超聲波清洗機(jī)發(fā)生裝置電路板的設(shè)計(jì)

1、 蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院20010-2011-2 醫(yī)療器械制造與維護(hù)專業(yè)學(xué)期項(xiàng)目項(xiàng)目報(bào)告選 題：超聲波清洗機(jī)的電路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名李成薛超周莎莉謝歡班 級(jí)：機(jī)電 09305指導(dǎo)教師：劉駿機(jī)電工程系制 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 前言 1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第一章超聲波清洗機(jī)的原理 2 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 超聲波清洗機(jī)的作用 2 HYPERLINK l bookmark8 o Current

2、Document 超聲波的能量作用 2 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 空穴破壞時(shí)釋放的能量作用 2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第二章超聲波清洗機(jī)發(fā)生裝置的設(shè)計(jì) 3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 超聲波清洗的主要設(shè)備 3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 超聲波清洗機(jī)發(fā)生裝置電路圖設(shè)計(jì) 3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 超聲波清洗

3、機(jī)發(fā)生裝置電路圖的分析 4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 超聲波清洗機(jī)的特點(diǎn) 4 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第三章 超聲波清洗器發(fā)生裝置電路板的制造過(guò)程 5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document PCB 板封裝圖 5 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 元件選擇 5電路焊接 6第四章超聲波清洗的優(yōu)勢(shì) 6清洗效果好 6清洗成本低 6 HYPERLINK l bookmark30 o Curre

4、nt Document 第五章影響超聲波清洗效果的因素 7 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 超聲波強(qiáng)度 7 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 超聲波頻率 7 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 清洗溶液的選擇 8 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 清洗的溫度 8 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 駐波的影響 8 HYPERLINK l bookma

5、rk42 o Current Document 第六章超聲波清洗機(jī)技術(shù)的新發(fā)展 9 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 高頻超聲清洗 9 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 聚焦式清洗 9 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 多頻清洗 9 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 掃頻和跳頻清洗 10 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 第七章 總 結(jié) 10 前言

6、隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，超聲技術(shù)已越來(lái)越多地應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域。從超聲測(cè)厚到超聲診斷、治療，超聲波焊接，它已為人們所熟悉。但超聲設(shè)備在清洗行業(yè)的應(yīng)用，人們還不夠熟悉和了解。超聲波清洗技術(shù)最早出現(xiàn)于20 世紀(jì) 30 年代早期，當(dāng)時(shí)， 位于美國(guó)新澤西州的美國(guó)無(wú)線電公司的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室中的技術(shù)人員嘗試用自制的簡(jiǎn)陋超聲波清洗系統(tǒng)清洗某些物體，但試驗(yàn)未獲成功。在此基礎(chǔ)上，超聲波清洗技術(shù)在20 世紀(jì) 50 年代有了很大的發(fā)展，當(dāng)時(shí)使用的超聲波工作頻率在2040KHZ 之間。該范圍內(nèi)的超聲波被應(yīng)用在數(shù)千種不同的工作場(chǎng)合之下，其中許多是別的清洗手段不能很好發(fā)揮作用的場(chǎng)合。超聲波可以對(duì)工件施加非常巨大

7、的能量， 尤其適用于清除牢固地附著在基地上的污垢。然而在某些情況下，超聲波強(qiáng)大的能量也會(huì)損傷粘有污垢而性質(zhì)脆弱的基底材料。在過(guò)去的十幾年中，超聲波領(lǐng)域中出現(xiàn)了一些技術(shù)革新， 提高了清除敏感基底上的污物的安全系數(shù)。在此期間，超聲波技術(shù)，特別是中高頻超聲波清洗機(jī)技術(shù)有了新的發(fā)展，并成為行業(yè)的亮點(diǎn)。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)用兆聲波（根據(jù)超聲波的頻率不同，把40kHZ 及其以下的稱為常規(guī)或低頻超聲波，把1000kHZ 以上的稱為高頻超聲波， 又稱兆頻超聲波，簡(jiǎn)稱兆聲波）清洗可以去除掉半導(dǎo)體材料表面上的超細(xì)污垢微粒，并且不會(huì)損傷基地材料的表面。目前這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)得到了很快的普及。第一章超聲波清洗機(jī)的原理超聲波清洗

