專利名稱：用于在工件的釬焊期間提供惰化氣體的外殼和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(shè)備和方法。更具體而言，本文描述了一種在使用氮?dú)夂?或其它惰化氣體的波峰釬焊期間提供惰化氣體的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
諸如印刷線路板或電路板的工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工件被輸送通過釬焊浴槽。常規(guī)自動波峰釬焊設(shè)備包括焊劑涂覆(flux application)，預(yù)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(jī)運(yùn)輸，且其側(cè)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(yù)熱區(qū)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?dú)?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?dú)鈿夥障碌拟F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(shè)備產(chǎn)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，特別是在待釬焊的工件下方。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(jìn)一步增加。使用常用的無鉛釬料的過程溫度顯著地高于常規(guī)錫鉛釬料的溫度，這是由于常用無鉛釬料增加的熔點(diǎn)造成。這種過程溫度升高促進(jìn)了浮渣形成。而且，無鉛釬料的成本通常遠(yuǎn)高于常規(guī)錫鉛釬料的成本，且由浮渣形成造成的釬料浪費(fèi)相關(guān)聯(lián)的經(jīng)濟(jì)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(guī)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(zhì)對于無鉛釬料表面上的氧化狀態(tài)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(jié)省了釬料材料并減輕維護(hù)要求，而且也改進(jìn)了釬料濕潤且確保所形成的釬焊接頭的品質(zhì)。為了在現(xiàn)有波峰釬焊機(jī)中施加惰化氣氛，一種常用的方案是插入籠狀保護(hù)殼體，其具有安裝于內(nèi)部到熔融釬料儲存器內(nèi)的擴(kuò)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(kuò)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(kuò)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(kuò)散器管的方法(諸如使用填充了清潔溶液的超聲浴)極其困難且耗時。這些管的清潔必須定期執(zhí)行且能對管造成物理損壞。為了避免這些問題，擴(kuò)散器管通常在它們變得堵塞時替換掉而不是進(jìn)行清潔。這增加了終端使用者的總成本。因此，為了改進(jìn)在波峰釬焊中N2和/或其它惰化氣體的惰化應(yīng)用，需要設(shè)備、方法或二者滿足以下目的中的至少一個或多個。首先，需要惰化設(shè)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(chǎn)規(guī)模的釬料儲存器從而滿足應(yīng)用該技術(shù)的成本效益。其次，需要惰化設(shè)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(yīng)于并無電路板加載于釬料爐上方的情況。第三，需要惰化設(shè)備和方法使用安裝和維護(hù)簡單的設(shè)備，以最小化改造成本。此外，需要該設(shè)備或方法減少或排除多孔擴(kuò)散器管的堵塞以確保穩(wěn)定且長期持續(xù)的惰化性能。

實用新型內(nèi)容本文所述的設(shè)備和方法實現(xiàn)了使用氮?dú)夂?或其它惰化氣體惰化的上述目的中的至少一個或多個目的，其可比目前使用的相當(dāng)方法和設(shè)備更具有成本效益且更具有使用者友好性。在本申請的實施例中，一個或多個擴(kuò)散器管包含于外殼內(nèi)。在一特定實施例中，夕卜殼為瓶形且限定內(nèi)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(nèi)。外殼還具有延伸到開口的頸部和靠近開口的帽。包含于外殼內(nèi)，諸如在外殼基部中的擴(kuò)散器管具有通過它的惰化氣體流動。惰化氣體通過擴(kuò)散器管中的開口且到外殼的內(nèi)部容積內(nèi)。惰化氣體然后通過頸部且從開口出來，在那里，其被導(dǎo)向至釬料儲存器上方的氣氛(atmosphere)內(nèi)。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，封閉的至少一個擴(kuò)散器管包括中央擴(kuò)散器管(diffuser tube)或位于釬焊波(solder waves)之間的擴(kuò)散器管。