專利名稱：用于在釬焊期間提供惰化氣體的設備和方法
技術領域：
在本文中描述了用于在釬焊(soldering)期間提供惰化氣體(inerting gas)的設備和方法。更具體而言，本文描述了ー種在使用氮氣和/或其它惰化氣體的波峰釬焊期間提供惰化氣體的設備和方法。
背景技術：
諸如印刷線路板或電路板的エ件具有需要釬焊涂布和接合的越來越小的可濕潤表面。用于波峰釬焊的典型操作涉及釬焊浴槽，待釬焊的印刷電路板或エ件被輸送通過釬焊浴槽。常規自動波峰釬焊設備包括焊劑涂覆(flux application)，預熱器，和釬焊站，釬焊站被布置成處理印刷電路板。印刷電路板沿著移動軌道或輸送機運輸，且其側邊緣由抓握指狀物支承。焊劑可通過使得板與焊劑泡沫或噴射接觸而涂覆。電路板然后通過預熱區以便使得焊劑減少在待釬焊的金屬表面上的氧化物。電路板然后與空氣或惰化氣氛中的熔 融釬料(molten solder)的單個或多個波接觸。惰化氣氛通常為氮氣(N2)和/或其它惰化氣體且常常被稱作N2惰化。在惰性氣體(inert gas)和/或氮氣氣氛下的釬焊最小化在釬料表面上形成浮渣或氧化物。存在浮渣和/或氧化物層已知會造成釬焊接頭中的缺漏、橋或其它缺陷。靠近釬焊波(其在操作期間由波峰釬焊設備產生)為多孔管路或管，多孔管路或管平行于釬焊波延伸且用于輸送惰化氣體和/或N2氣體以提供相對低的氧氣氣氛，特別是在待釬焊的エ件下方。對于無鉛波峰釬焊，包括N2的惰化氣氛的值由于以下原因而進ー步增加。使用常用的無鉛釬料的過程溫度顯著地高于常規錫鉛釬料的溫度，這是由于常用無鉛釬料増加的熔點造成。這種過程溫度升高促進了浮渣形成。而且，無鉛釬料的成本通常遠高于常規錫鉛釬料的成本，且由浮渣形成造成的釬料浪費相關聯的經濟損失顯著地大于無鉛波峰釬焊的損失。此外，無鉛釬料的濕潤性能與常規錫鉛釬料的性能相比固有地較差。因此，所形成的釬焊接頭的品質對于無鉛釬料表面上的氧化狀態更敏感。熟知在波峰釬焊中的惰化能顯著地減少在熔融釬料表面上浮渣形成。減少浮渣形成不僅節省了釬料材料并減輕維護要求，而且也改進了釬料濕潤且確保所形成的釬焊接頭的品質。為了在現有波峰釬焊機中施加惰化氣氛，ー種常用的方案是插入籠狀保護殼體，其具有安裝于內部到熔融釬料儲存器內的擴散器。因此在釬料儲存器上形成惰化氣氛覆蓋層，降低了釬料氧化的傾向。擴散器通常由多孔管制成，多孔管將諸如N2和/或其它惰化氣體的惰化氣體引入到釬焊站。但是多孔管變得易于由于波峰釬焊過程中的釬料噴濺或焊劑蒸氣冷凝而堵塞。一旦擴散器管堵塞，將在很大程度上降低惰化的效率。例如，目前清潔擴散器管的方法(諸如使用填充了清潔溶液的超聲浴)極其困難且耗吋。這些管的清潔必須定期執行且能對管造成物理損壞。為了避免這些問題，擴散器管通常在它們變得堵塞時替換掉而不是進行清潔。這增加了終端使用者的總成本。因此，為了改進在波峰釬焊中N2和/或其它惰化氣體的惰化應用，需要設備、方法或二者滿足以下目的中的至少ー個或多個。首先，需要惰化設備和方法將N2或其它惰化氣體消耗減少到特定水平，諸如(但不限于此)每小時12立方米(m3/hr)或更小，以惰化生產規模的釬料儲存器從而滿足應用該技術的成本效益。其次，需要惰化設備和方法將在熔融釬料表面上方的O2濃度減少到特定水平，諸如(但不限于此)百萬分之2500 (ppm)或更低，或2000ppm或更少，其對應于并無電路板加載于釬料爐上方的情況。第三，需要惰化設備和方法使用安裝和維護簡單的設備，以最小化改造成本。此外，需要該設備或方法減少或排除多孔擴散器管的堵塞以確保穩定且長期持續的惰化性能。
發明內容
本文所述的設備和方法實現了使用氮氣和/或其它惰化氣體惰化的上述目的中的至少ー個或多個目的，其可比目前使用的相當方法和設備更具有成本效益且更具有使用者友好性。在本發明的實施例中，一個或多個擴散器管包含于外殼內。在一特定實施例中，夕卜殼為瓶形且限定內部容積。在操作期間，外殼的至少一部分，諸如基部和頸部下部，浸沒于 釬料儲存器(solder reservoir)內。外殼還具有延伸到開ロ的頸部和靠近開ロ的帽。包含于外殼內，諸如在外殼基部中的擴散器管具有通過它的惰化氣體流動。惰化氣體通過擴散器管中的開ロ且到外殼的內部容積內。惰化氣體然后通過頸部且從開ロ出來，在那里，其被導向至釬料儲存器上方的氣氛(atmosphere)內。在某些實施例中，外殼、頸部、帽或其組合的至少一部分可包括不粘涂層或材料。在一特定實施例中，封閉的至少ー個擴散器管包括中央擴散器管(diffuser tube)或位于釬焊波(solder waves)之間的擴散器管。在一替代實施例中，在釬料儲存器中采用三個擴散器管且封閉所有三個擴散器管。在這些或其它實施例中的一些實施例中，外殼材料包括鈦以便避免外殼材料由于熔融釬料而溶解。在本發明的一些實施例中，提供ー種用于在エ件的釬焊期間提供惰化氣體的外殼，包括基部，其包括與惰化氣體源流體連通(fluid communication)的內部容積；頸部，其包括開口和與基部的內部容積流體連通的內部容積；帽，其靠近所述開ロ ；以及，管，其包括ー個或多個開口供惰化氣體流從中穿過，其中管在基部內且與惰化氣體源流體連通；其中惰化氣體行進穿過管到基部和頸部的內部容積內且穿過開ロ出來。優選地，根據上述的外殼，其中，在所述管中的開ロ為孔隙且平均孔隙大小為