8、機(jī)的作用超聲波作用包括超聲波本身具有的能量作用，空穴破壞時(shí)放出的能量作用以及超聲波對(duì)媒液的攪拌流動(dòng)作用等。超聲波的能量作用超聲波具有很高的能量，它在傳媒液體中傳播時(shí)，把能量傳遞給傳媒質(zhì)點(diǎn)，傳媒質(zhì)點(diǎn)再將能量傳遞到清洗對(duì)象物表面并造成污垢解離分散。聲波是一種縱波，即傳媒質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向一致。在縱波傳播過(guò)程中，傳媒質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)造成質(zhì)點(diǎn)分布不勻，出現(xiàn)疏密不同的區(qū)域，在質(zhì)點(diǎn)分布稀疏區(qū)域聲波形成負(fù)聲壓，在分布致密區(qū)域聲波形成正聲壓，并形成負(fù)聲壓、 正聲壓的交替連續(xù)變化，這種變化不僅使傳媒質(zhì)點(diǎn)獲得一定動(dòng)能而且獲得一定加速度。高頻超聲波的能量作用是異常巨大的。在具有能量的傳媒質(zhì)點(diǎn)與污垢粒子相互作用時(shí)，

9、把能量傳遞給污垢并造成它們的解離分散?？昭ㄆ茐臅r(shí)釋放的能量作用超聲波在媒液中傳播是直線運(yùn)動(dòng)方式。運(yùn)動(dòng)速度與媒液有關(guān)，在不同媒液中傳播速度不同， 超聲波的頻率比通常的聲波頻率高，所以波長(zhǎng)短，能量高。 在媒液中直線前進(jìn)的超聲波，到達(dá)與其它物質(zhì)的界面時(shí)，要發(fā)生透射和反射運(yùn)動(dòng)，發(fā)生透射與反射的程度是由構(gòu)成界面物質(zhì)的聲阻抗率決定的，聲阻抗率是傳聲媒質(zhì)某一給定表面的聲壓與質(zhì)點(diǎn)速度之比。各種傳聲媒質(zhì)都有固定的聲阻抗率。當(dāng)超聲波行進(jìn)到聲阻抗率相差很大的兩種媒質(zhì)的界面時(shí)，主要發(fā)生反射， 而在聲阻抗率相近的兩種媒質(zhì)的界面上主要發(fā)生透射。如當(dāng)超聲波行進(jìn)到水空氣界面時(shí)，由于空氣密度遠(yuǎn)小于水，因此聲阻抗率也相差較遠(yuǎn)，所

10、以此時(shí)聲波主要發(fā)生反射；同樣超聲波行進(jìn)到水鋼鐵界面時(shí)，由于兩種媒質(zhì)之間聲阻抗率相差很大，所以主要也發(fā)生反射。 而當(dāng)超聲波行進(jìn)到水塑料界面時(shí)，由于兩種媒質(zhì)之間聲阻抗率相近，所以超聲波主要發(fā)生透射。反射回來(lái)的超聲波與前進(jìn)中的超聲波合成后，當(dāng)每一點(diǎn)的位相差保持穩(wěn)定不變時(shí)，發(fā)生共振，而在某些固定位置上相互疊加而加強(qiáng)，媒液在這些位置上容易產(chǎn)生空穴。 2.3 超聲波清洗機(jī)發(fā)生裝置電路圖的分析 第二章超聲波清洗機(jī)發(fā)生裝置電路板的設(shè)計(jì)超聲波清洗的主要設(shè)備超聲波清洗設(shè)備主要由發(fā)生裝置、換能器和清洗槽三部分組成。發(fā)生裝置即電源，產(chǎn)生換能器即振板，是超聲清理的關(guān)鍵部分，它把發(fā)生裝置產(chǎn)生的電并傳入清洗槽中產(chǎn)生空化作用

