專利名稱：金屬表面干法處理的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對至少一部分金屬表面進行干法表面處理的方法，這種方法是，使用一種含有受激物質(zhì)或不穩(wěn)定物質(zhì)的處理氣體在接近大氣壓的壓力下對表面部分進行處理。
這種表面處理例如可以在板狀產(chǎn)品或空心體產(chǎn)品的生產(chǎn)或增值生產(chǎn)過程中，在電子電路、例如印刷電路板的制造中，常常用于對表面進行清洗或稀釋，使表面清除油垢或進行活化，然后再進行后一道工序，例如退火，鍍鋅、鋁、錫或其合金，焊接(例如將電子元件焊接在印刷電路板上)，或者涂覆有機涂層、例如油漆或涂料，或者涂覆無機涂層、例如氮化物或硅基薄膜。
在印刷電路板制造方面，這些金屬表面處理步驟尤其是除垢、清洗、清理連接孔(“去污”)、或者鍍錫或焊接之前的助熔處理。
文獻EP-658391和EP-658637描述了這種干法表面處理方法的實施例。
為了使電子元件焊接在電子電路尤其是印刷電路板上，最常用的兩種焊接方法是“波焊”和“熔焊”。
在熔焊方法中，一種含有金屬合金和熔劑混合物的焊劑涂覆在印刷電路上的元件連接部位，然后，元件置于電路板上。接著，配有這些元件的電路板插入到一個熔焊爐中，進行一定的加熱，以便使金屬合金熔融以及使焊劑中含有的熔劑成分活化。
波焊在于使配有待焊接電子元件的電路板與通過一個噴嘴使一個槽中裝有的一種焊劑循環(huán)而獲得的液態(tài)焊劑合金的一個或若干波浪相接觸。
一般來說，電路在波焊設備的上游區(qū)域借助于一個熔劑噴霧器或一個助熔處理泡沫塑料件預先進行助熔處理，然后進行預熱，激活預先涂覆的熔劑，以便對要焊接的表面進行清洗，除去氧化物或有機污染物。
就熔焊而言，為了讓合金使鍍金屬表面具有活性，形成接合，必須進行鍍金屬表面除垢，即對印刷電路板及其所配有的元件進行除垢。一般用一種可呈液態(tài)或氣態(tài)的除垢劑進行這種除垢。
為了用氣體法進行除垢，可以對印刷電路使用一種含有受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)的氣流，這種氣流在焊接之前使鍍金屬表面除垢。
在焊接或鍍錫前對金屬表面進行干法助熔處理方面，本申請人提出，為了進行有效除垢，必須使化學物質(zhì)處理所有鍍金屬表面，包括電路板連接部位上的孔以及插入到元件通孔中的元件支腳。
顯然，根據(jù)目前使用的干法處理方法，盡管對印刷電路板進行處理的氣流一般沿基本同電路板相垂直的方向進行發(fā)送，但是，氣流會散開，以致微粒尤其是周邊的微粒同電路板的表面呈切向移動。
因此，這種除垢方法必須進一步加以改進，尤其是要有效和有系統(tǒng)地確保電路板上的孔的除垢，以便使稱為“線腳”或“插腳”的電子元件支腳插入。
本發(fā)明旨在提出一些改進之處。
根據(jù)本發(fā)明，受激或不穩(wěn)定物質(zhì)具有一個基本同表面相垂直的速度分量。
因此，本發(fā)明涉及一種對至少一部分金屬表面進行干法表面處理的方法，根據(jù)這種方法，使用一種含有受激或不穩(wěn)定物質(zhì)的處理氣流在接近大氣壓的壓力下對表面部分進行處理，其特征在于，局部增大處理氣體對金屬表面的壓力，使化學物質(zhì)沿著基本同所述表面相垂直的方向進行移動。
另外，本發(fā)明方法可以包括以下一個或多個特征-處理氣體基本上沒有帶電荷物質(zhì)；-處理氣體從一種初始氣體混合物以及必要時從一種相鄰氣體混合物而獲得，初始氣體混合物在至少一個形成受激或不穩(wěn)定氣體物質(zhì)的裝置的氣體出口處獲得，一種初始氣體混合物在所述裝置中進行轉(zhuǎn)換，包括一種惰性氣體和/或一種還原氣體和/或一種氧化氣體，相鄰混合物不通過裝置進行轉(zhuǎn)換；-由于處理氣流朝表面沿著一般同表面相垂直的方向進行發(fā)送，在周邊具有基本沿著同表面相切的方向進行運動的受激或不穩(wěn)定微粒，因此，在氣流的周邊增大處理氣流對表面的壓力；-通過至少一種與表面相垂直地進行噴射的驅(qū)動氣流，增大處理氣體對表面的壓力；-驅(qū)動氣體包括氮氣；-或者，由于待處理表面部分布置在一個處理室中，因此，通過至少一個朝向表面的鼓風機，增大處理氣體對表面的壓力，使處理氣流沿著基本同表面相垂直的方向沖擊所述表面；-使一種初始氣體通過放電而獲得受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)；-含有受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)的處理氣體從一種含有氮氣和氫氣的還原初始氣體混合物獲得。