0.2μπι或更小。在本發明的其它實施例中，提供ー種用于在エ件的釬焊期間提供惰化氣體的設備，設備包括在設備底部上的至少ー個凹槽，其用于放置到釬料儲存器的至少ー個邊緣上，其中釬料儲存器包含熔融釬料且其中凹槽的至少ー個側壁和設備的至少ー個壁限定在釬焊儲存器外的腔室；在設備頂表面上的至少ー個開ロ，從釬料儲存器發射的至少ー個釬焊波穿過至少ー個開ロ且接觸エ件；以及，ー個或多個管，其包括與惰化氣體源流體連通的ー個或多個開ロ，其中管中的至少ー個位于腔室內；其中設備定位于釬料儲存器上方且在待釬焊的エ件下方從而形成氣氛。優選地，根據上述的設備，其中，所述設備還包括ー個或多個凹槽且所述凹槽限定ー個或多個腔室，一個或多個側擴散器管位于所述一個或多個腔室中。優選地，根據上述的設備，其中，所述釬料儲存器產生多個釬焊波且包括中央擴散器管的外殼插置于所述釬焊波之間。優選地，根據上述的設備，其中，所述惰化氣體包括選自下列的氣體氮氣，氫氣，氦氣，氖氣，IS氣，氪氣，氣氣，和其組合。在本發明的另外的實施例中，提供ー種用于在エ件波峰釬焊期間提供惰化氣氛的方法，該方法包括提供波峰釬焊機，其包括釬料儲存器，其中包含熔融釬料，至少ー個噴嘴和至少ー個泵，至少ー個泵用于從熔融釬焊浴槽產生向上通過噴嘴的至少ー個釬焊波；將設備放置于釬料儲存器的至少ー個邊緣的頂部，其中設備包括在頂表面上的至少ー個開ロ，擱置于釬料儲存器的至少ー個邊緣的頂部的至少ー個凹槽；以及，多個管，管包括與惰化氣體源流體連通的ー個或多個開ロ，其中エ件和熔融釬料的頂表面限定氣氛；沿著路徑傳遞エ件使得エ件的至少一部分接觸通過設備開ロ發射的至少ー個釬焊波；以及通過ー個或多個管將惰化氣體引入到該氣氛內，其中至少ー個管在外殼內；其中外殼包括基部，其包括與惰化氣體源流體連通的內部容積；頸部，其包括與基部流體連通的內部容積和開ロ ；以及，帽，其靠近開ロ，其中處于外殼中的管容納于基部內；以及，惰化氣體通過管行進至IJ外殼的內部容積內且通過由頸部和帽限定的開ロ到該氣氛內。 優選地，根據上述的方法，其中，所述外殼、頸部、帽或其組合的至少一部分包括不粘涂層或材料。優選地，根據上述的方法，其中，所述至少ー個管處于鄰近所述至少一個釬焊波處。優選地，根據上述的方法，其中，所述ー個或多個管包括孔隙且平均孔隙大小為
O.2μπι或更小。優選地，根據上述的方法，其中，所述設備包括ー個或多個凹槽，所述凹槽限定一個或多個腔室，所述管中的一個或多個處于所述ー個或多個腔室內。優選地，根據上述的方法，其中，所述釬料儲存器產生多個釬焊波且處于所述外殼中的至少ー個管插置于所述釬焊波之間。優選地，根據上述的方法，其中，所述惰化氣體包括選自下列的氣體氮氣，氫氣，氦氣，氖氣，IS氣，氪氣，氣氣，和其組合。
圖I示出了本文所述的包括孔隙的擴散器管或多孔管的實施例的等距視圖。圖2a提供了本文所述的包括孔隙的擴散器管或多孔管的實施例的分解等距視圖，其還包括外殼和帽。圖2a’提供了本文所述的包括孔隙的擴散器管或多孔管的實施例的分解等距視圖，其包括外殼和帽且還包括在所述外殼頸部中的一個或多個孔。圖2b提供圖2a所示的實施例的組裝等距視圖。圖2c提供了圖2a所示的實施例的側視分解圖。圖2d提供了圖2a’所示的實施例的側視分解圖。圖3a提供了外殼或保護殼體的實施例的頂視圖，其包含由頂帽封閉于瓶頸部外殼中的中央擴散器管。圖3b提供本文所述和圖3a所示的設備實施例的等距視圖。
圖3c提供本文所述和圖3a所示的設備實施例的側視圖，其中，中央擴散器的外殼部分地浸沒于熔融釬料內。圖4a提供了實施例的側視圖，其中封閉了中央擴散器管且至少一部分浸沒于釬料儲存器上。圖4b提供了本文所述且圖4a所述的設備實施例的頂視圖。圖5a提供了實施例的側視圖，其中封閉了中央擴散器管和兩個側擴散器管且至少一部分浸沒到釬料儲存器上。圖5b提供了本文所述且圖5a所示的設備實施例的頂視圖。圖6提供了可用于本文所述的設備和方法的可選覆蓋物的等距視圖。
圖7提供了可選覆蓋物的端視圖，其能安裝于移動軌道上，在所描繪的實施例中，エ件在移動軌道上行迸。圖8提供了展示用于測量比較實例I中的O2濃度的位置的圖片。圖9提供了展示用于測量比較實例2中的O2濃度的位置的圖片。