在一替代實施例中，在釬料儲存器中采用三個擴(kuò)散器管且封閉所有三個擴(kuò)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。在本申請的一些實施例中，提供一種用于在工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(nèi)部容積；頸部，其包括開口和與基部的內(nèi)部容積流體連通的內(nèi)部容積；帽，其靠近所述開口 ；以及，管，其包括一個或多個開口供惰化氣體流從中穿過，其中管在基部內(nèi)且與惰化氣體源流體連通；其中惰化氣體行進(jìn)穿過管到基部和頸部的內(nèi)部容積內(nèi)且穿過開口出來。優(yōu)選的是，所述頸部還包括沿著其表面的一個或多個孔。優(yōu)選的是，在所述管中的開口為孔隙且平均孔隙大小為0.2μπι或更小。在本申請的其它實施例中，提供一種用于在工件的釬焊期間提供惰化氣體的設(shè)備，設(shè)備包括:在設(shè)備底部上的至少一個凹槽，其用于放置到釬料儲存器的至少一個邊緣上，其中釬料儲存器包含熔融釬料且其中凹槽的至少一個側(cè)壁和設(shè)備的至少一個壁限定在釬焊儲存器外的腔室；在設(shè)備頂表面上的至少一個開口，從釬料儲存器發(fā)射的至少一個釬焊波穿過至少一個開口且接觸工件；以及，一個或多個管，其包括與惰化氣體源流體連通的一個或多個開口，其中管中的至少一個位于腔室內(nèi)；其中設(shè)備定位于釬料儲存器上方且在待釬焊的工件下方從而形成氣氛。優(yōu)選的是，所述設(shè)備還包括覆蓋物，其放置于移動軌道上，由此所述工件由所述覆蓋物運(yùn)輸橫穿所述設(shè)備的頂表面，且所述覆蓋物還包括通風(fēng)口，所述通風(fēng)口與通風(fēng)系統(tǒng)流體連通。進(jìn)一步地，所述覆蓋物包括多個薄板，所述多個薄板限定內(nèi)部容積且所述內(nèi)部容積與釬焊爐的通風(fēng)排出口流體連通。再進(jìn)一步地，所述覆蓋物還包括與所述惰化氣體源流體連通的入口。優(yōu)選的是，所述設(shè)備還包括一個或多個凹槽且所述凹槽限定一個或多個腔室，一個或多個側(cè)擴(kuò)散器管位于所述一個或多個腔室中。優(yōu)選的是，所述釬料儲存器產(chǎn)生多個釬焊波且包括中央擴(kuò)散器管的外殼插置于所述釬焊波之間。優(yōu)選的是,所述惰化氣體包括氮?dú)?。進(jìn)一步地，所述惰化氣體還包括按重量計5%或更少的氫氣。優(yōu)選的是,所述惰化氣體包括選自下列的氣體:氮?dú)?，氫氣，氦氣，氖氣，氬氣，氪氣，氣氣，和其組合。在本申請的另外的實施例中，提供一種用于在工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(jī)，其包括:釬料儲存器，其中包含熔融釬料，至少一個噴嘴和至少一個泵，至少一個泵用于從熔融釬焊浴槽產(chǎn)生向上通過噴嘴的至少一個釬焊波；將設(shè)備放置于釬料儲存器的至少一個邊緣的頂部，其中設(shè)備包括:在頂表面上的至少一個開口，擱置于釬料儲存器的至少一個邊緣的頂部的至少一個凹槽；以及，多個管，管包括與惰化氣體源流體連通的一個或多個開口，其中工件和熔融釬料的頂表面限定氣氛；沿著路徑傳遞工件使得工件的至少一部分接觸通過設(shè)備開口發(fā)射的至少一個釬焊波；以及通過一個或多個管將惰化氣體引入到該氣氛內(nèi)，其中至少一個管在外殼內(nèi)；其中外殼包括:基部，其包括與惰化氣體源流體連通的內(nèi)部容積；頸部，其包括與基部流體連通的內(nèi)部容積和開口 ；以及，帽，其靠近開口，其中處于外殼中的管容納于基部內(nèi)；以及，惰化氣體通過管行進(jìn)至IJ外殼的內(nèi)部容積內(nèi)且通過由頸部和帽限定的開口到該氣氛內(nèi)。

圖1示出了本文所述的包括孔隙的擴(kuò)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(kuò)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(kuò)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(cè)視分解圖。圖2d提供了圖2a’所示的實施例的側(cè)視分解圖。圖3a提供了外殼或保護(hù)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(kuò)散器管。圖3b提供本文所述和圖3a所示的設(shè)備實施例的等距視圖。圖3c提供本文所述和圖3a所示的設(shè)備實施例的側(cè)視圖，其中，中央擴(kuò)散器的外殼部分地浸沒于熔融釬料內(nèi)。圖4a提供了實施例的側(cè)視圖，其中封閉了中央擴(kuò)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(shè)備實施例的頂視圖。[0031]圖5a提供了實施例的側(cè)視圖，其中封閉了中央擴(kuò)散器管和兩個側(cè)擴(kuò)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(shè)備實施例的頂視圖。圖6提供了可用于本文所述的設(shè)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，工件在移動軌道上行進(jìn)。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。
