摘要：本文復盤了十年來銑刀式電路板分板機后除塵工藝現場經驗,針對目前工廠產品復雜化（元器件密集化和切割路徑復雜化）、電路板基材要求高可靠化和低成本化（通過添加高硬度的石英、云母、氧化鋁等）造成的粉塵難以在分板工藝中完全清除的問題。同時由于客戶對品質要求越來越嚴格的現狀，一些工廠開始考慮通過在分板后增加除塵工藝。同時，考慮到因提高除塵效率增加的分板機的成本，有時在分板后再除塵成本反而更低、除塵效率更高即性價比更高。還有些由于產品的特殊性造成分板工藝的窗口很窄，為了實現高的產品品質工廠不得不采用分板后工藝來滿足要求。Dr.Escherich的Taifun-Clean單元是常用的模塊式清潔系統（如下圖），其工作原理是通過把普通壓縮空氣經獨特結構從氣嘴高速噴出并以每分鐘600轉以上速度旋轉產生帶脈沖的強力氣流把附著在工件上的粉塵振蕩出去并由附帶的真空系統來抽取排出，其它清潔系統工作原理也大致相同或類似。

關鍵詞：電路板  分板后除塵 清潔系統工藝方案 汽車電子

目錄

一、前言1

二、分板后工藝除塵方案分析1

三、分板后工藝除塵關鍵控制點3

四、分板后工藝除塵改善現場管理措施4

五、結論7

一、前言

隨著越來越多的廠家加入汽車電子行業，競爭空前激烈，于是產品設計追求高可靠性和低價性，在設計上產品形狀、拼板樣式、板層和板材等復雜多樣不一而足，因此分板工藝的難度也是空前的。而廠家為了提高競爭力必須提升產品質量，所以對制造工藝卻提出了更高要求。對分板工藝有特殊要求的產品，如B公司的ESX產品有振動敏感元件且切割路徑中有金屬線路，在公司分板工藝被定義使用特定的低振動銑刀以減少振動及控制金屬粉塵顆粒大小，這樣分板工藝的窗口就很有限。加上基于產品質量考慮的保守的無預切割拼板設計以及基于成本考慮的XX175F基材造成粉塵殘留情況十分惡劣，為了追求高質量，B公司不得不采用分板后的除塵工藝。

雖然分板工藝本身帶有除塵功能，對于上集塵式分板機，由于分板機主軸是在電路板輔面（也就是包含最簡單、數量最少元件面）切割的，除塵系統也在此面，因此這一面的粉塵基本沒有問題。然而，電路板主面（也就是包含最復雜或數量最多的元器件那一面）卻在除塵系統的對面，對于元件相對簡單的產品來說尚且可以，對于元件相對復雜的產品來說這一面的粉塵問題就不理想了。對于下集塵式分板機，雖然有些工廠對于有些產品可以使用特殊的治具擋墻以防止粉塵飛入電路板主面。但是隨著產品追求高集成化和電路板元件排布高利用率，元件離分板邊緣離的越來越近，最近可達1mm左右,考慮到潛在的撞件風險（一般要保持1.5到3mm）及治具擋墻的可靠性（擋墻需要保證至少1.5mm厚度）,實際上元件離板邊要達3mm及以上才能使用治具擋墻，而滿足條件的產品也是有限的，尤其是對具有安全保護的汽車電子產品（一般為主打產品）更是大多不符合。另外，加了擋墻后的夾具在分板前放板及分板后取板時會有撞件風險，夾具清潔和維護也有諸多不便，同時夾具的制作成本也會很高。

同時，由于產品本身的特性、分板設備本身的除塵性能的差異、技術人員對分板工藝除塵的理解的差異和分板設備的維護管理不善等,造成了最終產品的粉塵殘留不理想。由于分板設備是主設備，投資相對較高且一般不會有富裕配置（國外主流設備如歐洲分板機，半自動的要近80萬人民幣，全自動的價格要達200萬人民幣左右），二次分板除塵會造成設備的使用效率嚴重下降（影響50%左右效率），而且還會有設備切割時“帶板”（或叫“吸板”）等質量問題。尤其是對于汽車電子類這種要求高穩定性的產品，重工是不允許的，所以分板后除塵工藝變成了一個非常實用的選擇