具體實施例方式通過本文所述的用于在釬焊期間進行惰化保護的方法和設備來實現在本領域中目的中的至少ー個或多個。本文所述的設備和方法提供在釬焊期間的惰化保護，特別是對于下面的那樣的實施例而言在諸如印刷電路板的エ件釬焊期間，可能會出現釬料顯著移動和旋流且エ件表面増加的氧化。預計可使用本文所述的設備和方法，例如以改造現有波峰釬焊機。在操作中，在本文的一些實施例中，該設備放置于釬料儲存器上方且在移動軌道或用于運輸待釬焊的エ件的其它輸送機構下方。容納于該設備內的一個或多個擴散器管路與諸如氮氣，另外的惰性氣體(例如，氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣和其組合)，合成氣體(例如，氮氣和氫氣的混合物，其包括按重量計高達5%的氫氣)或其組合的惰化氣體源流體連通以提供惰化氣氛。本文所述的設備和方法的ー個目的在于在由待釬焊的エ件表面和包含于釬料儲存器內的熔融釬料表面限定的氣氛中減小的氧氣(O2)濃度，諸如但不限于百萬分之2500 (ppm)或更少，其當釬料儲存器上方不加載電路板時進行測量。本文所述的設備預期放置于包含熔融釬料的釬料儲存器頂部，其維持在釬料熔點或更高(例如，高達超過釬料熔點50°C)。本文所述的設備具有設置于釬料儲存器頂部的內部容積，從而在待焊接的エ件(其在釬料儲存器上方在移動軌道上在ー個方向上輸送)與熔融釬料表面之間限定氣氛。在一些實施例中，エ件由在設備側邊緣的移動軌道或輸送機指狀物支承且指狀物穿過釬焊波。在其它實施例中，エ件在它們輸送經過波峰釬焊機時支承于托盤、固定件或框架上。釬料儲存器中具有ー個或多個噴嘴，其投射由釬料泵所產生的一個或多個釬焊波。釬料泵通常為變速泵，其允許終端使用者控制釬料從釬焊波的流量且升高或降低釬焊波的頂峰或波峰來適應處理條件。在本文的一個或多個實施例中，殼體或其它外殼也可放置于釬料泵或釬料泵的一部分周圍且可供應惰化氣體以形成繞泵至少一部分的惰性氣氛，從而最小化浮渣形成。一個或多個釬焊波通過在本文所述的設備頂表面中的ー個或多個開ロ而接觸待釬焊的エ件表面。在此過程中，該設備額外地包括一個或多個擴散器管，其包括與諸如N2的惰化氣體源流體連通的ー個或多個開ロ、孔ロ、槽、穿孔或孔隙，使得惰化氣體穿過管的內部容積且通過管的開ロ或孔隙出來到該氣氛內。這樣ー來，在エ件穿過釬焊波吋，惰化氣體均勻地覆蓋エ件的下表面，前邊緣，后邊緣和側邊緣。在本文所述的設備和方法的某些實施例中，最小化放置于釬料儲存器頂部的設備大小以增強移動釬焊波周圍的惰化效率。在此實施例或其它實施例中，靜態熔融釬料表面或者在釬料儲存器中設備的基地面外部的區域能由高溫材料覆蓋，高溫材料能耐受包含于焊劑儲存器內的熔融釬料的溫度。本文所述的設備和方法包括一個或多個擴散器管，擴散器管包括內部容積和ー個或多個開ロ，ー個或多個開ロ可為(但不限干)孔隙、孔、槽、通風ロ、孔ロ、穿孔或允許氮氣和/或其它惰化氣體傳遞到管的內部容積內且通過管開ロ出來的其它方式。在一特定實施例中，管為多孔的且包括大約O. 2微米(μπι)或更小的平均孔隙大小以提供從多孔管出來的惰化氣體或N2氣體的層流。在此實施例或其它實施例中，管與惰化氣體源流體連通，惰化氣體源供應例如N2的惰化氣體通過管的內部容積且通過管的開ロ或孔隙出來到由儲存器中的熔融釬料表面和所輸送的エ件限定的區域內。 通過封閉多孔擴散器管中的至少ー個，本文所述的設備通過防止由于釬料噴濺和焊劑蒸氣冷凝而堵塞擴散器管的開ロ或孔隙而滿足本領域中需求的ー個或多個。就此而言，解決位于中央的擴散器管的堵塞問題是較難的任務，因為中央擴散器管通常位于兩個釬焊波之間。常常，在兩個波之間的距離大約與擴散器直徑相同，使得不存在足夠空間來提供在中央擴散器周圍具有開放槽的保護殼。本設備的ー實施例通過在外殼中容納中央擴散器而解決了這個問題。外殼包括“瓶頸”型形狀，其在頸部頂部上具有覆蓋物，其中外殼基部至少部分地浸沒于熔融釬料儲存器內且頸部從熔融釬料表面出來，諸如圖3c所示的實施例中那樣。在釬焊波上的惰化氣體覆蓋層能從外殼頸部頂部的開ロ產生。在本文的一個或多個實施例中，本文所述的外殼頸部包括一個或多個孔或其它開ロ。一個或多個孔被設計成允許釬料通過外殼頸部，從而改進了在釬料儲存器內的釬料流動，特別是當外殼定位于兩個釬焊波之間時。孔可為圓形，橢圓形，正方形，矩形或任何其它形狀，只要允許釬料流動通過。同樣，當采用多于ー個孔時，孔可以任何排列來布置，例如呈沿著頸部長度的水平線或者呈鋸齒狀排列。一個或多個孔可具有任何大小從而實現改進釬料流動的目的且其將取決于外殼總尺寸。