具體實施方式
通過本文所述的用于在釬焊期間進(jìn)行惰化保護(hù)的方法和設(shè)備來實現(xiàn)在本領(lǐng)域中目的中的至少一個或多個。本文所述的設(shè)備和方法提供在釬焊期間的惰化保護(hù)，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工件釬焊期間，可能會出現(xiàn)釬料顯著移動和旋流且工件表面增加的氧化。預(yù)計可使用本文所述的設(shè)備和方法，例如以改造現(xiàn)有波峰釬焊機(jī)。在操作中，在本文的一些實施例中，該設(shè)備放置于釬料儲存器上方且在移動軌道或用于運(yùn)輸待釬焊的工件的其它輸送機(jī)構(gòu)下方。容納于該設(shè)備內(nèi)的一個或多個擴(kuò)散器管路與諸如氮?dú)?，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?dú)夂蜌錃獾幕旌衔?，其包括按重量計高達(dá)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(shè)備和方法的一個目的在于在由待釬焊的工件表面和包含于釬料儲存器內(nèi)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(dāng)釬料儲存器上方不加載電路板時進(jìn)行測量。本文所述的設(shè)備預(yù)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(diǎn)或更高(例如，高達(dá)超過釬料熔點(diǎn)50°C)。本文所述的設(shè)備具有設(shè)置于釬料儲存器頂部的內(nèi)部容積，從而在待焊接的工件(其在釬料儲存器上方在移動軌道上在一個方向上輸送)與熔融釬料表面之間限定氣氛。在一些實施例中，工件由在設(shè)備側(cè)邊緣的移動軌道或輸送機(jī)指狀物支承且指狀物穿過釬焊波。在其它實施例中，工件在它們輸送經(jīng)過波峰釬焊機(jī)時支承于托盤、固定件或框架上。釬料儲存器中具有一個或多個噴嘴，其投射由釬料泵所產(chǎn)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(yīng)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(yīng)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(shè)備頂表面中的一個或多個開口而接觸待釬焊的工件表面。在此過程中，該設(shè)備額外地包括一個或多個擴(kuò)散器管，其包括與諸如N2的惰化氣體源流體連通的一個或多個開口、孔口、槽、穿孔或孔隙，使得惰化氣體穿過管的內(nèi)部容積且通過管的開口或孔隙出來到該氣氛內(nèi)。這樣一來，在工件穿過釬焊波時，惰化氣體均勻地覆蓋工件的下表面，前邊緣，后邊緣和側(cè)邊緣。在本文所述的設(shè)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(shè)備大小以增強(qiáng)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(tài)熔融釬料表面或者在釬料儲存器中設(shè)備的基地面外部的區(qū)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(nèi)的熔融釬料的溫度。本文所述的設(shè)備和方法包括一個或多個擴(kuò)散器管，擴(kuò)散器管包括內(nèi)部容積和一個或多個開口，一個或多個開口可為(但不限于)孔隙、孔、槽、通風(fēng)口、孔口、穿孔或允許氮?dú)夂?或其它惰化氣體傳遞到管的內(nèi)部容積內(nèi)且通過管開口出來的其它方式。在一特定實施例中，管為多孔的且包括大約0.2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(yīng)例如N2的惰化氣體通過管的內(nèi)部容積且通過管的開口或孔隙出來到由儲存器中的熔融釬料表面和所輸送的工件限定的區(qū)域內(nèi)。通過封閉多孔擴(kuò)散器管中的至少一個，本文所述的設(shè)備通過防止由于釬料噴濺和焊劑蒸氣冷凝而堵塞擴(kuò)散器管的開口或孔隙而滿足本領(lǐng)域中需求的一個或多個。就此而言，解決位于中央的擴(kuò)散器管的堵塞問題是較難的任務(wù)，因為中央擴(kuò)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(kuò)散器直徑相同，使得不存在足夠空間來提供在中央擴(kuò)散器周圍具有開放槽的保護(hù)殼。本設(shè)備的一實施例通過在外殼中容納中央擴(kuò)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(nèi)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口產(chǎn)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口。一個或多個孔被設(shè)計成允許釬料通過外殼頸部，從而改進(jìn)了在釬料儲存器內(nèi)的釬料流動，特別是當(dāng)外殼定位于兩個釬焊波之間時?？