專利名稱：氣體混合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及生產(chǎn)氣體混合物的裝置。更具體地講，本發(fā)明涉及能夠產(chǎn)生用在回流烘箱中增強(qiáng)電子裝配方法的性能的受控氣氛的氣體混合控制板(gas mixing ganel)。
通常需要具有特定氣體特性的受控氣氛以改進(jìn)在回流烘箱中的電子裝配方法的性能。人們需要提供能夠生產(chǎn)受控空氣的經(jīng)濟(jì)的和簡(jiǎn)便的裝置。
為獲得最佳回流性能優(yōu)選在所述空氣中的特定氣體特性為少量氣體占主氣體的大約100ppm至大約10,000ppm，更優(yōu)選少量氣體占主氣體的大約500ppm至大約2,000ppm。對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)，所述少量氣體可為氧氣或空氣，所述主氣體可為氮?dú)?。我們相信在氮?dú)庵械难鯕饣蚩諝獾臐舛仍谠撎囟ǖ姆秶鷥?nèi)有助于減少如tombstoning和焊料濺散的缺陷并在電子裝配作業(yè)過(guò)程中、特別是在集成電路板的生產(chǎn)中改進(jìn)可焊性。在氮?dú)庵械陀诖蠹s100ppm的氧氣或空氣會(huì)發(fā)生某些低氧缺陷，和在氮?dú)庵懈哂诖蠹s10,000ppm的氧氣或空氣會(huì)發(fā)生某些高氧缺陷。實(shí)現(xiàn)回流烘箱的最佳性能的在氮?dú)庵兴璧难鯕饣蚩諝鉂舛?一般在大約100ppm至大約10,000ppm)被稱為“sweetspot”。
因此我們希望提供一種氣體混合裝置，該裝置有助于提供具有在氮?dú)庵械难鯕饣蚩諝鉃榇蠹s100ppm至大約10,000ppm的氣體特性的受控空氣以致可在更少或幾乎不存在缺陷的情況下實(shí)施所述電子裝配方法。
傳統(tǒng)的氣體混合技術(shù)一般使用了昂貴的質(zhì)量流量控制器和龐大的緩沖罐。人們已經(jīng)使用這些傳統(tǒng)的混合器生產(chǎn)在氮?dú)庵?％至50％范圍的氧氣的氣體混合物，但不能達(dá)到ppm范圍。最近的研究出現(xiàn)了商業(yè)可得的更大尺寸的更昂貴得多的氣體混合器。更近以來(lái)的進(jìn)展出現(xiàn)了較低價(jià)格的氣體混合器，該混合器使用固定的孔板以測(cè)量氣體流量，并隨后在小得多的緩沖罐中混合。另外針對(duì)準(zhǔn)確提供某些氣體組成還發(fā)展了其它傳統(tǒng)的混合器。
在本領(lǐng)域中還存在其它同樣提供混合氣體組合物的氣體混合設(shè)備。在美國(guó)專利號(hào)6,614,655中公開(kāi)了測(cè)試氣體和零點(diǎn)調(diào)整用氣體的組合。所述零點(diǎn)調(diào)整用氣體可為氮?dú)饣蛉斯ぶ圃斓难鯕?；而所述測(cè)試氣體(校正氣體)不作指定?！?55專利公開(kāi)了減少生產(chǎn)不同濃度的產(chǎn)物中的原料流所必需的臨界噴嘴的數(shù)量?！?55專利中的氣體混合設(shè)備的混合室與所述臨界噴嘴的出口連接，確保了出口壓力高于某個(gè)最小壓力。相鄰之間的每個(gè)臨界噴嘴增加了1∶2的比例。由于出口壓力總是高于臨界壓力，因此只取決于所述噴嘴的橫截面積的氣體的體積總為常數(shù)。所述臨界噴嘴接收了測(cè)試氣體或零點(diǎn)調(diào)整用氣體。具有兩個(gè)入口的閥門安裝在所述臨界噴嘴的上游并且可交替打開(kāi)這兩個(gè)入口。四個(gè)噴嘴打開(kāi)時(shí)具有橫截面積為1∶2∶4∶8。將最大的噴嘴安裝在與所述混合器的出口相對(duì)的地方。一個(gè)微型處理器啟動(dòng)所述閥門并監(jiān)控和調(diào)整氣體壓力。在’655專利中的氣體混合設(shè)備得到了在所述零點(diǎn)調(diào)整用氣體中測(cè)試氣體的16個(gè)線性梯度濃度。