二、分板后工藝除塵方案分析

由于分板工藝時，絕大部分肉眼不可見的細粉塵（約小于0.1mm直徑的粉塵）及少量肉眼可見的粉塵（約大于或等于0.1mm直徑的粉塵）已被清除掉，因此分板后殘留在產品上的粉塵大多是大顆粒的重粉塵。

2.1 除塵的原理是先“起塵”（工業粉塵起塵所需氣流速度≥20mm/s）再“排塵”；

2.2 對于大顆粒粉塵純粹靠真空吸塵的工藝窗口比較狹窄。當真空吸塵口離粉塵越遠時，氣流速度下降得就越明顯，吸塵效率也就降低得越快。在距離與管道直徑相等的位置，氣流速度就已經下降到只有吸氣管內氣流速度的7.5%。然而與產品離的越近，真空吸塵口對元件造成損傷的可能性就越高，尤其對于一些高元件（如鋁電解電容）。而過高的氣流速度有可能造成產品被吸起而報廢，同時吸塵設備的價格也會因之大幅度的提高。另外,隨著產品元件復雜度的提高,有可能當高元件的吸塵條件滿足后,其它元件就滿足不了了，也就是說這種情況下采用純真空吸塵的方式已經行不通了?？紤]到工廠HSE的防爆及環境排放要求，高配置的吸塵器價格不菲，如主流的歐洲防爆款吸塵器3千瓦的價格要達到8萬到15萬人民幣。如果追求更好的負壓或流量的話，價格更是驚人。所以純粹靠吸塵器來提升性能的話，性價比低也是一個不得不考量的問題。

2.3 由于純真空除塵的工藝局限性，以壓縮空氣把粉塵吹起后再用真空吸塵排塵的方法成了一個目前業界常用的方法。壓縮空氣相對純真空吸塵的優勢如下：

?除塵的效率高：

?工藝可操作性強；

?工藝容易控制：氣流容易調整，氣流角度和位置容易控制；

?壓縮空氣是電子廠常用配置，容易取材；

?設備技術難度低,設計可行性強；

?設備可以選用的市場上的標準件多

?設備系統相對簡單,設計容易

?維護方便；

?成本低；

?環保

三、分板后工藝除塵關鍵控制點

3.1魚骨圖分析

3.2分板后工藝除塵原理

四、分板后除塵工藝管理措施

4.1、標準化車間環境管理

合適的溫濕度不僅對電子元件的功能產生影響，同時也會對粉塵產生一定影響。

1）合適的溫度：22~28℃。

溫度太低粉塵不容易清除，太高又會對氣管、粉塵管的使用壽命產生影響。

2）合適的濕度：30%RH~70%RH；

太低的濕度容易生產靜電，太高的濕度會造成粉塵粘度加大難以清除。

4.2、制定分板后工藝除塵措施

1）如何清掉電路板上的粉塵---用壓縮空氣來“起塵”

推薦的措施有：

1.1）氣源的設計

1.1.1）使用獨立的氣源；

1.1.2）設備內部的氣管也要獨立使用，不要分流；

1.1.3）通過實驗選擇合適管徑的壓縮空氣管軟管，根據經驗壓縮空氣軟管外徑10mm~16mm范圍內為優先?？紤]到氣管在線槽及設備中的布局及可能的隨部件的移動，相對軟些材質的氣管更好。

1.1.4）必要時可以采用儲氣罐來減少工作時壓縮空氣的壓力或流量損耗。

現場情況比較復雜，過粗管徑的壓縮空氣軟管相對較硬，在設備中布局時很難轉彎排布，在設計應用時需要考慮。同時它會影響同一設施橋架上其它站設備尤其是對壓縮空氣流量和氣壓敏感的設備的正常使用，另外也會造成過多的氣量消耗，增加成本。但是過細管徑的壓縮空氣軟管又造成在吹氣起塵時空氣流量和氣壓的迅速下降，所以建議具體壓縮空氣軟管直徑以實驗數據為準。

1.2)  噴氣頭設計

1.2.1) 考慮高速流動的氣體在除塵腔體會產生靜電對電路板上的靜電敏感元件造成影響，所以要加離子風機；

1.2.2)一般采用旋轉噴氣頭計以增加吹氣的覆蓋面積，同時旋轉噴氣頭可以

1.2.3)增加氣體對粉塵的沖擊便于起塵。市場有標準的旋轉吹氣頭如Dr.Escherich的Taifun-Clean系列，可以直接選ESD版本的旋轉頭這樣就不用單獨購買離子風機了。

