陳慶偉，李習周，聶 燕，邵榮昌

(天水華天科技股份有限公司，甘肅天水741000)

超聲波清洗在IC電鍍設(shè)備中的應(yīng)用研究

陳慶偉，李習周，聶 燕，邵榮昌

(天水華天科技股份有限公司，甘肅天水741000)

介紹了超聲波清洗的原理，通過研究超聲波清洗的特性和對產(chǎn)品表面的損傷，結(jié)合IC電鍍中的實際問題，總結(jié)出超聲波清洗的使用條件和實際使用中所具備的優(yōu)勢，為電鍍設(shè)備的設(shè)計和實際使用提供參考。

超聲波清洗；原理；電鍍設(shè)備

一定頻率范圍的超聲波作用于液體介質(zhì)中的零件時，有很好的清洗作用，這一清洗技術(shù)自問世以來受到了各行業(yè)的普遍關(guān)注。以往微小零件、零件死角和難以觸及地方的清潔一直讓人備感棘手，超聲技術(shù)的發(fā)展和運用使這一工作變得輕而易舉[1]。因此，超聲波清洗廣泛應(yīng)用于機械、電子、光學(xué)、電鍍、汽車制造、鐘表、醫(yī)療等行業(yè)。集成電路對產(chǎn)品鍍層表面清潔度要求非常高，而超聲波清洗是能達到此要求的理想技術(shù)，此技術(shù)的運用極大地提高了工作效率和清洗效果。經(jīng)過多年的發(fā)展演變，超聲技術(shù)更加成熟、可靠性更高、清洗效果更好，同時該應(yīng)用也具有成本優(yōu)勢，在集成電路電鍍行業(yè)內(nèi)被廣泛應(yīng)用。

1 超聲波清洗原理

超聲波清洗是在換能器的作用下，將電能轉(zhuǎn)換成超聲波振動機械能，產(chǎn)生振幅極小的高頻震動。通常振幅只有幾微米，但這個振動加速度很大，一般能達到數(shù)十g。多組換能器施加相同的頻率及相位的電能作用時，仿佛合成了一個巨大的活塞進行往復(fù)振動，這種振動就是我們所說的超聲波。超聲波的清洗是利用超聲波空化原理，在輻射的功率達到一定程度后，會產(chǎn)生很多微小的氣泡并不斷破裂（如圖1所示），氣泡的破裂瞬間會產(chǎn)生幾十至幾百個大氣壓的沖擊波，將產(chǎn)品表面沖刷干凈[2]。

圖1 空化氣泡清洗原理示意圖

2 超聲波清洗系統(tǒng)的組成

超聲波清洗系統(tǒng)由超聲波發(fā)生器、換能器、清洗槽三部分組成，如圖2所示。

圖2 超聲清洗系統(tǒng)組成

2.1 超聲波發(fā)生器

超聲波發(fā)生器是將工頻交流電轉(zhuǎn)換成高頻電供給的換能器，超聲波的工作頻率由它來決定。

2.2 換能器

換能器是一種高效率的換能元件，往往由若干個聲頭并聯(lián)組合為聲陣而成，在這里電能被轉(zhuǎn)換為同頻機械振動能。換能器被加上高頻電壓后，它產(chǎn)生高頻縱向振動，振幅很小約幾微米，振動加速度很大。

2.3 清洗槽

清洗槽通常由SUS316不銹鋼制成，換能器通常被安裝在槽體底部。

3 超聲波頻率對引線框架表面的影響

3.1 頻率和表面損傷深度的關(guān)系

采用超聲波對零件表面進行清洗，隨著超聲頻率的增加，零件表面的損傷深度越淺，兩者之間的具體對應(yīng)關(guān)系如圖3所示。

圖3 頻率與表面損傷深度對應(yīng)關(guān)系

通過對超聲波清洗過的引線框架表面粗糙程度的測量，證明在相同的清洗時間下，隨著超聲頻率的增加，框架表面的表面粗糙度Ra越低，具體如表1所示。

表1 框架表面粗糙度測量數(shù)據(jù)

3.2 超聲波清洗的頻率選擇

框架表面損傷直接與超聲頻率相關(guān)，頻率越低空化強度高，清洗效果好，但破壞力大，長時間清洗會造成表面被空化腐蝕損傷。超聲頻率越高，空化氣泡越小，強度越弱，但伴隨頻率升高又會使清洗效果下降。低頻超聲清除大顆粒雜質(zhì)效果很好，高頻超聲對清除小顆粒雜質(zhì)特別有效[3]。在需要去污而不用考慮工件損傷的應(yīng)用中，通常選擇從28～40 kHz范圍較低的清洗頻率（超聲頻率低于20 kHz工作噪音變得很大，超出職業(yè)安全所規(guī)定的噪音限度，不能使用）。相反，清洗微小精細容易損壞的工件，就要充分考慮超聲頻率和功率的因素，以保證產(chǎn)品安全[4]。通常為防止表面損傷，選擇的超聲頻率在40～200 kHz之間，基本不使用40 kHz以下的頻率。最典型的例子就是軍用電子產(chǎn)品已經(jīng)規(guī)定，禁止使用傳統(tǒng)頻率（20～30 kHz）超聲波清洗，避免產(chǎn)品損壞。