在某些實施例中，在外殼頸部中的ー個或多個孔可布置為從大約1/4”至大約I”直徑，或者從大約3/8”至大約7/8”直徑，或者從大約1/2”至大約3/4”直徑。在本發明的某些實例實施例中，覆蓋物定位于外殼頸部上方以在頸部與覆蓋物之間形成開放空間且在其離開頸部頂部的開ロ時引導惰化氣體的流動。該覆蓋物可為單獨的且可與頸部分開，或者其可在一個或多個點固結到頸部上以便保持覆蓋物就位。當覆蓋物為單獨的且與頸部分開時，可通過將覆蓋物固結到另一表面上，諸如到設備的殼體或壁上的一個或多個點且通過任何合適附連方法而將其保持就位。舉例而言，該覆蓋物可由ー個或多個螺釘，銷，夾子，通過焊接或通過另外的機制而附連到頸部上，附連到設備的壁上，或者到另ー表面上。本文所述的設備和方法的優點包括下列中的ー個或多個1)擴散器為封閉的，從而避免了由于噴濺的釬料導致的管開ロ的可能堵塞；2)外殼的頸部窄且包括導熱材料，導熱材料變熱且排除了焊劑蒸氣冷凝和噴濺的釬料凝固的機會；3)外殼頸部在某些實施例中可涂布不粘涂層或材料來最小化接觸液體焊劑時的焊劑殘余物的涂布；以及4)外殼頸部可被制成具有比包含擴散器管的基部更窄的直徑，以便裝配到兩個釬焊波之間的窄空間內而不阻擋或干擾波的動態移動。在某些實施例中，較低的氧氣讀數，諸如小于百萬分之2000，能通過在本文所述的外殼中容納至少一個或多個擴散器管而實現，其中氧氣測量在釬料罐上方不加載電路板的情況下進行。在一特定實施例中，擴散器管中至少ー個容納于保護外殼的基部內且外殼的至少一部分浸沒于熔融釬料內以保持在高溫。在此實施例或其它實施例中，最靠近基部的外殼頸部的部分也能充當熱導體來保持頸部的上部處在高溫。在同一實施例或其它實施例中，由于外殼基部和頸部的預熱或者熱傳導，離開外殼的惰化氣體為熱的，諸如從大約160°C至大約220°C，或者從大約170°C至大約210°C，或從大約180°C至大約200°C。在一些實施例中，惰性氣體(諸如氮氣)在周圍溫度供應到擴散器管且在其行進穿過外殼時加熱使得其以大約180°C至200°C離開外殼頸部。在其它實施例中，氣體可被預熱。在波峰釬焊設備內使用熱惰化氣體有益于減小釬焊缺陷，諸如不完全或不一致的管筒填充(barrel fill)。管筒填充缺陷是由于溫度梯度造成且熱惰化氣體可用于最小化工件在X-Y和Z方向上的溫度梯度。 在一特定實施例中，本文所述的設備和方法解決了在一對釬焊波之間的空間限制。就此而言，可最小化頸部和帽的截面大小到大約5至大約8mm的范圍。外殼基部的直徑在大約13mm至大約20mm的范圍或大約15_。應了解這些尺寸可取決于波峰釬焊設備的構造而改變且能成比例縮放。特定而言，需要改變外殼頸部的高度，這取決于所用釬焊器械的尺寸。在包括中央擴散器管和一個或多個側擴散器管的某些實施例中，僅中央擴散器管包入于本文所述的外殼中。在替代實施例中，中央擴散器管和側擴散器管中的ー個或多個包入于本文所描述的外殼中。如先前所提到的那樣，本文所述的設備包括殼體，殼體包含一個或多個擴散器管和內部容積。在某些實施例中，管可位于多個釬焊波之間，位于釬料儲存器的板進入側，位于釬料儲存器的エ件引出側，或其組合。在某些實施例中，管中的一個或多個還可包括瓶形外殼，其具有內部容積以允許惰化氣體流入到擴散器管內且出來到該容積內，其中外殼的至少一部分接觸或浸沒于熔融釬料內。外殼還包括帶有開口和帽的頸部，其允許惰化氣體流經頸部從由ロ部和帽限定的開ロ出來且到該氣氛內。在某些實施例中，在外殼頸部開ロ上的帽的截面為倒置U形、V形或C形。在諸如其中封閉側擴散器中的ー個或多個的其它實施例中(參看，例如圖5a)，外殼并不具有帽，因為設備的底側提供惰化氣體進入到由設備和熔融釬料表面限定的氣氛內的方向。在某些實施例中，外殼的至少一部分例如可為設備的豎直壁的部分，諸如用于側擴散器管中一個或多個的外売。將ー個或多個擴散器管放置于外殼內且到釬焊浴槽內避免了與現有技術相關聯的多孔管直接浸沒和/或接觸釬焊浴槽的先前問題，因為擴散器管容納于外殼內，外殼防止熔融釬料堵塞多孔管的開ロ。在本文所述的設備和方法的一特定實施例中，基部外殼、頸部、帽或其組合的至少一部分包括不粘涂層或材料。不粘涂層的實例為聚四氟こ烯(PTFE)涂層，其可以商標Teflon 不粘涂層得到(Teflon由特拉華州的威明頓(Wilmington,Delaware)的DuPont,Inc.制造)。在本文所述的設備的ー實施例中，外殼包括基部、頸部和帽。在這些或其它實施例中，所選的不粘涂層應在或高于無鉛波峰釬焊過程中通常使用的熔融釬料溫度(例如，高達大約260°C)維持其完整性。在一更特定的實施例中，不粘涂層包括Thermolon 不粘涂層，由韓國(South Korea)的Thermolon Ltd.制造的無機(礦物質基)涂層，且其可在450°C維持其完整性并避免在高溫產生有毒蒸氣。在中央擴散器管處于具有C形，U形或V形帽的瓶形外殼內且還處于ー對或多對釬焊波之間的ー特定實施例中，在釬料儲存器中溶解的焊劑能由于熔融釬料的持續動態移動而直接接觸位于第一波與第二波之間的外殼頸部，帽或者二者。當在外殼頸部和/或帽表面上的液體焊劑蒸發或熱分解吋，固態焊劑殘留物可留在外殼頸部表面和/或帽上。因此，不粘涂層可涂覆到外殼基部、頸部、帽或其任何組合上以縮短該設備的例行維護的時間和費用。不粘涂層也能涂覆到設備的內表面或者頂部覆蓋物的內表面的至少一部分上，以允許容易地清潔。