11、，通常置于槽底部；清超聲波清洗機(jī)發(fā)生裝置電路圖設(shè)計(jì)圖 1 超聲波清洗機(jī)發(fā)生裝置電路圖由圖 1 可見(jiàn)，二極管D7， D8與二極管D9， D10是相互串聯(lián)在一起的，二極管的特點(diǎn)是單向?qū)?，這里之所以串聯(lián)在一起是因?yàn)榉乐箖?nèi)壓過(guò)高從而導(dǎo)致二極管擊穿。而二極管D1和 D3在電路中稱為續(xù)流二極管，兩個(gè)續(xù)流二極管并聯(lián)在線圈K1 和 K2的兩端， 線圈在通過(guò)電流時(shí)，會(huì)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)電流消失時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)對(duì)電路中的原件產(chǎn)生反向電壓。當(dāng)反向電壓高于原件的反向擊穿電壓時(shí)，會(huì)把元器件造成損壞。續(xù)流二極管并聯(lián)在線圈兩端，當(dāng)流過(guò)線圈中的電流消失時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過(guò)二極管和線圈構(gòu)成的回路做功而消耗掉

12、。叢而保護(hù)了電路中的其它原件的安全。電容C9與 C6在電路中起到了阻直流通交流的作用。電流通過(guò)這兩個(gè)電容再流到變壓器進(jìn)行變壓。光電耦合器IC1 和 IC2在電路中起到了阻斷信號(hào)源跟信號(hào)接收方的電氣連接的作用。電路圖下部分都是起到濾波的作用。型號(hào)KLB608 稱為橋堆，其實(shí)就是橋式整流器的組合。電解電容C1,C2， C3 和電容C4 都起到了濾波的作用，不同的是C1,C2， C3 是對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行濾波而C4 是對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行濾波。2.4 超聲波清洗機(jī)的特點(diǎn)面板設(shè)有輸出強(qiáng)度條形裝置，也有獨(dú)特的頻率和輸出強(qiáng)度交替數(shù)字顯示裝置可選配；設(shè)有強(qiáng)度可調(diào)的掃頻功能，以不斷改變清洗槽中的聲場(chǎng)分布，避免工件表面的

13、線狀空化蝕刻紋路的產(chǎn)生，也使工件表面的污物迅速脫落，提高清洗效果；設(shè)有功率調(diào)節(jié)功能，采用先進(jìn)的功率調(diào)節(jié)線路，實(shí)現(xiàn)超聲功率無(wú)級(jí)平滑調(diào)節(jié)，克服了通過(guò)調(diào)節(jié)頻率來(lái)間接的調(diào)節(jié)功率這種傳統(tǒng)方法所帶來(lái)的諸多弊??；具有防共震功能，克服了傳統(tǒng)發(fā)生裝置在工件表面易產(chǎn)生紋路而損壞工件，也避免了因因空化而擊穿槽體的缺點(diǎn)；具有排斥污垢功能，使污垢迅速脫離工件浮于表面，適合于溢流循環(huán)方式清洗。具有過(guò)熱保護(hù)功能，能夠很好的保護(hù)發(fā)生裝置不被損壞。第三章 超聲波清洗器發(fā)生裝置電路板的制造過(guò)程PCB 板封裝圖圖 2 超聲波清洗機(jī)發(fā)生裝置電路PCB板封裝圖元件選擇為了制作超聲波清洗機(jī)發(fā)生裝置的電板，我們的第一步必須要找到所有的元器

14、件，在這最終使之完成，下面來(lái)介紹一下我們所用到的需要元件：變壓器（3 個(gè)）；二極管：型號(hào)1N915（5 個(gè)）型號(hào)1N4003（ 1 個(gè)）和2 個(gè)發(fā)5個(gè) 1uF，2 個(gè) 1000uF，1 個(gè) 470uF，1 個(gè)0.01F ； 2 個(gè) NPN三極管；2 個(gè)繼2 個(gè)光電耦合器；2 個(gè)電感；電阻：4個(gè) 10K歐姆， 4 個(gè) 0.33K 歐姆， 2 個(gè) 68K歐姆，2 個(gè) 3.3K 歐姆。 3.3 電路焊接注意事項(xiàng)：送錫： 在送錫的過(guò)程中，我們要了解不能將錫送成一條直線，而是一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)，這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于，一方面不易使錫將插點(diǎn)給封閉住，另一方面，也可以減少錫的浪費(fèi)。第四章超聲波清洗的優(yōu)勢(shì)清洗效果好運(yùn)用于