卓蔀閳A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(dāng)采用多于一個孔時，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(xiàn)改進(jìn)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，在外殼頸部中的一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。在本申請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口時引導(dǎo)惰化氣體的流動。該覆蓋物可為單獨(dú)的且可與頸部分開，或者其可在一個或多個點(diǎn)固結(jié)到頸部上以便保持覆蓋物就位。當(dāng)覆蓋物為單獨(dú)的且與頸部分開時，可通過將覆蓋物固結(jié)到另一表面上，諸如到設(shè)備的殼體或壁上的一個或多個點(diǎn)且通過任何合適附連方法而將其保持就位。舉例而言，該覆蓋物可由一個或多個螺釘，銷，夾子，通過焊接或通過另外的機(jī)制而附連到頸部上，附連到設(shè)備的壁上，或者到另一表面上。本文所述的設(shè)備和方法的優(yōu)點(diǎn)包括下列中的一個或多個:1)擴(kuò)散器為封閉的，從而避免了由于噴濺的釬料導(dǎo)致的管開口的可能堵塞；2)外殼的頸部窄且包括導(dǎo)熱材料，導(dǎo)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(jī)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(kuò)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(nèi)而不阻擋或干擾波的動態(tài)移動。在某些實施例中，較低的氧氣讀數(shù)，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(kuò)散器管而實現(xiàn)，其中氧氣測量在釬料罐上方不加載電路板的情況下進(jìn)行。[0046]在一特定實施例中，擴(kuò)散器管中至少一個容納于保護(hù)外殼的基部內(nèi)且外殼的至少一部分浸沒于熔融釬料內(nèi)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(dāng)熱導(dǎo)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(yù)熱或者熱傳導(dǎo)，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?dú)?在周圍溫度供應(yīng)到擴(kuò)散器管且在其行進(jìn)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(yù)熱。在波峰釬焊設(shè)備內(nèi)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(shè)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(yīng)了解這些尺寸可取決于波峰釬焊設(shè)備的構(gòu)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(kuò)散器管和一個或多個側(cè)擴(kuò)散器管的某些實施例中，僅中央擴(kuò)散器管包入于本文所述的外殼中。在替代實施例中，中央擴(kuò)散器管和側(cè)擴(kuò)散器管中的一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(shè)備包括殼體，殼體包含一個或多個擴(kuò)散器管和內(nèi)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(jìn)入側(cè)，位于釬料儲存器的工件引出側(cè)，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(nèi)部容積以允許惰化氣體流入到擴(kuò)散器管內(nèi)且出來到該容積內(nèi)，其中外殼的至少一部分接觸或浸沒于熔融釬料內(nèi)。外殼還包括帶有開口和帽的頸部，其允許惰化氣體流經(jīng)頸部從由口部和帽限定的開口出來且到該氣氛內(nèi)。在某些實施例中，在外殼頸部開口上的帽的截面為倒置U形、V形或C形。在諸如其中封閉側(cè)擴(kuò)散器中的一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(shè)備的底側(cè)提供惰化氣體進(jìn)入到由設(shè)備和熔融釬料表面限定的氣氛內(nèi)的方向。在某些實施例中，外殼的至少一部分例如可為設(shè)備的豎直壁的部分，諸如用于側(cè)擴(kuò)散器管中一個或多個的外殼。將一個或多個擴(kuò)散器管放置于外殼內(nèi)且到釬焊浴槽內(nèi)避免了與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的多孔管直接浸沒和/或接觸釬焊浴槽的先前問題，因為擴(kuò)散器管容納于外殼內(nèi)，外殼防止熔融釬料堵塞多孔管的開口。