在本文所述的設備和方法的又一實施例中，該設備還包括安裝于移動軌道上的可選覆蓋物，從而形成供エ件穿過它的隧道。可選覆蓋物還包括通風孔，通風孔與波峰釬焊機的通風排出ロ流體連通，其允許從覆蓋物下方的氣氛收集焊劑蒸氣。在一實施例中，可選覆蓋物由單層金屬覆蓋物制成，單層金屬覆蓋物具有連接到機器通風排出ロ的中心孔。在另一實施例中，可選覆蓋物由雙層金屬板制成，且雙層空間連接到爐通風排出ロ從而形成邊界氣體阱。在一特定實施例中，在兩層金屬板之間的距離可在大約1/8”至大約1/4”的范圍。當エ件或電路板在覆蓋物下方傳遞時，在釬焊區域內產生的焊劑蒸氣能通過邊界阱來收集，而在釬料儲存器周圍的空氣也能截留于雙層空間中從而確保良好的惰化性能。對于在釬料儲存器頂部上并無エ件或電路板的情況，從如本文所述封閉于惰化設備中的ー個或多個擴散器產生的惰化氣體能吸入到覆蓋物的雙層空間下方的容積內，從而形成邊界惰化氣體幕來最小化進入到該容積內的空氣。圖I提供了在本文所公開的設備和方法中使用的多孔管或擴散器的ー實施例。多孔管10被描繪為圓柱形管，其具有內部容積15，內部容積15允許諸如氮氣和/或諸如(但不限于)另外的惰性氣體(例如，氬氣、氦氣，氖氣等)、氫氣或其組合的惰化氣體流過它且與惰化氣體源(未圖示)流體連通。在一實施例中，多孔管10由不銹鋼制成。但是，用于多孔管10的其它材料也是適用的，只要材料并不與釬料材料起反應。多孔管10通過氣體管道或其它方式(未圖示)與惰化氣體源流體連通。多孔管10還包括多個穿孔，孔隙，或孔20 (在本文中統稱作“穿孔”)，其允許氣體從內部容積15流入到釬焊浴槽，外殼的內部容積(未圖示)，由熔融釬料表面(未圖示)和待釬焊的エ件(未圖示)的下側限定的氣氛，或其組合。雖然多孔管10被示出為圓柱形且具有圓形截面，但預計可使用其它幾何形狀，諸如(但不限干)環形、正方形、矩形、橢圓形等。穿孔20被設計成使得氣體流動由例如圓形孔狹窄地導向，圓形孔如在圖I的實施例中所示且分布于釬焊儲存器(未圖示)的整個長度上。在另ー實施例中，穿孔20可為縱向孔或狹縫。在這些或其它實施例中，穿孔20可為斜角或成角度以將氣體流動進ー步從內部容積15導入至釬焊浴槽(未圖示)和/或在釬焊浴槽與エ件之間的間隙。穿孔20的平均孔隙大小可在0. 05微米至100微米，或者0. I微米至10微米，或0. 2微米至5. 0微米的范圍。在一特定實施例中，穿孔20的平均孔隙大小為大約0.2微米或更小。優化在多孔管10上的穿孔大小和數量以追求從多孔管出來的氣態N2層流。在這些或其它實施例中，優選N2和/或其它惰化氣體層流來最小化從待惰化的釬焊區域(例如，エ件，輸送帶等)的邊界侵入的空氣。圖2a、圖2a’、圖2b、圖2c和圖2d提供了外殼2000的兩個分解等距視圖，組裝等距視圖和兩個分解側視圖，該外殼2000包括擴散器管10’，擴散器管10’帶有在先前所述的ー個或多個穿孔20’。如本文所述的那樣，封閉的擴散器管可用作中央擴散器管，ー個或多個側擴散器管或其組合。擴散器管10’具有ー個或多個穿孔20’且容納于外殼基部2010內。基部2010與惰化氣體源(未圖示)流體連通且容納擴散器管10’并包括內部容積2015，內部容積2015允許惰化氣體源流入到內部容積2015內且到擴散器管10’內，如由箭頭2017所示的那樣。認為將多孔管包入于外殼內能最小化焊劑和釬料堵塞擴散器開ロ的機會。雖然多孔管10’和其周圍基部2010被示出為圓柱形且具有圓形截面，但預計可使用其它幾何形狀，諸如(但不限干)環形、正方形、矩形、橢圓形等。外殼2000還包括靠近基部2010的頸部2020和內部容積2025，內部容積2025與基部的內部容積流體連通。外殼2000還包括帽2030，帽203靠近頸部2020的ロ部，頸部2020的ロ部限定開ロ 2027，惰化氣體通過開ロ 2027向外流動，如由箭頭2029所圖示的那樣。在操作期間，惰化氣體在箭頭2029所示的方向(參看圖2a、圖2a’、圖2c和圖2d)從源(未圖示)傳遞到基部2020的內部容積2015，通過擴散器管10’，通過穿孔20’出來且到頸部2020的內部容積2025內。