CN102744225A - 水溶胶清洗方法及其专用清洗设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水溶胶清洗方法及其专用清洗设备。该水溶胶清洗方法，包括以下步骤：（1）建立一清洗腔室，将待清洗的元件散放于清洗工位处；（2）将净水注入清洗腔室，直至使待清洗的元件完全浸泡于液体环境中；（3）对液体环境加热，水温恒定维持10-30分钟，然后排出位于清洗工位上方的液体；利用清洗腔室内剩余的液体对元件进行循环喷淋3-10分钟；（4）循环喷淋结束后，排空清洗腔室内的液体；然后采用净水对待清洗的元件持续喷淋3-10分钟；（5）采用40-60℃的热风对元件进行吹风干燥，从而最终完成水溶胶的洗脱、干燥。本发明在满足元器件的温度、表面保护、静电防护等要求的同时，显著提高了清洗质量和清洗效率。

Description

水溶胶清洗方法及其专用清洗设备

技术领域

本发明涉及一种水溶胶清洗方法及其专用清洗设备。

背景技术

水溶胶是一种基于水基的大分子结构胶体，在试验台、机械加工等领域有广泛的使用。水溶胶清洗就是利用水溶胶易溶于水的特性，创造出更加有利的溶解环境，同时要求不得有损于元件表面及内在质量特性及要求的清洗过程。比如，带腔体元件的粒子冲击噪声检测——PIND试验，是一种常见的元件可靠性试验内容，该项试验多处于元件筛选工作的上游工序。PIND试验要求将受测件用水溶性粘结材料临时固定在专用振动台上，再按照规范要求设定各项检验参数，最终完成试验。目前，常用的清除方法可总结为：利用富含水的海绵渗析；浸泡于清水中，或搅拌加速溶解；酒精棉擦拭。实践表明这些清洗方法效果都不甚理想。过多的水溶胶残留为后续测试带来吸水性沾污，危害甚大。

具体来说，存在以下问题：

1）清洗不彻底

理论上涂覆于元件表面的水溶胶只要浸泡于水中，就可快速清除。但是溶解环境并非理想环境，受制于水/胶比（作为溶剂的水与作为溶质的水溶胶二者的比例）、温度、元件之间的黏附程度，都会极大地影响水溶胶的溶解效率。实践表明，水溶胶残留可非常显性地表现在：后续工位各型元件夹具的沾污、锈蚀速度明显加快，其可靠工作寿命显著低于设计指标。单就夹具提早报废一项，每年维修费用不菲。

2）清洗效率低下

采用渗析、浸泡、擦拭等清洗方法，都存在清洗效率过低的问题。测算表明，一个标准的PIND试验工位，每天用于清洗的工耗多在3小时以上。按照8小时用工计算，1小时准备，1小时试验记录填写，3小时完成试验，3小时用于清洗。低下的清洗效率无形中抬高了用工成本，对于批量化的试验过程影响尤甚。

3）因清洗不当带来的问题

为提高清洗效率，试验室多采取用水浸泡，毛刷搅拌加速溶解的方法。清洗效率确有提高，但又造成元件表面划伤的问题。尤其是大面积金属包盖镀金元件，因管脚碰撞带来镀层划痕，影响了最终产品的性能和外观。

发明内容

本发明提供了一种水溶胶清洗方法，以解决现有技术存在的清洗不彻底、清洗效率低下、容易造成产品损伤等问题。

为实现以上发明目的，本发明的基本技术方案如下：

水溶胶清洗方法，包括以下步骤：

（1）建立一清洗腔室，该清洗腔室中设置有清洗工位；将待清洗的元件散放于清洗工位处；

（2）将净水注入清洗腔室，直至使待清洗的元件完全浸泡于液体环境中；

（3）对所述液体环境加热至预先设定的清洗温度，该清洗温度根据水溶胶固有的温度-溶解度曲线设定；水温恒定维持10-30分钟，然后排出位于清洗工位上方的液体，利用清洗腔室内剩余的液体对元件进行循环喷淋3-10分钟；