在美國(guó)專利號(hào)5,671,767和美國(guó)專利號(hào)5,544,674中均公開(kāi)了以控制的比例將兩種氣體混合在一起。由于所述混合裝置是用于呼吸器，因此在這些專利中的氣體僅僅涉及氧氣和空氣。所述混合裝置達(dá)到與流速無(wú)關(guān)的高度準(zhǔn)確的混合，因此可以高流速或低流速使用所述裝置。通過(guò)可變面積的噴嘴控制第一氣體流，該噴嘴將所述氣體供給所述混合室。對(duì)于第二氣體流也一樣操作。當(dāng)流速降低時(shí)，活塞移向閥門構(gòu)件。這將減少每個(gè)噴嘴的大小而保持在所述噴嘴的通流面積之間的相同的比例。在每個(gè)閥門中所述兩種氣體的每一種的通道的大小或噴嘴面積增加或減少相同的數(shù)量從而保持了氣體的比例。
在日本專利號(hào)11,033,382中公開(kāi)了一種小型化和簡(jiǎn)單化的氣體混合設(shè)備。在該專利中使用了一種壓力平衡設(shè)備將兩種氣體調(diào)節(jié)至相同的壓力。這兩種氣體在氣體通過(guò)區(qū)域中以相應(yīng)于預(yù)定混合比的比例混合。可通過(guò)調(diào)節(jié)閥調(diào)整流速。
雖然存在許多混合氣體的裝置，但我們相信沒(méi)有一種能夠提出經(jīng)濟(jì)和簡(jiǎn)便的裝置可混合氣體以生產(chǎn)具有大約100ppm至10,000ppm的氧氣的氮?dú)猱a(chǎn)品。因此需要一種具有所述特征的氣體混合裝置。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及用于準(zhǔn)確混合復(fù)合氣體(plurality gases)的簡(jiǎn)便的氣體混合裝置。該裝置包括氣體控制板(gas panel)、用于調(diào)整壓差的壓力控制閥、流量計(jì)和靜態(tài)混合室。所述復(fù)合氣體可為一種少量氣體和一種主氣體，其中，例如所述主氣體為氮?dú)夂退錾倭繗怏w為空氣或氧氣。優(yōu)選所述主氣體和所述少量氣體以在氮?dú)庵醒鯕庹即蠹s100ppm至大約10,000ppm的比例，更優(yōu)選在氮?dú)庵醒鯕庹即蠹s500ppm至大約2,000ppm的比例混合得到氣體混合物。
所述壓力控制閥調(diào)整壓差至大約±5英寸水柱。該裝置與回流烘箱(reflow oven)形成一整體。
當(dāng)在這里應(yīng)用時(shí)，有時(shí)氧氣可與空氣互換。應(yīng)該注意的是氧氣含量占空氣的大約20％。
當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，通過(guò)以下對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)，其中

圖1為使用差壓計(jì)、流量計(jì)和靜態(tài)混合室的氣體混合裝置的總體示意圖。
本發(fā)明提供了簡(jiǎn)便的氣體混合裝置，該裝置使用靜態(tài)混合室可生產(chǎn)出具有一種少量氣體和一種主氣體的混合物，優(yōu)選氧氣或空氣作為所述少量氣體和氮?dú)庾鳛樗鲋鳉怏w，在氮?dú)庵醒鯕饣蚩諝獾臐舛葹榇蠹s100ppm至大約10,000ppm，和更優(yōu)選在氮?dú)庵醒鯕饣蚩諝獾臐舛葹榇蠹s500ppm至大約2,000ppm。該裝置包括一個(gè)固定的管線內(nèi)的擋板，該擋板引起氣體產(chǎn)生切變和旋渦，由此產(chǎn)生了均勻的產(chǎn)物。