在一些實施例中，如在圖2a’和2d中所圖示的那樣，外殼2000頸部2020可包括ー個或多個孔2023，釬料能穿過ー個或多個孔2023，從而改進了在釬焊設備內的釬料流動。圖3a、圖3b和圖3c分別提供了本文所述的外殼的ー個實施例的頂視圖、等距視圖和側視圖。參看圖3a和圖3c，設備30放置于波峰釬焊設備70上以在波峰釬焊操作期間提供惰化氣氛。波峰釬焊設備70包括釬料儲存器75，釬料儲存器75包含熔融釬料80和ー個或多個噴嘴185，噴嘴185投射一個或多個釬焊波(未圖示)，釬焊波由釬料泵(未圖示)產生。參看圖3a至圖3c，設備30具有頂表面35，頂表面35可從設備的其余部分移除，從而對于終端使用者而言能相對容易地移除浮渣。頂表面35還包括至少ー個開ロ 40，通過開ロ 40，從包含于釬料儲存器75內的熔融釬料80發射的至少ー個釬焊波通過噴嘴185且接觸沿著移動軌道(未圖示)傳遞的エ件。參看圖3a至圖3c，設備30還包括在設備30底部上的至少ー個凹槽45，其擱置于釬料儲存器75的邊緣頂部上。在某些實施例中，設備30可包括多于ー個凹槽，其允許將設備30放置于釬料儲存器75頂部上且將前擴散器155和后擴散器155放置于釬料罐區域外，如圖3a和圖3c所示的那樣。本文所述的設備的其它實施例可具有僅ー個凹槽來將前擴散器155定位于釬料罐區域外。本文所述的設備的另外的實施例并不具有ー個或多個凹槽，而是具有多個凸緣，其允許設備定位或放置在釬料儲存器上且將所有擴散器定位于釬料罐區域內，諸如圖4a和圖4b和圖5a和圖5b所描繪的實施例。再次參看圖3a至圖3c，凹槽45的側壁和前壁33或后壁37限定腔室，其允許將多孔管10’放置于設備30內。多孔管10’經由管路(在圖3a中以點線示出)流體連通到惰化氣體源65。如先前所提到的那樣，用于本文所述的設備和方法的惰化氣體可包括氮氣、氫氣、另外的惰性氣體(例如，氦氣、氬氣、氖氣、氪氣、氙氣等)或其組合。在某些實施例中，惰化氣體在引入到多孔管10’內之前預熱。應了解圖3a至圖3c所示的實施例可取決于波峰釬焊機的構造而改變。
現參看圖3b和圖3c，設備30還包括由熔融釬料表面(未圖示)、エ件(未圖示)、前壁33、后壁37和側壁43和47限定的內部容積69。設備30還包括至少ー個擴散器管10’，擴散器管10’具有容納于外殼內的多個穿孔(未圖示)，其中基部2010的至少一部分浸沒于熔融釬料儲存器內且用于將基部2010和頸部2020在中央加熱到高于熔融釬料熔點的溫度。圖3b提供了本文所述設備30的實施例的等距視圖。參看圖3b和圖3c，設備30放置于波峰釬焊設備70上以在波峰釬焊操作期間提供惰化氣氛。波峰釬焊設備70包括釬料儲存器75，釬料儲存器75包含熔融釬料80和一個或多個噴嘴185，噴嘴185投射一個或多個釬焊波115，釬焊波由釬料泵(未圖示)產生。設備30具有頂表面35，頂表面35可從設備的其余部分移除，從而對于終端使用者而言使得浮渣移除相對容易。頂表面35還包括至少ー個開ロ 40，經過至少ー個開ロ 40從包含于釬料儲存器175內的熔融釬料80發射的至少ー個釬焊波通過噴嘴185且接觸沿著移動軌道(未圖示)傳遞的エ件。在其它實施例中，本文所述的設備可包括多個凸緣(未圖示)，其允許設備定位或放置于釬料儲存器上。多孔管10’經由管路與惰化氣體源(未圖示)流體連通。如先前所提到的那樣，用于 本文所述的設備和方法的惰化氣體可包括氮氣、氫氣、另外的惰性氣體(例如，氦氣、氬氣、氖氣、氪氣、氙氣等)或其組合。在某些實施例中，惰化氣體在引入到多孔管10’內之前預熱。應了解圖3a至圖3c所示的實施例可取決于波峰釬焊機的構造而改變。參看圖3c或本文所限定的設備30的實施例的側視圖，通過將凹槽45放置于釬料儲存器75的至少ー個邊緣上而將設備30放置于波峰釬焊設備70頂部上，如圖所示的那樣。釬料儲存器75中包含熔融釬料80。移動軌道(未圖示)在圖示箭頭105所示的向上方向上運輸待釬焊的エ件100。至少ー個或多個釬料泵(未圖示)用于通過噴嘴185產生多個釬焊波115。多個釬焊波115通過設備30中的開ロ接觸エ件100底側。引入到封閉多孔擴散器管內的惰化氣體容納于釬料儲存器75外部的腔室(未圖示)內。在圖3c所示的實施例中，擴散器管155位于釬料儲存器75的進入口和引出ロ處。在再一實施例中，擴散器管10’中的ー個或多個垂直于釬焊波(未圖示)方向定向。擴散器管10’中的至少ー個容納于外殼內，外殼包括具有內部容積的基部2010，具有內部容積和開ロ 2027的頸部2020和靠近頸部開ロ 2027的帽2030。