（4）循环喷淋结束后，排空清洗腔室内的液体；然后采用净水对待清洗的元件持续喷淋3-10分钟；

（5）然后，采用40-60℃的热风对元件进行吹风10~15分钟，从而最终完成水溶胶的洗脱、干燥。

上述步骤（3）中所述的清洗温度的最佳设定值为40℃，对于常见的各种水溶胶均具有较好的效果。

本发明还设计了一种基于上述方法的实用型水溶胶专用清洗设备，能够保证清洗质量，提高清洗效率，将研究结果转化为方便易行的日常性工作。

该水溶胶专用清洗设备，包括清洗机机体、喷淋装置、供水装置、排水装置、干燥装置和控制装置，其中，供水装置提供净水，干燥装置提供干燥热风；在清洗机的清洗腔室中设置有用以散放待清洗元件的清洗工位，干燥装置的热风出口指向该清洗工位；清洗工位的上方设置所述喷淋装置，清洗工位的下方设置有温度传感器和潜水加热棒，清洗腔室的底部设置有循环水泵；所述喷淋装置、供水装置、排水装置、加热棒、循环水泵和干燥装置均受控于控制装置；所述供水装置和循环水泵的出水口均接至喷淋装置的入水口。

基于以上基本技术方案，可以进一步优化限定以下技术特征：

上述清洗腔室的侧壁上设置有水量高位限位单元和水量低位限位单元，分别位于清洗工位的上方和下方；水量高位限位单元和水量低位限位单元的信号输出端均接入控制装置。

上述清洗工位采用笼屉结构用以盛放待清洗的元件。这样，若待清洗的元件较多时，还可以分层散放。

上述干燥装置具有热风管道，该热风管道通入清洗腔室内清洗工位下方，所述热风出口开口朝上。这样，干燥的热风自下而上吹干元件，同时利于蒸汽散发。

上述喷淋装置可以是两个独立的喷淋管路，一路对应供水装置，另一路对应循环水泵；也可以采用一个喷淋管路，供水装置和循环水泵的出水口共同接入该喷淋管路，在喷淋管路的出水口近端设置二分球阀用以切换喷淋水源。

上述供水装置和排水装置均包括电磁阀和相应的水路管道。

本发明还给出一种应用上述的水溶胶专用清洗设备对元件进行自动清洗的方法，包括以下步骤：

（1）控制装置启动供水装置，使供水装置的电磁阀打开，导入净水；待水位到达水量高位限位单元时，供水装置的电磁阀关闭，供水装置停止运行；

（2）控制装置启动潜水加热棒，随着水温的升高，到达预先设定的清洗温度，潜水加热棒转为间歇工作模式，以维持水温恒定；

（3）控制装置进行15min倒计时，开始元件浸泡；

（4）浸泡结束后，控制装置第一次开启排水装置，打开排水装置的电磁阀排水；待水位下降至水量低位限位单元，关闭排水装置的电磁阀，排水装置关闭；

（5）控制装置启动循环水泵，吸入清洗腔室底部的积水，经过循环水泵的管路至喷淋装置喷出；开始5min倒计时循环喷淋清洗；计时结束后，关闭循环水泵，循环喷淋结束；

（6）控制装置停止潜水加热棒的工作；

（7）控制装置第二次开启排水装置，打开排水装置的电磁阀排空所有积水，并保持排水装置继续处于排水状态；

（8）控制装置启动供水装置，开始5min倒计时单向喷淋过程，净水通过喷淋器对元件单向喷淋；计时结束后，关闭供水装置，保持排水装置开启状态；

（9）控制装置启动干燥装置，干燥装置的风扇推动空气经由热风发生器产生热风，热风通过深入清洗腔室内的热风管道自下而上对元件吹风；其中，热风温度预置在40-60℃，吹风10~15分钟后，关闭热风发生器，关闭风扇；