本發(fā)明提供了在氣體混合物中穩(wěn)定的氧氣濃度，這通過(guò)在混合控制板中混合氮?dú)夂涂諝饣蜓鯕?，并在那里測(cè)定供給的氮?dú)夂凸┙o的氧氣的壓力差并控制至差別不大于大約5英寸水柱來(lái)獲得。通過(guò)將所述混合物傳輸通過(guò)一靜態(tài)螺旋混合器將其均化。該技術(shù)特別有利之處在于其中混合到所述氮?dú)庵械难鯕饣蚩諝獾牧孔阌诘玫絻?yōu)選在氮?dú)庵泻蠹s100ppm至大約10,000ppm的氧氣或空氣、更優(yōu)選在氮?dú)庵泻蠹s500ppm至大約2,000ppm的氧氣或空氣的最終氮?dú)鉂舛取?br> 本發(fā)明與先有技術(shù)設(shè)計(jì)的極大的差別在于對(duì)兩種氣體流進(jìn)行測(cè)量，并在緩沖罐中混合氣體流。
在所述主氣體和少量氣體之間的微小的壓力波動(dòng)將對(duì)準(zhǔn)確混合產(chǎn)生不利的影響。為了節(jié)省成本，在設(shè)計(jì)中除去了不昂貴的流量計(jì)，但引入差壓計(jì)以測(cè)量和控制在所述主氣體和少量氣體之間的壓差小于大約5英寸水柱。
本發(fā)明使用了靜態(tài)混合室。這種靜態(tài)混合室含有一固定的管線內(nèi)的擋板，該擋板引起氣體產(chǎn)生切變和旋渦，由此產(chǎn)生了均勻的產(chǎn)物。使用靜態(tài)混合室補(bǔ)償了差壓計(jì)的費(fèi)用，并且極大地縮小了現(xiàn)有的氣體混合裝置的尺寸。
在這里使用機(jī)械調(diào)節(jié)器控制所述氮?dú)夂脱鯕饬?，并且使用壓差指示器確保調(diào)整所述兩種氣體流壓力差在5英寸的水柱壓力內(nèi)。使用流量計(jì)(如轉(zhuǎn)子流量計(jì))控制所述受控的氣體流的流量，并調(diào)節(jié)該流量計(jì)輸送所需的精確的氣體混合物。隨后在靜態(tài)混合室中將所述兩種氣體流混合，接著將最終的氣體混合物傳輸至回流烘箱中。
本發(fā)明生產(chǎn)了在100ppm的氣體混合物中準(zhǔn)確至±1ppm的穩(wěn)定氣體混合物。簡(jiǎn)單的差壓計(jì)生產(chǎn)出多種多樣準(zhǔn)確的流量范圍和準(zhǔn)確至大約±1ppm的氣體混合物。通過(guò)確保所述兩種氣體流的相同的輸送壓力(偏差±5英寸水柱)提高所述準(zhǔn)確性。測(cè)得本發(fā)明中的輸送壓力至高為大約±300英寸水柱。
作為本發(fā)明的氣體混合控制板的一個(gè)例子，構(gòu)思了“平板”設(shè)計(jì)以利于就地安裝在所述回流烘箱中，其可進(jìn)行非固定的安裝。本發(fā)明的氣體混合控制板的規(guī)格如下尺寸24”高×24”長(zhǎng)×12”深(61cm高×61cm長(zhǎng)×30.5cm深)重量651bs(29.2kg)接口氮?dú)馊肟?/2”FPT空氣入口1/4”FPTN2/空氣混合出口1/2”FPTN2/空氣混合樣品1/4”快速接頭氣體要求清潔干燥空氣至少50scfh(100psig)Praxair(商品級(jí)氮?dú)? 至少3000scfh(100psig)圖1提供了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的流程。氮?dú)饬?2(280-2800scfh,5-50scfm)和空氣流14(2-20scfh)以75psig的壓力進(jìn)入。差壓計(jì)24測(cè)量所述流之間的壓差。如果所述壓差太高，壓力控制器20和22將作出調(diào)整直至壓差在大約±5英寸水柱內(nèi)。在通過(guò)流量計(jì)26或28之前，所述流連續(xù)通過(guò)壓力釋放閥16和18(設(shè)置在100psi)。流量閥30和32根據(jù)最終流所選擇的具體的組成監(jiān)控所述流的流量。在進(jìn)入氣體混合器34(靜態(tài)混合室)之前單向閥36和38調(diào)整所述空氣和氮?dú)?。將所述氣體混合，放出的產(chǎn)物流16根據(jù)所選的組成具有大約10ppm至大約10,000ppm的氧氣含量。樣品閥40引導(dǎo)樣品氣體的流向。