諸如基部2010和頸部2020的外殼的至少一部分浸沒于釬料80中。惰化氣體填充在エ件100下方且在熔融釬料表面80上方的視作120的區域或氣氛。圖4a和圖4b提供了本文所述的設備930的實施例的側視圖和頂視圖，其中第一多孔管955、第二多孔管955’和中央擴散器管10’在釬料儲存器975內，且中央擴散器管10’容納于外殼內，其中外殼的至少一部分浸沒于釬料儲存器975內。設備930并不具有凹槽以將前擴散器和后擴散器或者第一擴散器和第二擴散器定位于釬料儲存器975タト，諸如在圖3a至圖3c中所描繪的那些。替代地，設備930具有多個凸緣967，其允許設備930放置于釬料儲存器975頂部。設備930被圖示為由諸如金屬的雙壁材料構成，其限定至少一個腔室950，至少ー個腔室950容納諸如圖示的955和955’的多孔管中的至少ー個。エ件923在設備930上方在箭頭925所示的方向上行進且與從噴嘴985所發射的多個熔融釬焊波接觸。多個多孔管與諸如N2的惰化氣體源(未圖示)流體連通，惰化氣體源通過管向腔室950內，向由930的雙層材料限定的容積內和向釬料儲存器975中熔融釬料表面、エ件923和設備930的壁限定的內部容積內提供惰化氣氛或N2氣氛。圖5a和圖5b提供一實施例的側視圖和頂視圖，其中，第一多孔管555、第二多孔管555’和第三多孔管555”在釬料儲存器575內，且每個多孔管封閉于外殼中，其中外殼基部2020”的至少一部分浸沒于熔融釬料580內且加熱外殼到高于釬料熔點的溫度。設備530并不具有凹槽來將第一擴散器和第二擴散器定位于釬料儲存器區域575外。設備530具有多個凸緣567，其允許設備530放置于釬料儲存器575頂部。圖6提供了放置于設備30和移動軌道(未圖示)上使得エ件穿過它行進的可選覆蓋物90的等距視圖。示出可選覆蓋物90，其具有允許觀看的玻璃窗ロ 95。可選覆蓋物90還具有通風ロ 97，通風ロ 97與波峰釬焊機的通風排出ロ(未圖示)流體連通以移除在釬焊站的氣氛內的任何焊劑蒸氣。圖7提供了設備830的ー實施例，設備830還包括在釬料儲存器880頂部的可選覆蓋物890，從而形成隧道供保持于移動軌道900上的エ件(未圖示)通過。圖7提供了 設備830的端視圖。在某些實施例中，可選覆蓋物890與波峰釬焊機(未圖示)的通風管路流體連通。可選覆蓋物890由雙層金屬板或其它合適材料形成，且雙層空間連接到爐通風排出管路897，其形成邊界氣體阱。在某些實施例中，在兩層薄板之間的距離能(但不限干)在1/8”至1/4”的范圍。在圖7所示的實施例中，可選覆蓋物890可包括惰化氣體入ロ 895，惰化氣體入口 895與惰化氣體源(未圖示)流體連通以進ー步輔助將焊劑蒸氣和空氣從釬焊區域清除出來。在某些實施例中，當電路板在覆蓋物890下方傳遞時，在釬焊區域內產生的焊劑蒸氣能通過邊界阱來收集，而在釬料儲存器870周圍的空氣也能截留于覆蓋物890下方的雙層空間中，這有助于確保良好的惰化氣氛。在釬料儲存器870并未由エ件覆蓋的情形中，由多個多孔管(未圖示)產生的惰化氣體能吸入到覆蓋物890的雙層空間內從而形成邊界惰化氣體幕，以最小化從外部環境進入到釬料儲存器870上方的氣氛920內的空氣。雖然參考其具體實例和實施例詳細地描述了設備和方法，但對于本領域技術人員顯而易見的是，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下能對該設備和方法做出各種變化和修改。實例比較實例I :中央擴散器的初始設計如圖8所示的那樣，在電路板并未加載于釬料儲存器上方且并無頂部覆蓋物(諸如圖6所示的頂部覆蓋物)的情況下得到在釬料儲存器頂部空間周圍的氧氣(O2)濃度測量。參看圖8，在以下位置進行測量點a(靠近第一釬焊波的左邊緣)；點13(靠近第一波的中部表面)；點((在兩個釬焊波之間)；點(1(靠近第二釬焊波的中部表面)；以及，點e(靠近第二釬焊波的右邊緣)。在表I和表2中示出了基于測量氧氣濃度而評估的中央擴散器的兩種不同設計。表I為與第一設計相關的結果。在第一設計中，中央擴散器封閉于金屬保護管內。保護管包含多行開ロ槽以允許惰性氣體流動且由PTFE涂層覆蓋以提供不粘性質。在表2中，中央擴散器管也封閉于帶槽且涂層的保護管內，但并非在其表面上具有多行槽，該擴散器管具有朝向下方向的兩個縱向槽。表I :氧氣濃度-PTFE涂層管(多行槽)且內多孔擴散器作為中部擴散器
權利要求
1.ー種用于在エ件的釬焊期間提供惰化氣體的外殼，其包括 基部,其包括與惰化氣體源流體連通的內部容積， 頸部，其包括開口和與所述基部的內部容積流體連通的內部容積， 帽，其靠近所述開ロ，以及 管，其包括ー個或多個開口供惰化氣體流從中穿過，其中，所述管處于所述基部內且與所述惰化氣體源流體連通； 其中，所述惰化氣體行進穿過所述管到所述基部和頸部的內部容積內且穿過所述開ロ出來。