在本文所述的設(shè)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乙烯(PTFE)涂層，其可以商標(biāo)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(shè)備的一實施例中，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(yīng)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(dá)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(jī)(礦物質(zhì)基)涂層，且其可在450°C維持其完整性并避免在高溫產(chǎn)生有毒蒸氣。[0052]在中央擴(kuò)散器管處于具有C形，U形或V形帽的瓶形外殼內(nèi)且還處于一對或多對釬焊波之間的一特定實施例中，在釬料儲存器中溶解的焊劑能由于熔融釬料的持續(xù)動態(tài)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(dāng)在外殼頸部和/或帽表面上的液體焊劑蒸發(fā)或熱分解時，固態(tài)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(shè)備的例行維護(hù)的時間和費(fèi)用。不粘涂層也能涂覆到設(shè)備的內(nèi)表面或者頂部覆蓋物的內(nèi)表面的至少一部分上，以允許容易地清潔。在本文所述的設(shè)備和方法的又一實施例中，該設(shè)備還包括安裝于移動軌道上的可選覆蓋物，從而形成供工件穿過它的隧道?？蛇x覆蓋物還包括通風(fēng)孔，通風(fēng)孔與波峰釬焊機(jī)的通風(fēng)排出口流體連通，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(jī)器通風(fēng)排出口的中心孔。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(fēng)排出口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(dāng)工件或電路板在覆蓋物下方傳遞時，在釬焊區(qū)域內(nèi)產(chǎn)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工件或電路板的情況，從如本文所述封閉于惰化設(shè)備中的一個或多個擴(kuò)散器產(chǎn)生的惰化氣體能吸入到覆蓋物的雙層空間下方的容積內(nèi)，從而形成邊界惰化氣體幕來最小化進(jìn)入到該容積內(nèi)的空氣。圖1提供了在本文所公開的設(shè)備和方法中使用的多孔管或擴(kuò)散器的一實施例。多孔管10被描繪為圓柱形管，其具有內(nèi)部容積15，內(nèi)部容積15允許諸如氮?dú)夂?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(yīng)。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(tǒng)稱作“穿孔”)，其允許氣體從內(nèi)部容積15流入到釬焊浴槽，外殼的內(nèi)部容積(未圖示)，由熔融釬料表面(未圖示)和待釬焊的工件(未圖示)的下側(cè)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(yù)計可使用其它幾何形狀，諸如(但不限于)環(huán)形、正方形、矩形、橢圓形等。穿孔20被設(shè)計成使得氣體流動由例如圓形孔狹窄地導(dǎo)向，圓形孔如在圖1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。在另一實施例中，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(jìn)一步從內(nèi)部容積15導(dǎo)入至釬焊浴槽(未圖示)和/或在釬焊浴槽與工件之間的間隙。穿孔20的平均孔隙大小可在0.05微米至100微米，或者0.1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(yōu)化在多孔管10上的穿孔大小和數(shù)量以追求從多孔管出來的氣態(tài)N2層流。在這些或其它實施例中，優(yōu)選N2和/或其它惰化氣體層流來最小化從待惰化的釬焊區(qū)域(例如，工件，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(cè)視圖，該外殼2000包括擴(kuò)散器管10’，擴(kuò)散器管10’帶有在先前所述的一個或多個穿孔20’。如本文所述的那樣，封閉的擴(kuò)散器管可用作中央擴(kuò)散器管，一個或多個側(cè)擴(kuò)散器管或其組合。擴(kuò)散器管10’具有一個或多個穿孔20’且容納于外殼基部2010內(nèi)?；?010與惰化氣體源(未圖示)流體連通且容納擴(kuò)散器管10’并包括內(nèi)部容積2015，內(nèi)部容積2015允許惰化氣體源流入到內(nèi)部容積2015內(nèi)且到擴(kuò)散器管10’內(nèi)，如由箭頭2017所示的那樣。認(rèn)為將多孔管包入于外殼內(nèi)能最小化焊劑和釬料堵塞擴(kuò)散器開口的機(jī)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(yù)計可使用其它幾何形狀，諸如(但不限于)環(huán)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(nèi)部容積2025，內(nèi)部容積2025與基部的內(nèi)部容積流體連通。