4 IC電鍍中超聲波清洗的使用

4.1 全自動電鍍設(shè)備中超聲波清洗的設(shè)置

超聲波清洗在電鍍線中的作用就是清除產(chǎn)品表面的污染物，最大可能減少殘留，提高鍍層品質(zhì)。電鍍時，超聲波清洗的工位設(shè)置如圖4所示。

4.2 超聲波清洗的溫度要求

超聲波的空化作用在30～45℃區(qū)間時最強，清洗效果也最好，因此超聲清洗工位要有溫度控制功能（用溫控器和加熱器來實現(xiàn)溫度設(shè)置）。由于有加熱功能，該工位要有超溫保護的設(shè)計，以保證設(shè)備安全。

4.3 超聲波清洗的過濾

清洗過程中隨著時間增加，清洗介質(zhì)會有污染造成黏度增加，這會削弱超聲空化能力，進而影響產(chǎn)品清潔和清洗效果。所以設(shè)備必須要有具備循環(huán)過濾功能的儲液槽（循環(huán)過濾管道上須配置5微米濾芯），并經(jīng)常檢查更換濾芯。

4.4 超聲波清洗槽的制作要求

清洗槽必須要用高品質(zhì)不銹鋼內(nèi)膽，這樣既能夠增加反射避免能量損失，又能防腐蝕生銹。電鍍線上使用的換能器要采用特種材料PZT壓電陶瓷配合高性能樹脂固定，使之良好絕緣并具備耐受腐蝕和100℃以上高溫能力。

4.5 電鍍過程使用超聲波清洗的優(yōu)勢

（1）塑封料中的石蠟，分子量大熔點高，是殘留在產(chǎn)品引腳上較難清洗掉的物質(zhì)，它的存在直接影響到產(chǎn)品鍍層質(zhì)量，嚴重者會造成產(chǎn)品漏鍍。而采用超聲波清洗，十幾秒即可將框架表面殘留的石蠟徹底清洗干凈。

（2）電鍍前框架表面的油污、氧化皮及少量銅銹去除。傳統(tǒng)的方法是用酸性化學(xué)藥水浸泡腐蝕去掉氧化皮，但控制的不好就會面臨過腐蝕問題，造成框架機械強度變差，甚至產(chǎn)品報廢。如果采用超聲波處理技術(shù)，可以在短時間內(nèi)去除產(chǎn)品表面的污染，在一定程度上替代去氧化化學(xué)藥水。

（3）框架表面清洗不徹底（微量藥水殘留）是鍍層變色原因之一。使用超聲波清洗能大幅提升產(chǎn)品清洗質(zhì)量，在一定程度上能夠預(yù)防鍍層變色問題，檢測數(shù)據(jù)如表2。

5 結(jié)束語

超聲波清洗不論工件形狀多么復(fù)雜尺寸多么小，只要是能與液體接觸到的地方，超聲波的清洗作用都能達到。并且清洗時產(chǎn)生的氣泡非常均勻，產(chǎn)品清洗效果一致性很好，特別是對那些尺寸極小，管腳容易變形的IC產(chǎn)品更具有優(yōu)勢。超聲波在液體中產(chǎn)生空化效應(yīng)可以對產(chǎn)品表面進行清潔處理，這就能在一定條件范圍內(nèi)替代化學(xué)藥水去除框架表面的銅銹和氧化皮，這樣可以減少化學(xué)品的使用量，改善工作環(huán)境并減少污染。超聲波清洗技術(shù)的應(yīng)用可以使傳統(tǒng)的電鍍清洗工藝得到簡化，節(jié)約大量的水資源。我們做過統(tǒng)計，要達到同樣的產(chǎn)品清洗效果，用超聲波清洗比一般漂洗節(jié)水60%以上。從超聲波的清洗原理我們不難理解，它的清洗效率和效果都會

表2 產(chǎn)品鍍層表面雜質(zhì)檢測對比

比較出色，它在電鍍設(shè)備中的運用帶來的最大好處就是，電鍍后產(chǎn)品表面的藥液殘留問題得到很好的改善，IC鍍層的品質(zhì)得到顯著提升。

[3] 劉曉東 劉傳紹.超聲波清洗技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].清洗世界，2009.25(1)：28=31.

[4] 李雅麗.超聲波清洗的原理和實際應(yīng)用[J].清洗世界，2006.22（7）:31=35.

[1] 邵振江.超聲波清洗技術(shù)的原理與應(yīng)用[J].中國機械，2014(5)：156=157.

[2] 陳華茂.吳華強.超聲波在電鍍中應(yīng)用[J].化學(xué)世界，2003.97(2)：97=99.

Ultrasonic Cleaning Process Application Research in the IC Plating Machine

CHEN Qinwei，LI Xizhou，NIE Yan，SHAO Rongchang

(Tianshui Huatian Technology Co.,LTD.,Tianshui 741000，China)

This article introduces the principle of the Ultrasonic cleaning，through study the characteristics of ultrasonic cleaning and damage on the surface of products,combined with the practical problems in plating，summarizes the application advantages and using conditions，provide references for plating machine design and actual use.

Ultrasonic cleaning；Principle；IC Plating machine

TN305.97

：B

：1004-4507(2015)08-0030-04

陳慶偉（1977-）男，甘肅天水人，工程師?，F(xiàn)為天水華天科技股份有限公司封裝技術(shù)研究院工藝優(yōu)化工程師，從事IC制造工藝的研究和專用設(shè)備設(shè)計研發(fā)工作。

2015-07-16