形成受激或不穩(wěn)定氣體物質(zhì)的裝置的實施例在文獻EP-658391中有所描述。
本發(fā)明還涉及一種對電路上的電子元件進行波焊的方法，在這種波焊過程中-將元件置于電路的連接部位上，-使用一種含有受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)的處理氣流，在接近大氣壓的壓力下，對電路進行助熔處理，-使配有元件的電路與一種焊劑合金的至少一個波浪相接觸，其特征在于，在對電子電路進行助熔處理的過程中，局部增大處理氣體對所述電路的壓力，使化學物質(zhì)沿基本同所述電路相垂直的方向進行移動。
本發(fā)明還涉及一種使用上述方法對至少一部分金屬表面進行處理的設備，其特征在于，這種處理設備包括一個含有受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)的處理氣體的氣源、一個包括所述至少一部分金屬表面的工件的輸送裝置，可以使所述工件與一種處理氣流相接觸，其特征在于，它包括用于局部增大處理氣體對每個工件的壓力的裝置，使化學物質(zhì)沿基本同所述工件相垂直的方向進行移動。
本發(fā)明還涉及一種使用上述方法對電路上的電子元件進行波焊的設備，其特征在于，這種波焊設備包括一個電路輸送裝置，該輸送裝置穿過至少一個電路助熔處理裝置，通過一種含有受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)的處理氣流對所述電路進行處理，所述電路在其至少一個面上在元件連接部位配有元件，然后穿過一個裝有一種焊劑合金的槽，對所述元件進行焊接，其特征還在于，至少一個所述助熔處理裝置包括用于局部增大處理氣流對每個電路的壓力的裝置，使化學物質(zhì)沿基本同所述電路相垂直的方向進行移動。
下面參照附圖及非限制性實施例對本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點加以描述。
附圖如下

圖1是本發(fā)明一個波焊設備的示意圖；圖2是圖1所述波焊設備中助熔處理裝置的一個形成受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)的裝置的剖面示意圖；圖3示出第一實施例中用于局部增大處理氣體對一個工件的壓力的裝置；圖4示出第二實施例中用于局部增大處理氣體對一個工件的壓力的裝置。
如圖1所示，本發(fā)明的波焊設備就所示的實施例而言，包括一個輸送裝置10，該輸送裝置將電路12(這里例如是印刷電路板)從一個第一電路板預熱工位14輸送到一個對電路板12進行處理的裝置16，在焊接之前，通過受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)對所述電路板進行處理，然后輸送到一個波焊工位18，在這里，配有待焊接電子元件的電路板與一種焊劑合金的至少一個波浪相接觸。
如圖1所示，輸送裝置10包括一個或若干輸送帶、例如20，在圖1中，所述輸送帶以虛線示出，印刷電路板12布置在所述輸送帶上。
每個電路板12這里配有一組橫向孔，電子元件例如22和24的適于焊接的支腳插入到這些孔中。
如圖1所示，輸送帶20在兩個導向滾輪例如26之間延伸，其中至少一個是主動導向滾輪。
布置在輸送帶20上的電路板12首先從第一預熱工位14進行輸送，在該預熱工位布置有一個適當?shù)臒崽幚硌b置28，然后輸送到第二助熔處理工位16，在這里，電路板通過與受激或不穩(wěn)定氣體物質(zhì)的接觸進行去污和脫氧。
接著，如此經(jīng)過助熔處理的電路板在焊接工位18同焊劑合金的至少一個波浪30相接觸，所述波浪30通過一個噴嘴34對一個槽32中裝有的一種焊劑進行泵送而獲得。