1.2.4)旋轉噴氣頭要盡量離電路板元件距離近些，以增加吹氣的效率，推薦離最高元件25mm~50mm左右，具體視元件特性以及WPC設計等情況而定。

1.2.5)一般電路板放在WPC(Work Piece Carrier工件托架)上，以便于適用不同的產品搬運。如果有條件，可以使用電路板非夾持式的WPC（即電路板直接放在WPC上）,這樣設備結構會更簡單些，同時由于電路板接觸部分少這樣清潔時的陰影區也就少，清潔效果也好。

1.2.6)旋轉噴氣頭一般為一對，分別安裝在電路板的兩面。一般電路板背面（即電路板輔面）的旋轉噴氣頭相對于電路板正面（即電路板主面）的要遠離電路板些(如可以適當再遠離11mm左右)，這樣不容易在工作時把WPC或WPC上的電路板吹掉。同時由于電路板背面粉塵少，下旋轉噴氣頭吹氣氣壓可以相對小些，具體視情況而定。

1.2.7)氣管的排布：長度越短越好，轉彎越少越好，以減少氣流的損耗。

2）如何把除塵腔體中的粉塵及時排出---“排塵”

2.1）除塵腔體設計時要盡量小，以提高除塵效率；

2.2）除塵腔體設計要盡量避免粉塵死角；

2.3）除塵腔體下面要做成倒錐體的，而且越陡越好，推薦和水平面角度≥60°（常用角度為60°和75°，以方便制造），同時錐體內表面越平整越好。

2.4）除塵腔體吸塵口位于錐體的頂角處，同時吸塵器直徑越大越好。具體可以和吸塵器供應商探討，如吸塵器吸塵口直徑為?70，如果對應一個吸塵口的話直徑仍為?70，如果對應兩個吸塵口的話那么每個吸塵口直徑為?50。注意：一般除塵腔體的吸塵口直徑要不大于所連接吸塵器的直徑。

?除塵腔體吸塵口一般和旋轉噴氣頭同軸、同側，這個可以使除塵效率最大化。

?相對單獨的吸塵口，建議使用大表面的罩子來集塵的深度。

2.5）關于吸塵器，建議和吸塵器供應商一起選擇合適的吸塵器。由于由壓縮空氣來起塵，因此不必配置高真空度的吸塵器,但是要配置高空氣流量的吸塵器,以便及時把由壓縮空氣揚起的粉塵排走.

2.6）合理布局粉塵管，力求使用最短的粉塵管，盡量使粉塵隨重力向下被吸塵器吸走，盡量避免或減少反重力讓粉塵往上吸走。

3）如何減少因設備產生的質量問題、停機及維護成本–設備設計“精益化”

3.1)產品固定最好由設備的合理設計來完成，不要使用額外的固定部件來防止產品從WPC上掉落或脫離位置。皮帶帶動WPC的方式相對氣缸帶動WPC在除塵腔體的運動更安全，另外，避免或減少WPC在除塵腔體的停留?？梢酝ㄟ^改變皮帶速度或多個旋轉噴氣頭來實現除塵時間的控制以保證除塵效果。另外，除塵腔體內應該盡量避免氣缸（包括水平移載氣缸及上下升降氣缸），如果需要可以把WPC的

等待區及相關氣缸設置在除塵區外。

3.2）優先使用市場的標準件，如Dr.Escherich的Taifun-Clean單元

3.3）如果考慮噪聲對環境或操作員的影響，要使用密閉或相對密閉的腔體。

3.4）除塵腔體內要避免使用光電部件（如光電傳感器等）、軸承、氣缸等。

五、結論

對于分板后工藝除塵，推薦采用相對密閉的除塵腔體來除塵，腔體體積越小越好。使用旋轉壓縮空氣吹氣（如果工廠內氣源有水氣和雜質，要使用三連件過濾）把電路板上的粉塵吹起后，再用吸塵器把粉塵吸走?？紤]到防靜電，一般采用壓縮空氣吹氣+棒型靜電消除器來實現。合理設定除塵腔體，選擇合適的旋轉吹氣頭和吸塵器，合理排布壓縮空氣軟管和吸塵軟管。購買Dr.Escherich的Taifun-Clean系統，把它集成在自動化軌道或設備中也是一個不錯的選擇。

在設計時可以根據產品特性設計WPC，減少陰影區和避免撞件。