外殼2000還包括帽2030，帽203靠近頸部2020的口部，頸部2020的口部限定開口 2027，惰化氣體通過開口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(nèi)部容積2015，通過擴(kuò)散器管10’，通過穿孔20’出來且到頸部2020的內(nèi)部容積2025內(nèi)。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可包括一個或多個孔2023，釬料能穿過一個或多個孔2023，從而改進(jìn)了在釬焊設(shè)備內(nèi)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一個實施例的頂視圖、等距視圖和側(cè)視圖。參看圖3a和圖3c，設(shè)備30放置于波峰釬焊設(shè)備70上以在波峰釬焊操作期間提供惰化氣氛。波峰釬焊設(shè)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(未圖示)，釬焊波由釬料泵(未圖示)產(chǎn)生。參看圖3a至圖3c，設(shè)備30具有頂表面35，頂表面35可從設(shè)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還包括至少一個開口 40，通過開口 40，從包含于釬料儲存器75內(nèi)的熔融釬料80發(fā)射的至少一個釬焊波通過噴嘴185且接觸沿著移動軌道(未圖示)傳遞的工件。參看圖3a至圖3c，設(shè)備30還包括在設(shè)備30底部上的至少一個凹槽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(shè)備30可包括多于一個凹槽，其允許將設(shè)備30放置于釬料儲存器75頂部上且將前擴(kuò)散器155和后擴(kuò)散器155放置于釬料罐區(qū)域外，如圖3a和圖3c所示的那樣。本文所述的設(shè)備的其它實施例可具有僅一個凹槽來將前擴(kuò)散器155定位于釬料罐區(qū)域外。本文所述的設(shè)備的另外的實施例并不具有一個或多個凹槽，而是具有多個凸緣，其允許設(shè)備定位或放置在釬料儲存器上且將所有擴(kuò)散器定位于釬料罐區(qū)域內(nèi)，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(cè)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(shè)備30內(nèi)。多孔管10’經(jīng)由管路(在圖3a中以點(diǎn)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(shè)備和方法的惰化氣體可包括氮?dú)?、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(nèi)之前預(yù)熱。應(yīng)了解圖3a至圖3c所示的實施例可取決于波峰釬焊機(jī)的構(gòu)造而改變?，F(xiàn)參看圖3b和圖3c，設(shè)備30還包括由熔融釬料表面(未圖示)、工件(未圖示)、前壁33、后壁37和側(cè)壁43和47限定的內(nèi)部容積69。設(shè)備30還包括至少一個擴(kuò)散器管10’，擴(kuò)散器管10’具有容納于外殼內(nèi)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(nèi)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(diǎn)的溫度。[0059]圖3b提供了本文所述設(shè)備30的實施例的等距視圖。參看圖3b和圖3c，設(shè)備30放置于波峰釬焊設(shè)備70上以在波峰釬焊操作期間提供惰化氣氛。波峰釬焊設(shè)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(chǎn)生。設(shè)備30具有頂表面35，頂表面35可從設(shè)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還包括至少一個開口 40，經(jīng)過至少一個開口 40從包含于釬料儲存器175內(nèi)的熔融釬料80發(fā)射的至少一個釬焊波通過噴嘴185且接觸沿著移動軌道(未圖示)傳遞的工件。在其它實施例中，本文所述的設(shè)備可包括多個凸緣(未圖示)，其允許設(shè)備定位或放置于釬料儲存器上。多孔管10’經(jīng)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(shè)備和方法的惰化氣體可包括氮?dú)?、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(nèi)之前預(yù)熱。應(yīng)了解圖3a至圖3c所示的實施例可取決于波峰釬焊機(jī)的構(gòu)造而改變。參看圖3c或本文所限定的設(shè)備30的實施例的側(cè)視圖，通過將凹槽45放置于釬料儲存器75的至少一個邊緣上而將設(shè)備30放置于波峰釬焊設(shè)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(yùn)輸待釬焊的工件100。