這里，使一種適當?shù)某跏細怏w、例如一種含有例如氮氣和氫氣的還原氣體混合物經(jīng)過一個形成受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)的裝置、例如36，通過所述初始氣體的放電，獲得在助熔處理工位16對電路板12進行處理的受激或不穩(wěn)定氣體物質(zhì)。
如圖2所示，每個形成受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)的裝置36就所示的實施例而言，包括一個第一管狀電極37，該電極例如由一個金屬部件38的一個內(nèi)表面形成，其中，同心地布置有一個組件，該組件由一個用絕緣材料、例如陶瓷制成的管40構(gòu)成，在其內(nèi)表面上通過噴鍍金屬配置一個第二電極41，為清晰起見，圖2中夸大了其厚度。
絕緣管40和第二電極41同第一電極37一起確定一個管狀通道42，并且在內(nèi)部確定一個內(nèi)部空間44，一種冷卻液在所述內(nèi)部空間中循環(huán)。
部件38在完全相對的部位包括兩個縱向縫隙46和48，分別形成要在通道42中激活的初始氣體的入口以及含有受激或不穩(wěn)定氣體物質(zhì)的處理氣流的出口。
縫隙46和48在腔室42的整個軸向長度上進行延伸。
另外，部件38最好在第一電極37的周邊還包括導管、例如50，以便一種冷卻液例如水通過。
另外，如圖2所示，氣體入口縫隙46與一個均勻室52相連通，該均勻室在一個殼體54中形成，所述殼體同部件38相連接，并且包括一個初始氣體入口管56。
組件包括一個高壓高頻發(fā)電機58，用于對在氣體通道42中循環(huán)的氣體混合物進行放電，以便激活進入裝置的氣體分子，從而在出口48產(chǎn)生一種處理氣體混合物，這種處理氣體混合物含有受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)但是基本上沒有帶電荷物質(zhì)，使印刷電路板20(見圖1)的外表面脫氧和去污。
對于本領域技術人員顯而易見的是，電路板這里處于放電后的狀態(tài)。
因此，每個形成受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)的裝置36在出口產(chǎn)生一種含有所述化學物質(zhì)的氣流，這些化學物質(zhì)一般沿著同待處理電路板12的表面相垂直的方向進行發(fā)送。
如圖3和4所示，含有用于確保電路板助熔處理的化學物質(zhì)的氣流呈喇叭狀散開，以致位于氣流周邊的微粒沿基本同電路板的表面相平行的方向進行移動。
如前所述，對于處理電路板上用于安裝元件的孔來說，這部分氣流具有較小的有效性。
為了克服該缺陷，根據(jù)本發(fā)明，使受激微粒基本同電路板相垂直地進行擴散，以便進入到這些孔中。
為此，局部增大含有所述化學物質(zhì)的氣流對每個電路板12的壓力。
最好是，如果受激微粒位于處理氣流的周邊，則在處理氣流的周邊增大所述氣流的壓力。
根據(jù)圖3所示的第一實施例，使用一束輔助驅(qū)動氣體(未經(jīng)放電)、例如氮氣或一種與之類似的用于產(chǎn)生受激微粒的氣體、例如與氫氣混合的氮氣，必要時使用水蒸氣，使受激氣流的壓力增大。
如圖3所示，驅(qū)動氣體射流由一個驅(qū)動裝置60產(chǎn)生，該驅(qū)動裝置適于沿基本同孔的軸線相平行的方向即同待處理表面相垂直的方向，如箭頭F所示，以較大的速度、例如10-100米/秒的速度，從一個容器62噴射驅(qū)動氣體。
驅(qū)動裝置60例如可以由一個文氏效應裝置或一個流量增壓器構(gòu)成。
在驅(qū)動氣體射流的作用下，受激或不穩(wěn)定微粒由此沿著同待處理孔的軸線相平行地進行運動。
這樣，使受激微粒氣流處理的區(qū)域的寬度得到很大增加。
根據(jù)圖4所示的另一個實施例，由于每個電路板在助熔工位16位于一個最好是密封的容器中，因此，通過至少一個鼓風機64使處理氣體對電路板的壓力增大，所述鼓風機朝向電路板，布置在氣流的周邊，以便在該區(qū)域使處理氣流沿著基本同電路板相垂直的方向進行運動。
在該實施例中，驅(qū)動氣體取自容器中的處理氣體。