（10）控制装置使蜂鸣器发出提示，表明完成清洗，系统下电。

本发明具有以下优点：

本发明提出了“喷淋——循环”一站式清洗方案，在满足元器件的温度、表面保护、静电防护等要求的同时，清洗质量和清洗效率也有了极大的提高；基于该方案，可实现控制过程智能化，例如显控器设计，可为使用人员带来直观的操作提示。

本发明的方法具有耗费低廉、使用方便、易于维护、可靠性高、可长时间连续工作等显著优点。

附图说明

图1为本发明的控制结构示意图。

图2为本发明的结构原理示意图。

附图标号说明：1-清洗工位；2-清洗机机体（清洗腔室）；3-喷淋装置；4-干燥装置；41-热风发生器；42-风扇；5-供水装置；6-排水装置；7-循环水泵；8-潜水加热棒；9-温度传感器；10-水量高位限位单元；11-水量低位限位单元。

图3为本发明的清洗工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的一个具体示例详述。

水溶胶清洗问题可归结为最大限度满足温度、溶解面、水/胶比等溶解三要素的问题。

以国内广泛使用的CH04-ACWS水溶胶为例。该种水溶胶具有高附着性、高吸水性、中等溶解性的特点；适宜粘结温度20℃~40℃。在0℃~45℃变化范围内，粘结强度与温度成反相关系；水溶解度和溶解速度与温度、溶解面、水/胶比等成正相关系。

以下分别对温度、溶解面、水/胶比等溶解三要素详加分析。

a．溶解温度选择

为便于确定随温度变化的溶解度数值，选用固定量器每次提取同等分量水溶胶进行溶解试验，不同温度点（溶解度曲线x轴参数）所能溶解的最大“份数”（溶解度曲线y轴参数），即可同等定义为该温度点的溶解度数值。

试验发现，在摄氏0℃~60℃变化过程中（温度步长ΔT=3℃，恒温时间设定1分钟），CH04-ACWS水溶胶溶解度成大斜率（倾角大于45°）线性增长，尤其在+40℃~+45℃左右，达到一个极高值。随着温度上升，溶解度虽继续攀升，较之此前的大斜率增长，已经变为缓慢平台型曲线（倾角10°左右）。考虑到+40℃远小于工业档元件温度上限，因此可安全定义该温度点为CH04-ACWS水溶胶的最佳清洗温度。

b．溶解面最大化

制造出水流来冲刷散放的元件，可有效提高元件单位面积溶剂通过量。为避免元件相对位移带来的表面物理损伤，要求元件在清洗过程中保持相对静止。于是常压、喷淋水流就成为一种自然选择。常压喷淋循环系统可通过机械泵、循环水路、喷淋器组合实现。

c．水/胶比问题

原则上讲，容器一定的情况下，水/胶比就是定值了。本发明对清洗过程分步进行，具体为：

步骤一：常压循环喷淋在完成对绝大部分水溶胶的清洗后，排空；

步骤二：引入干净自来水进行单向喷淋，对残余胶体做进一步清洗。

适当延长过程一的清洗时间，适量的过程二用时，可在用水量一定的情况下最大程度提高了水/胶比，并节省了水资源消耗。

如图1所示，微控制器MCU统一管理各控制单元，对预先散放在清洗区（清洗工位）的散放元件进行程序化清洗。图2是本发明的清洗设备结构原理示意图，在结构上合理布置各个装置，在MCU的统一调度下有序运行。

该水溶胶专用清洗设备，包括清洗机机体、喷淋装置、供水装置、排水装置、干燥装置和控制装置，其中，供水装置提供净水，干燥装置提供干燥热风，供水装置和排水装置均包括电磁阀和相应的水路管道。在清洗机的清洗腔室中设置有用以散放待清洗元件的清洗工位，清洗工位采用笼屉结构用以盛放待清洗的元件；这样，若待清洗的元件较多时，还可以分层散放。干燥装置具有热风管道，该热风管道通入清洗腔室内清洗工位下方，所述热风出口开口朝上。清洗工位的上方设置所述喷淋装置，清洗工位的下方设置有温度传感器和潜水加热棒，温度传感器和潜水加热棒组成控制回路。清洗腔室的底部设置有循环水泵；所述喷淋装置、供水装置、排水装置、加热棒、循环水泵和干燥装置均受控于控制装置。喷淋装置采用一个喷淋管路，供水装置和循环水泵的出水口共同接入该喷淋管路，在喷淋管路的出水口近端设置二分球阀用以切换喷淋水源。