至少一個或多個釬料泵(未圖示)用于通過噴嘴185產(chǎn)生多個釬焊波115。多個釬焊波115通過設(shè)備30中的開口接觸工件100底側(cè)。引入到封閉多孔擴(kuò)散器管內(nèi)的惰化氣體容納于釬料儲存器75外部的腔室(未圖示)內(nèi)。在圖3c所示的實施例中，擴(kuò)散器管155位于釬料儲存器75的進(jìn)入口和引出口處。在再一實施例中，擴(kuò)散器管10’中的一個或多個垂直于釬焊波(未圖示)方向定向。擴(kuò)散器管10’中的至少一個容納于外殼內(nèi)，外殼包括具有內(nèi)部容積的基部2010，具有內(nèi)部容積和開口 2027的頸部2020和靠近頸部開口 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。惰化氣體填充在工件100下方且在熔融釬料表面80上方的視作120的區(qū)域或氣氛。圖4a和圖4b提供了本文所述的設(shè)備930的實施例的側(cè)視圖和頂視圖，其中第一多孔管955、第二多孔管955’和中央擴(kuò)散器管10’在釬料儲存器975內(nèi)，且中央擴(kuò)散器管10’容納于外殼內(nèi)，其中外殼的至少一部分浸沒于釬料儲存器975內(nèi)。設(shè)備930并不具有凹槽以將前擴(kuò)散器和后擴(kuò)散器或者第一擴(kuò)散器和第二擴(kuò)散器定位于釬料儲存器975外，諸如在圖3a至圖3c中所描繪的那些。替代地，設(shè)備930具有多個凸緣967，其允許設(shè)備930放置于釬料儲存器975頂部。設(shè)備930被圖示為由諸如金屬的雙壁材料構(gòu)成，其限定至少一個腔室950，至少一個腔室950容納諸如圖示的955和955’的多孔管中的至少一個。工件923在設(shè)備930上方在箭頭925所示的方向上行進(jìn)且與從噴嘴985所發(fā)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(nèi)，向由930的雙層材料限定的容積內(nèi)和向釬料儲存器975中熔融釬料表面、工件923和設(shè)備930的壁限定的內(nèi)部容積內(nèi)提供惰化氣氛或N2氣氛。圖5a和圖5b提供一實施例的側(cè)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(nèi)，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(nèi)且加熱外殼到高于釬料熔點(diǎn)的溫度。設(shè)備530并不具有凹槽來將第一擴(kuò)散器和第二擴(kuò)散器定位于釬料儲存器區(qū)域575外。設(shè)備530具有多個凸緣567，其允許設(shè)備530放置于釬料儲存器575頂部。圖6提供了放置于設(shè)備30和移動軌道(未圖示)上使得工件穿過它行進(jìn)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口 95。可選覆蓋物90還具有通風(fēng)口 97，通風(fēng)口 97與波峰釬焊機(jī)的通風(fēng)排出口(未圖示)流體連通以移除在釬焊站的氣氛內(nèi)的任何焊劑蒸氣。圖7提供了設(shè)備830的一實施例，設(shè)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上的工件(未圖示)通過。圖7提供了設(shè)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(jī)(未圖示)的通風(fēng)管路流體連通?？蛇x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(fēng)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(但不限于)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可包括惰化氣體入口 895，惰化氣體入口 895與惰化氣體源(未圖示)流體連通以進(jìn)一步輔助將焊劑蒸氣和空氣從釬焊區(qū)域清除出來。在某些實施例中，當(dāng)電路板在覆蓋物890下方傳遞時，在釬焊區(qū)域內(nèi)產(chǎn)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并未由工件覆蓋的情形中，由多個多孔管(未圖示)產(chǎn)生的惰化氣體能吸入到覆蓋物890的雙層空間內(nèi)從而形成邊界惰化氣體幕，以最小化從外部環(huán)境進(jìn)入到釬料儲存器870上方的氣氛920內(nèi)的空氣。雖然參考其具體實例和實施例詳細(xì)地描述了設(shè)備和方法，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不偏離本申請的精神和范圍的情況下能對該設(shè)備和方法做出各種變化和修改。實例比較實例1:中央擴(kuò)散器的初始設(shè)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(jìn)行測量:點(diǎn)a(靠近第一釬焊波的左邊緣)；點(diǎn)13(靠近第一波的中部表面)；點(diǎn)(:(在兩個釬焊波之間)；點(diǎn)(1(靠近第二釬焊波的中部表面)；以及，點(diǎn)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(kuò)散器的兩種不同設(shè)計。表I為與第一設(shè)計相關(guān)的結(jié)果。在第一設(shè)計中，中央擴(kuò)散器封閉于金屬保護(hù)管內(nèi)。保護(hù)管包含多行開口槽以允許惰性氣體流動且由PTFE涂層覆蓋以提供不粘性質(zhì)。在表2中，中央擴(kuò)散器管也封閉于帶槽且涂層的保護(hù)管內(nèi)，但并非在其表面上具有多行槽，該擴(kuò)散器管具有朝向下方向的兩個縱向槽。表1:氧氣濃度-PTFE涂層管(多行槽)且內(nèi)多孔擴(kuò)散器作為中部擴(kuò)散器