在圖3所示的實施例中，也可以借助于所述驅(qū)動裝置大大增加由含有受激或不穩(wěn)定物質(zhì)的氣流所處理的表面面積。
盡管本發(fā)明涉及到一些具體實施例，但它不限于這些實施例，本領域技術人員可以在后面權(quán)利要求書的范圍內(nèi)進行改進而實施其它的實施例。
因此，盡管本發(fā)明已經(jīng)具體地舉例說明使元件焊接在電子電路上的波焊情況，但是，除了用于對單層或多層印刷電路板制造中使用的表面進行處理(除垢、清洗、清理連接孔-“去污”、鍍錫或鍍其它金屬鍍層之前的助熔處理)、以及用于其它類型的金屬表面的其它行業(yè)中以外，本發(fā)明還廣泛地應用于其它的表面處理。
權(quán)利要求
1.一種對至少一部分金屬表面進行干法表面處理的方法，根據(jù)這種方法，使用一種含有受激或不穩(wěn)定物質(zhì)的處理氣流在接近大氣壓的壓力下對表面部分進行處理，其特征在于，局部增大處理氣體對金屬表面部分的壓力，使化學物質(zhì)沿著基本同所述表面相垂直的方向進行移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)由一種初始氣體經(jīng)過放電而獲得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述處理氣體基本上沒有帶電荷物質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述處理氣體從一種初始氣體混合物以及必要時從一種相鄰氣體混合物而獲得，所述初始氣體混合物在至少一個形成受激或不穩(wěn)定氣體物質(zhì)的裝置的氣體出口處獲得，一種初始氣體混合物在所述裝置中進行轉(zhuǎn)換，這種初始氣體混合物包括一種惰性氣體和/或一種還原氣體和/或一種氧化氣體，所述相鄰混合物不通過所述裝置進行轉(zhuǎn)換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，由于處理氣流朝所述表面部分沿著一般同所述表面部分相垂直的方向進行發(fā)送，在周邊具有基本沿著同所述表面部分相切的方向進行運動的受激或不穩(wěn)定微粒，因此，在所述氣流的周邊增大處理氣體對所述表面部分的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，通過至少一種與所述表面部分相垂直地進行噴射的驅(qū)動氣流，增大處理氣體對所述表面部分的壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，驅(qū)動氣體包括氮氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，由于所述表面部分布置在一個處理室中，因此，通過至少一個朝向所述表面的鼓風機，增大處理氣體對所述表面部分的壓力，使處理氣流沿著基本同所述表面部分相垂直的方向沖擊所述表面部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，所述金屬表面部分在一個印刷電路板上，所述表面處理對所述表面實現(xiàn)下述一種或幾種作用清洗、除垢、表面激活、整邊、焊接或鍍錫前的助熔處理。
10.一種對電路上的電子元件(22，24)進行波焊的方法，在這種波焊過程中-將元件(22，24)置于電路的連接部位上，-使用權(quán)利要求1至9之一所述的表面處理方法，通過一種處理氣流，在接近大氣壓的壓力下，對電路(12)進行助熔處理，-使配有元件(22，24)的電路(12)與一種焊劑合金的至少一個波浪(30)相接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，由于處理氣流朝電路(12)一般沿著同所述電路相垂直的方向進行發(fā)送，在周邊具有基本沿著同所述電路(12)的表面相切的方向進行運動的受激或不穩(wěn)定微粒，因此，在所述氣流的周邊增大處理氣流對電路(12)的壓力。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，通過至少一種與電路相垂直地進行噴射的驅(qū)動氣流，增大處理氣體對電路的壓力。