15、工業(yè)清洗的清洗方式一般為人工清洗,有機(jī)溶劑清洗，蒸汽氣相清洗，高壓水射流和超聲波清洗機(jī)。超聲波清洗被國(guó)際公認(rèn)為是當(dāng)前效率最高，效果最好的清洗方式，其清洗率達(dá)到了98%以上，清洗清潔度也到達(dá)了最高級(jí)別。而傳統(tǒng)的人工清洗和有機(jī)溶劑清洗的清洗效率僅僅為60%70% ，即使是氣相清洗和高壓水射流清洗的清洗效率也低于90%。不論工件形狀多復(fù)雜，將其放入清洗液內(nèi)，只要是能接觸到液體的地方，超聲波的清洗作用都能達(dá)到。尤其是對(duì)于形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人工及其它清洗方式不能完全有效的進(jìn)行清洗的工件，具有顯著的效果。清洗時(shí)液體內(nèi)產(chǎn)生的氣泡非常均勻，工件的清洗效果也非常理想。超聲波清洗機(jī)可根據(jù)溶劑的不同達(dá)到不同的效果，如

16、： 除油， 除繡或磷化。配合清洗劑的使用，加速污染物的分離和溶解，可有效防止清洗液對(duì)工件的腐蝕。清洗成本低在所有清洗方式中，清洗成本大體為：設(shè)備成本和消耗成本。超聲波清洗設(shè)備使用壽命約為十年，設(shè)備購(gòu)置成本高于人工清洗和有機(jī)堿性溶劑刷洗，低于氣相清洗和高壓水射流清洗，對(duì)于消耗成本，以有效尺寸為600 400 350 立方毫米，功率為kW，價(jià)格約為1 萬(wàn)元的超聲波清洗機(jī)為例，耗電1kW h 約為 0.5 元；堿性金屬清洗劑1kg,價(jià)格約為20 元，可反復(fù)使用20 50h（根據(jù)污染程度而定），相當(dāng)于0.4 1 元h，而一般工件清洗時(shí)間僅315min 即可，且一次清洗可對(duì)一定數(shù)量及體積的工件同時(shí)清洗，

17、因此對(duì)于消耗成本而言，采用超聲波清洗，不僅清洗效果最好，而且清洗成本相當(dāng)于不要?jiǎng)趧?dòng)力成本，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他各類清洗方法。0.04 元件，還不算節(jié)省的避免勞動(dòng)損傷以往在骯臟的環(huán)境中通過(guò)繁重的體力勞動(dòng)，需要長(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行手工清洗的復(fù)雜機(jī)械零件，應(yīng)用了超聲波清洗機(jī)以后，不僅改善了勞動(dòng)環(huán)境，杜絕了手工清洗對(duì)工件產(chǎn)生的傷害，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且在大幅提高清洗精度的基礎(chǔ)上，清洗時(shí)間縮短為原來(lái)的四分之一。超聲波清洗還可有效地降低污染，減少有毒溶劑對(duì)人類的損害。第五章影響超聲波清洗效果的因素超聲波強(qiáng)度即單位面積的超聲功率。超聲清洗的效果好壞取決于空化作用，但空化作用的產(chǎn)生與超聲波強(qiáng)度有關(guān)，在通常情況下，在單位面積超

18、過(guò)0.3W 超聲功率時(shí)(輸入電功率為1W) 。超聲波強(qiáng)度越大，空化作用越明顯，清洗作用越好。另外，根據(jù)不同的清洗對(duì)象，選擇適當(dāng)?shù)某暡◤?qiáng)度，如清洗電路板時(shí)超聲強(qiáng)度可低些，清洗機(jī)械零件時(shí)超聲波強(qiáng)度可高些。超聲波頻率空化作用還與超聲波頻率有關(guān)，空化的產(chǎn)生存在著一個(gè)最小的臨界幅度，即空化是隨著頻率的升高而降低的。目前超聲波清洗機(jī)的工作頻率根據(jù)清洗對(duì)象，大致分為三個(gè)頻段：低頻超聲清洗(2050kHz)高頻超聲清洗(50200kHz)和兆赫超聲清洗(7001000kHz) 。低頻超聲清洗適用于大部分表面或者污物和清洗表面結(jié)合強(qiáng)度的場(chǎng)合；高頻超聲波清洗適用于計(jì)算機(jī)微電子原件的精細(xì)清洗。如磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器讀寫(xiě)頭液

