到设计裕量,加 热器功率取为 1 800 W。 主制冷循环系统主要包括压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、视镜、节流 毛细管、冷却盘管、旁通阀。其制冷功率 Q0 设计为 2 000 W。表 1 给出了主 制冷循环系统的热物性参数(R404A)。 根据表 1 数据可计算出如下性能指标: 单位质量制冷量:q0=h1′-h5′=94.65 kJ/kg; 单位容积制冷量:qV=q0/υ1′=4 513.6 kJ/m3; 单位绝热功率:w0=h2′-h1′=29.08 kJ/kg; 制冷剂质量流量:qm=Q0/q0=2.11×10-2 kg/s; 压缩机消耗的理论功率:P0=qm×w0=614 W; 制冷系数:ε=q0/w0=3.26; 冷凝器的单位热负荷:qk=h2′-h5′=123.73 kJ/kg; 冷凝器的热负荷:Qk=qm×qk=2 611 W; 压缩机实际吸入过热蒸气量:υ1=qm×υ1′=4.42×10-4 m3/s。 4 气相清洗机控制器设计 为提高整机的自动化程度及使用安全,配置了基于 PLC 的本地控制器[4],其控 制框图如图 3 所示。控制器可采集各工艺点的温度及溶剂的液位,使用 PID 算 法精确控制加热温度,溶剂的液位

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