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，驅(qū)動氣體包括氮氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，在助熔處理階段，由于電路布置在一個處理室中，因此，通過至少一個朝向電路的鼓風機(64)，增大處理氣體對電路的壓力，使處理氣流沿基本同電路相垂直的方向沖擊所述電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14之一所述的方法，其特征在于，受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)由一種初始氣體經(jīng)過放電而獲得。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至15之一所述的方法，其特征在于，含有受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)的處理氣體從一種含有氮氣和氫氣的還原氣體混合物產(chǎn)生。
17.根據(jù)權(quán)利要求10至16之一所述的方法，其特征在于，所述處理氣體基本上沒有帶電荷物質(zhì)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述處理氣體從一種初始氣體混合物以及必要時從一種相鄰氣體混合物而獲得，所述初始氣體混合物在至少一個形成受激或不穩(wěn)定氣體物質(zhì)的裝置的氣體出口處獲得，一種初始氣體混合物在所述裝置中進行轉(zhuǎn)換，這種初始氣體混合物包括一種惰性氣體和/或一種還原氣體和/或一種氧化氣體，所述相鄰混合物不通過所述裝置進行轉(zhuǎn)換。
19.根據(jù)權(quán)利要求10至18之一所述的方法，其特征在于，被處理的電子電路是一個印刷電路板。
20.一種實施權(quán)利要求1至9之一所述的方法對至少一部分金屬表面進行干法處理的設備，其特征在于，這種處理設備包括一個含有受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)的處理氣體的氣源、一個包括所述至少一部分金屬表面的工件的輸送裝置，可以使所述工件與一種處理氣流相接觸，它包括用于局部增大處理氣體對每個工件的壓力的裝置，使所述化學物質(zhì)沿著基本同所述工件相垂直的方向進行移動。
21.一種實施權(quán)利要求10至19之一所述的方法對印刷電路板上的電子元件(22，24)進行波焊的設備，其特征在于，這種波焊設備包括一個電路板輸送裝置(10)，該輸送裝置穿過至少一個電路板助熔處理裝置(36)，通過一種含有受激或不穩(wěn)定化學物質(zhì)的處理氣流對所述電路板進行處理，所述電路板(12)在其至少一個面上在元件連接部位配有待焊接元件(22，24)，然后穿過一個裝有一種焊劑合金的槽(32)，對所述元件進行焊接，一個或每個助熔處理裝置(36)包括用于局部增大處理氣流對每個電路板(12)的壓力的裝置(60，62；64)，使所述化學物質(zhì)沿著基本同所述電路板相垂直的方向進行移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及對至少一部分金屬表面進行干法表面處理的方法,根據(jù)該方法,使用一種含有受激或不穩(wěn)定物質(zhì)的處理氣流在接近大氣壓的壓力下對表面部分進行處理,在這種方法中,局部增大處理氣體對金屬表面部分的壓力,使化學物質(zhì)沿著基本同所述表面相垂直的方向進行移動。本發(fā)明用于電子元件在印刷電路板上的波焊。
文檔編號B23K1/20GK1266463SQ99800674
公開日2000年9月13日 申請日期1999年4月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月4日
發(fā)明者丹尼斯·弗伯克哈溫, 斯蒂芬·拉比亞, 蒂里·辛德青格勒 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司