本發(fā)明的各方面是可更換的。例如，可將具有導(dǎo)向/從屬調(diào)節(jié)裝置的差壓計(jì)與安裝在純氮?dú)夂涂諝夤?yīng)處。在這種設(shè)計(jì)中，所述氮?dú)庹{(diào)節(jié)器將控制傳輸?shù)牡獨(dú)獾膲毫Γ⑻峁┬盘?hào)以預(yù)設(shè)空氣調(diào)節(jié)器達(dá)到和氮?dú)鈮毫鞠嗤膲毫Α?br> 本發(fā)明所考慮的另一個(gè)變體是采用簡(jiǎn)便的緩沖罐代替所述靜態(tài)混合室，在所述緩沖罐中的入口具有擴(kuò)散式噴嘴。所述擴(kuò)散式噴嘴將提供必需的剪切和渦旋以適當(dāng)?shù)鼗旌纤龅獨(dú)饬骱脱鯕饬鳌?br> 在附圖中顯示的一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明的具體的特征僅僅是為了方便的目的，根據(jù)本發(fā)明每個(gè)特征可結(jié)合其它的特征。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到作為選擇的實(shí)施方案，這些實(shí)施方案包括在權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．用于準(zhǔn)確混合復(fù)合氣體(plurality gases)的簡(jiǎn)便的氣體混合裝置，所述裝置包括(a)氣體控制板(gas panel)；(b)用于調(diào)整壓差的壓力控制閥；(c)流量計(jì)；和(d)靜態(tài)混合室。
2．權(quán)利要求1的裝置，其中所述裝置混合一種少量氣體和一種主氣體。
3．權(quán)利要求2的裝置，其中所述主氣體為氮?dú)夂退錾倭繗怏w為空氣。
4．權(quán)利要求2的裝置，其中所述主氣體為氮?dú)夂退錾倭繗怏w為氧氣。
5．權(quán)利要求2的裝置，其中所述裝置混合所述主氣體和所述少量氣體以得到在氮?dú)庵写蠹s100ppm至大約10,000ppm的氧氣的氣體混合物。
6．權(quán)利要求2的裝置，其中所述控制閥調(diào)整所述壓差至大約±5英寸水柱。
7．權(quán)利要求1的裝置，其中所述裝置與回流烘箱(reflow oven)形成一整體。
8．權(quán)利要求1的裝置，其中所述靜態(tài)混合室包括固定的管線內(nèi)擋板。
9．權(quán)利要求1的裝置，其中所述流量計(jì)為轉(zhuǎn)子流量計(jì)。
10．權(quán)利要求1的裝置，其中采用緩沖罐和擴(kuò)散式噴嘴替換所述靜態(tài)混合室。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于準(zhǔn)確混合復(fù)合氣體的簡(jiǎn)便的氣體混合裝置。該裝置包括氣體控制板、用于調(diào)整壓差的壓力控制閥、流量計(jì)和靜態(tài)混合室。所述復(fù)合氣體可為一種少量氣體和一種主氣體,其中,例如所述主氣體為氮?dú)夂退錾倭繗怏w為空氣或氧氣。優(yōu)選所述主氣體和所述少量氣體以在所述主氣體中少量氣體占大約100ppm至大約10,000ppm的比例,更優(yōu)選在所述主氣體中少量氣體占大約500ppm至大約2,000ppm的比例混合。
文檔編號(hào)B01F3/02GK1323650SQ0110151
公開(kāi)日2001年11月28日 申請(qǐng)日期2001年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月13日
發(fā)明者J·P·漢利 申請(qǐng)人:普萊克斯技術(shù)有限公司