2.根據權利要求I所述的外殼，其特征在于，所述頸部還包括沿著其表面的一個或多個孔。
3.ー種用于在エ件的釬焊期間提供惰化氣體的設備，所述設備包括 在所述設備的底部上的至少ー個凹槽，其用于放置到釬料儲存器的至少ー個邊緣上，其中，所述釬料儲存器包含熔融釬料且所述凹槽的至少ー個側壁和所述設備的至少ー個壁限定在所述釬焊儲存器外側的腔室； 在所述設備的頂表面上的至少ー個開ロ，從所述釬料儲存器發射的至少ー個釬焊波穿過所述至少ー個開ロ且接觸所述エ件；以及 ー個或多個管，其包括與惰化氣體源流體連通的ー個或多個開ロ，其中，所述管中的至少ー個處于所述腔室內； 其中，所述設備定位于所述釬料儲存器上方和待釬焊的所述エ件下方，從而形成氣氛。
4.根據權利要求3所述的設備，其特征在于還包括覆蓋物，其放置于移動軌道上，由此所述エ件由所述覆蓋物運輸橫穿所述設備的頂表面，且所述覆蓋物還包括通風ロ，所述通風ロ與通風系統流體連通。
5.根據權利要求4所述的設備，其特征在于，所述覆蓋物包括多個薄板，所述多個薄板限定內部容積且所述內部容積與釬焊爐的通風排出ロ流體連通。
6.根據權利要求5所述的設備，其特征在干，所述覆蓋物還包括與所述惰化氣體源流體連通的入口。
7.根據權利要求3所述的設備，其特征在于，所述惰化氣體包括氖氣。
8.根據權利要求7所述的設備，其特征在于，所述惰化氣體還包括按重量計5%或更少的氫氣。
9.一種用于在エ件的波峰釬焊期間提供惰化氣氛的方法，所述方法包括 提供波峰釬焊機，其包括其中包含熔融釬料的釬料儲存器，至少ー個噴嘴，和至少ー個泵，所述至少ー個泵用以從熔融釬焊浴槽產生向上通過所述噴嘴的至少ー個釬焊波；將設備放置于所述釬料儲存器的至少ー個邊緣的頂部，其中，所述設備包括在頂表面上的至少ー個開ロ ；至少ー個凹槽，其擱置于所述釬料儲存器的至少ー個邊緣的頂部；以及，多個管，所述管包括與惰化氣體源流體連通的ー個或多個開ロ，其中，所述エ件和所述熔融釬料的頂表面限定氣氛； 沿著路徑傳遞所述エ件使得所述エ件的至少一部分接觸通過所述設備的開ロ發射的至少ー個釬焊波；以及 通過所述一個或多個管將惰化氣體引入到所述氣氛內，其中，所述至少ー個管處于外殼內； 其中，所述外殼包括基部，其包括與惰化氣體源流體連通的內部容積；頸部，其包括與所述基部流體連通的內部容積和開ロ；以及，帽，其靠近所述開ロ，其中，處于所述外殼中的管容納于所述基部內；并且 其中，所述惰化氣體通過所述管行進到所述外殼的內部容積內且通過由所述頸部和帽限定的開ロ到所述氣氛內。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于還包括覆蓋物，其運輸所述エ件橫穿所述設備，所述覆蓋物還包括通風ロ，所述通風ロ與通風系統流體連通。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述覆蓋物包括多個薄板，所述多個薄板限定內部容積且所述內部容積與釬焊爐的通風排出ロ流體連通。
12.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，所述覆蓋物還包括與惰化氣體源流體連通的入口。
13.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述惰化氣體包括氮氣。
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述惰化氣體還包括按重量計5%或更少的氫氣。
15.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述頸部還包括沿著其表面的一個或多個孔。
全文摘要
本申請涉及用于在釬焊期間提供惰化氣體的設備和方法。其中，描述了一種在向工件施加釬焊期間提供惰化氣體的設備和方法。在一方面，提供一種在工件的釬焊期間向釬料儲存器上方的氣氛內提供惰化氣體的外殼，其包括管，其與惰化氣體源流體連通，其中管包括一個或多個開口供惰化氣體流從中穿過；基部，管處于基部中且該基部包括內部容積；頸部，其包括開口和與基部的內部容積流體連通的內部容積；以及，帽，其靠近開口，其中惰化氣體源通過管行進到該內部容積內且通過由頸部和帽限定的開口到該氣氛內。
文檔編號B23K3/08GK102825359SQ20121014890
公開日2012年12月19日 申請日期2012年4月24日 優先權日2011年6月17日
發明者董春, 王開玉, 吳亮, R·高希, G·K·阿斯拉尼安 申請人:氣體產品與化學公司