19、晶玻璃及平面顯示器微組件和拋光金屬件等的清洗：兆赫超聲清洗適用于集成電路芯片硅片及薄膜等清洗。清洗溶液的選擇清洗濟(jì)的選擇要從兩個(gè)方面考慮，一方面要從污物的性質(zhì)來(lái)選擇化學(xué)作用效果好的清洗機(jī)： 另一方面要選擇表面張力蒸汽壓及粘度合適的清洗劑。因?yàn)檫@些特性與超聲空化強(qiáng)弱有關(guān)。 液體的表面張力大則不容易產(chǎn)生空化，但是當(dāng)聲強(qiáng)超過(guò)空化閾值時(shí)，空化泡崩潰釋放的能量也大，有利于清洗。高蒸汽壓的液體會(huì)降低空化強(qiáng)度，而液體的粘滯度大也不容易產(chǎn)生空化，因此蒸汽壓高和黏度大的清洗劑都不利于超聲清洗。清洗的溫度清洗溫度升高時(shí)，對(duì)空化的產(chǎn)生有利，但是溫度過(guò)高氣泡中的蒸汽壓增大，空化強(qiáng)度會(huì)降低， 所以溫度的選擇要考慮對(duì)空化

20、強(qiáng)度的影響也要考慮清洗液的化學(xué)清洗作用。每一種液體都有一空化活躍的溫度，水較適宜的溫度是60 度左右，此時(shí)空化最活躍。駐波的影響清洗槽是有限空間，超聲波由聲源向液面?zhèn)鞑r(shí)，在液體的氣體的交界面會(huì)反射回來(lái)而形成駐波。駐波的特征是在液體空間的某些地方聲壓最小，而在另外一些地方聲壓最大，這樣會(huì)造成清洗不均勻的現(xiàn)象。要減少駐波的影響有時(shí)清洗槽特意做成不規(guī)則的形狀以避免駐波的形成。有時(shí)在超聲電源方面采取掃頻的方式，使聲壓最小處不固定在一個(gè)地方，而是不斷地移動(dòng)以達(dá)到較均勻的清洗。第六章超聲波清洗機(jī)技術(shù)的新發(fā)展經(jīng)過(guò)幾十年來(lái)的理論探討和應(yīng)用研究，無(wú)論在設(shè)備還是在工藝上均取得了較大的發(fā)展，有關(guān)單位相繼研發(fā)了一大

21、批新的產(chǎn)品，也制訂出了一些先進(jìn)典型的清洗工藝。高頻超聲清洗對(duì)于像硅片表面小至零點(diǎn)幾微米的超微污物粒子，常規(guī)的超聲波清洗機(jī)器無(wú)能為力，即使增加功率密度也無(wú)濟(jì)于事。近來(lái)發(fā)展了一種兆赫茲級(jí)的高頻超聲清洗技術(shù)，由于頻率高，空化效應(yīng)已不起作用，因此清洗的關(guān)鍵不是氣泡，是高頻壓力波的擦洗作用，其對(duì)污物的去除率接近百分百。高頻清洗近來(lái)發(fā)展較快，主要用于超大規(guī)模集成電路芯片上的污物清洗，以及硅晶片、陶瓷、光掩模等特種污物的清洗。聚焦式清洗對(duì)于像紡織行業(yè)的噴絲板、過(guò)濾器之類微孔物件的清洗，常規(guī)的超聲清洗效果十分不理想， 聲強(qiáng)達(dá)不到要求，而采用機(jī)械掃描聚焦式超聲清洗，噴絲板微孔中的污物脫離則十分明顯。聚焦式清洗要求達(dá)到高的聲強(qiáng)，目前選用的頻率以低頻