權(quán)利要求1.種用于在工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(nèi)部容積， 頸部，其包括開口和與所述基部的內(nèi)部容積流體連通的內(nèi)部容積， 帽，其靠近所述開口，以及 管，其包括一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(nèi)且與所述惰化氣體源流體連通； 其中，所述惰化氣體行進(jìn)穿過所述管到所述基部和頸部的內(nèi)部容積內(nèi)且穿過所述開口出來。
2.據(jù)權(quán)利要求1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.據(jù)權(quán)利要求1所述的外殼，其特征在于，在所述管中的開口為孔隙且平均孔隙大小為0.2 μ m或更小。
4.種用于在工件的釬焊期間提供惰化氣體的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 在所述設(shè)備的底部上的至少一個凹槽，其用于放置到釬料儲存器的至少一個邊緣上，其中，所述釬料儲存器包含熔融釬料且所述凹槽的至少一個側(cè)壁和所述設(shè)備的至少一個壁限定在所述釬焊儲存器外側(cè)的腔室； 在所述設(shè)備的頂表面上的至少一個開口，從所述釬料儲存器發(fā)射的至少一個釬焊波穿過所述至少一個開口且接觸所述工件；以及 一個或多個管，其包括與惰化氣體源流體連通的一個或多個開口，其中，所述管中的至少一個處于所述腔室內(nèi)； 其中，所述設(shè)備定位于所述釬料儲存器上方和待釬焊的所述工件下方，從而形成氣氛。
5.據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于還包括覆蓋物，其放置于移動軌道上，由此所述工件由所述覆蓋物運(yùn)輸橫穿所述設(shè)備的頂表面，且所述覆蓋物還包括通風(fēng)口，所述通風(fēng)口與通風(fēng)系統(tǒng)流體連通。
6.據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)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(nèi)部容積且所述內(nèi)部容積與釬焊爐的通風(fēng)排出口流體連通。
7.據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述覆蓋物還包括與所述惰化氣體源流體連通的入口。
8.據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括一個或多個凹槽且所述凹槽限定一個或多個腔室，一個或多個側(cè)擴(kuò)散器管位于所述一個或多個腔室中。
9.據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述釬料儲存器產(chǎn)生多個釬焊波且包括中央擴(kuò)散器管的外殼插置于所述釬焊波之間。
10.據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述惰化氣體包括氮?dú)狻?br> 11.據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)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。
12.據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述惰化氣體包括選自下列的氣體:氮?dú)?，氫氣，氦氣，氖氣，IS氣，氪氣，氣氣，和其組合。
專利摘要本申請涉及用于在工件的釬焊期間提供惰化氣體的外殼和設(shè)備。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(shè)備。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(nèi)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(nèi)部容積；頸部，其包括開口和與基部的內(nèi)部容積流體連通的內(nèi)部容積；以及，帽，其靠近開口，其中惰化氣體源通過管行進(jìn)到該內(nèi)部容積內(nèi)且通過由頸部和帽限定的開口到該氣氛內(nèi)。
文檔編號B23K3/08GK202922063SQ20122021106
公開日2013年5月8日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)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(chǎn)品與化學(xué)公司