清洗腔室的侧壁上设置有水量高位限位单元和水量低位限位单元，分别位于清洗工位的上方和下方；水量高位限位单元和水量低位限位单元的产生的信号作为控制装置的一类输入信号。

如图3所示，一种清洗工作流程如下：

试验人员将准备清洗的元件散放到清洗机内的挂蓝中，启动清洗机，开始自动清洗过程；

（1）MCU启动供水装置——电磁阀打开导入净水（以超纯水最佳），待水位到达水量高位限位单元时，电磁阀关闭，供水装置停止运行；

（2）MCU启动潜水加热棒，随着水温的升高，到达预先设置的上限温度（+40℃），潜水加热棒转为间歇工作模式，以维持水温恒定；

（3）MCU开始15min倒计时，开始元件浸泡；

（4）浸泡结束后，MCU第一次开启排水装置，打开电磁阀排水。待水位下降至水量低位限位单元，关闭电磁阀，排水装置关闭；

（5）MCU启动循环水泵，吸入底部水，经过水道从喷淋器喷出，开始5min倒计时循环喷淋清洗。计时结束后，关闭循环水泵，循环喷淋结束；

（6）MCU关闭潜水加热棒；

（7）MCU第二次开启排水装置，打开电磁阀排空所有积水。并保持排水装置继续处于排水状态；

（8）MCU启动供水装置，水流通过喷淋器，开始5min倒计时单向喷淋过程。计时结束后，关闭供水装置，保持排水装置开启状态；

（9）MCU启动干燥装置，风扇推动空气经由热风发生器进入清洗区域，热风预置在60℃以下，吹风10~15分钟后，关闭热风发生器，关闭风扇；

（10）系统蜂鸣器提示，清洗完成，随后系统下电。待试验人员取出元件。

使用本发明，成功解决了电子元件在PIND试验过程中带入的水溶胶清洗问题。清洗水温的控制，在最大化满足水溶胶溶解效率的同时，兼顾了元件的安全温度范围。喷淋器设计，有效避免了因清洗给元件表面带来的划伤隐患。循环水控制，进一步提高清洗效率，并节水节能。控制过程智能化，例如显控器设计，可为使用人员带来直观的操作提示。该实施例可满足至少15万只/年的元件清洗任务，方便使用、维护简单；也很容易推广至相似需求的中、小型PIND试验环境中。

对于常见的各种水溶胶的处理，本发明的方案均能取得良好的效果。以上给出的控制方法及工作示例仅作为本发明的一种具体示例，而不应视为对本发明保护范围的限制。基于发明的技术思想，本领域技术人员根据清洗需要，显然能够通过简单常规的调整设置，采用类同的具体控制操作方式实现与本发明相同的控制功能。

Claims (10)

1.水溶胶清洗方法，包括以下步骤：

（1）建立一清洗腔室，该清洗腔室中设置有清洗工位；将待清洗的元件散放于清洗工位处；

（2）将净水注入清洗腔室，直至使待清洗的元件完全浸泡于液体环境中；

（3）对所述液体环境加热至预先设定的清洗温度，该清洗温度根据水溶胶固有的温度-溶解度曲线设定；水温恒定维持10-30分钟，然后排出位于清洗工位上方的液体，利用清洗腔室内剩余的液体对元件进行循环喷淋3-10分钟；

（4）循环喷淋结束后，排空清洗腔室内的液体；然后采用净水对待清洗的元件持续喷淋3-10分钟；

（5）然后，采用40-60℃的热风对元件进行吹风10~15分钟，从而最终完成水溶胶的洗脱、干燥。

2.根据权利要求1所述的水溶胶清洗方法，其特征在于：步骤（3）中所述的清洗温度设定为40℃。

3.根据权利要求1或2所述的水溶胶清洗方法，其特征在于：步骤（5）采用热风自下而上对元件吹风。

4.基于如权利要求1所述水溶胶清洗方法的一种水溶胶专用清洗设备，其特征在于：包括清洗机机体、喷淋装置、供水装置、排水装置、干燥装置和控制装置，其中，供水装置提供净水，干燥装置提供干燥热风；在清洗机的清洗腔室中设置有用以散放待清洗元件的清洗工位，干燥装置的热风出口指向该清洗工位；清洗工位的上方设置所述喷淋装置，清洗工位的下方设置有温度传感器和潜水加热棒，清洗腔室的底部设置有循环水泵；所述喷淋装置、供水装置、排水装置、加热棒、循环水泵和干燥装置均受控于控制装置；所述供水装置和循环水泵的出水口均接至喷淋装置的入水口。

5.根据权利要求4所述的水溶胶专用清洗设备，其特征在于：清洗腔室的侧壁上设置有水量高位限位单元和水量低位限位单元，分别位于清洗工位的上方和下方；水量高位限位单元和水量低位限位单元的信号输出端均接入所述控制装置。

6.根据权利要求4所述的水溶胶专用清洗设备，其特征在于：清洗工位采用笼屉结构用以盛放待清洗的元件。

7.根据权利要求4所述的水溶胶专用清洗设备，其特征在于：干燥装置具有热风管道，该热风管道通入清洗腔室内清洗工位下方，所述热风出口开口朝上。

8.根据权利要求4所述的水溶胶专用清洗设备，其特征在于：喷淋装置采用两个独立的喷淋管路，一路对应供水装置，另一路对应循环水泵；或者喷淋装置采用一个喷淋管路，供水装置和循环水泵的出水口共同接入该喷淋管路，在喷淋管路的出水口近端设置二分球阀用以切换喷淋水源。

9.根据权利要求4所述的水溶胶专用清洗设备，其特征在于：供水装置和排水装置均包括电磁阀和相应的水路管道。

10.一种应用如权利要求4所述的水溶胶专用清洗设备对元件进行自动清洗的方法，包括以下步骤：

（1）控制装置启动供水装置，使供水装置的电磁阀打开，导入净水；待水位到达水量高位限位单元时，供水装置的电磁阀关闭，供水装置停止运行；

（2）控制装置启动潜水加热棒，随着水温的升高，到达预先设定的清洗温度，潜水加热棒转为间歇工作模式，以维持水温恒定；

（3）控制装置进行15min倒计时，开始元件浸泡；

（4）浸泡结束后，控制装置第一次开启排水装置，打开排水装置的电磁阀排水；待水位下降至水量低位限位单元，关闭排水装置的电磁阀，排水装置关闭；

（5）控制装置启动循环水泵，吸入清洗腔室底部的积水，经过循环水泵的管路至喷淋装置喷出；开始5min倒计时循环喷淋清洗；计时结束后，关闭循环水泵，循环喷淋结束；

（6）控制装置停止潜水加热棒的工作；

（7）控制装置第二次开启排水装置，打开排水装置的电磁阀排空所有积水，并保持排水装置继续处于排水状态；

（8）控制装置启动供水装置，开始5min倒计时单向喷淋过程，净水通过喷淋器对元件单向喷淋；计时结束后，关闭供水装置，保持排水装置开启状态；

（9）控制装置启动干燥装置，干燥装置的风扇推动空气经由热风发生器产生热风，热风通过深入清洗腔室内的热风管道自下而上对元件吹风；其中，热风温度预置在40-60℃，吹风10~15分钟后，关闭热风发生器，关闭风扇；

（10）控制装置使蜂鸣器发出提示，表明完成清洗，系统下电。

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