用于在工件的焊接期間提供惰性氣體的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】描述了一種用于在工件的焊接期間提供惰性氣體的設(shè)備。設(shè)備包括：設(shè)備底部上的至少一個凹槽，用于放置其中包含有軟焊料的焊料儲料器的至少一個邊緣;設(shè)備頂部表面上的至少一個開口，從焊料儲料器發(fā)出的至少一個焊料波經(jīng)由該至少一個開口通過并接觸工件;以及一個或多個擴散器管，其包括與惰性氣體源流通連接的一個或多個開口。該設(shè)備降低了制造和材料成本、改進了焊料連接質(zhì)量、以及簡化了對無鉛焊接技術(shù)的轉(zhuǎn)換。
【專利說明】用于在工件的焊接期間提供惰性氣體的設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文描述了一種用于在焊接期間提供惰性氣體的設(shè)備和方法。更具體地，本文描 述了一種用于利用氮氣和/或其它惰性氣體在波峰焊期間提供惰性氣體的設(shè)備和方法。

【背景技術(shù)】 [0002]
[0003] 諸如印刷電路板或電路板之類的工件具有逐漸減小的需要焊接涂覆或連接的可 濕表面。波峰焊的一般操作包括焊浴，將被焊接的印刷電路板或工件經(jīng)由其傳遞。傳統(tǒng)的 自動波峰焊設(shè)備包括布置成處理印刷電路板的熔化裝置、預(yù)熱器以及焊接臺。印刷電路板 沿著移動軌道或傳送帶傳遞，它們的側(cè)部邊緣由抓取指支撐。通過使熔劑的泡沫或噴液接 觸板子來施加熔劑。電路板隨后通過預(yù)熱區(qū)域，以便溶劑能夠?qū)⒁缓附拥慕饘俦砻娴难?化物減少。電路板隨后在空氣或惰性氣體氣氛中與單個或多個軟焊料波接觸。
[0004] 惰性氣體氣氛通常是氮氣（N2)和/或其它惰性氣體，并且經(jīng)常被稱為N2惰性氣 體。惰性氣體和/或氮氣氣氛中的焊接使得焊料表面上的廢料或氧化物的形成最少化。已 經(jīng)知道的是，廢料和/或氧化物層的存在會造成焊料連接中的跳線、橋接或其他缺陷?？拷?焊料波操作期間由波峰焊設(shè)備產(chǎn)生的是與焊料波平行的多孔管或管道，用于傳遞惰性氣體 和/或凡氣以提供具有相對低氧氣的氣氛，尤其是將被焊接的工件的下方。
[0005] 對于無鉛波峰焊，包含N2的惰性氣體氣氛的值由于下述原因而進一步增大。使用 普通無鉛焊料的處理溫度顯著地高于普通錫鉛焊料處理溫度，這是由于共同采用的無鉛焊 料的增多的融化點而導(dǎo)致的。處理溫度的升高促進了廢料形成。而且，無鉛焊料的成本一 般遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)錫鉛焊料的成本，而且與廢料形成導(dǎo)致的焊料廢品相關(guān)的經(jīng)濟損失遠(yuǎn)大于 無鉛波峰焊的經(jīng)濟損失。此外，與傳統(tǒng)錫鉛焊料的潤濕性能相比，無鉛焊料的潤濕性能固有 地較差。因此，所形成的焊料連接的質(zhì)量對無鉛焊料表面上的氧化狀態(tài)更敏感。
[0006] 已經(jīng)知道的是，波峰焊中的惰性可顯著地減少軟焊料表面上的廢料形成。減少廢 料形成不僅保護了焊料材料，減輕了維護要求，而且改善了焊料濕潤特性并確保了所形成 的焊料連接的質(zhì)量。為了在現(xiàn)有波峰焊機器中施加惰性氣氛，一個通用的措施是插入內(nèi)部 安裝有擴散器的軟焊料儲料器籠狀保護外殼?？尚纬珊噶蟽α掀魃系亩栊詺怏w覆蓋，因此， 降低了焊料氧化的可能性。
[0007] 擴散器一般由多孔管制成，用于將諸如N2和/或其它惰性氣體之類的惰性氣體引 入焊接臺。然而，多孔管變得容易在波峰焊處理期間被焊料濺落或熔劑水汽濃縮堵塞。一 旦擴散器管堵塞，惰性化效率將極大地降低。清洗擴散器管的現(xiàn)有方法(例如，采用充滿清 洗溶劑的超聲波?。O其困難，而且很費時。這些管的清洗必須定期執(zhí)行，而且會對管子造 成物理損傷。為了避免這些問題，一般是在擴散器管堵塞之后對其進行替換，而不是進行清 洗。這就增大了終端用戶的總體成本。
[0008] 由此，為了在波峰焊通過N2和/或其它惰性氣體促進惰性化的實施，期望設(shè)備、方 法或者兩者至少滿足下述目標(biāo)中的一個或者多個。首先，期望惰性化設(shè)備和方法降低N 2或 其它惰性氣體的消耗，例如但不限于12立方米每小時（m3/hr)或更少，以滿足應(yīng)用技術(shù)的 成本效應(yīng)。第二，期望惰性化設(shè)備和方法降低軟焊料表面上方的O 2濃度，例如但不限于百萬 分之2500 (ppm)或更少。第三，期望惰性化設(shè)備和方法使用便于安裝并保持最小改造成本 的設(shè)備。而且，期望設(shè)備和方法降低或消除多孔擴散器管的堵塞以確保穩(wěn)定及長久的惰性 性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本文描述的設(shè)備和方法至少滿足上述用于利用氮氣和/或其它惰性氣體進行惰 性化的目標(biāo)中的一個或者多個，相對于當(dāng)前使用的可比擬的方法和設(shè)備，可變得更加成本 有效而且用戶友好。
[0010] 在一個實施例中，提供了設(shè)備，用于在工件的焊接期間提供惰性氣體，設(shè)備包括： 設(shè)備底部上的至少一個凹槽，用于放置其中包含有軟焊料的焊料儲料器的至少一個邊緣； 設(shè)備頂部表面上的至少一個開口，從焊料儲料器發(fā)出的至少一個焊料波經(jīng)由該至少一個開 口通過并接觸工件；以及一個或多個擴散器管，其包括與惰性氣體源流通連接的一個或多 個開口；其中設(shè)備布置在焊料儲料器上方并在將被焊接的工件下方，從而形成氣氛，而且 其中在將被焊接的工件和至少一個焊料波的尖端之間基本不存在間隙。在一個特定實施例 中，設(shè)備進一步包括圍繞該一個或多個擴散器管中的至少一個擴散器管的長度的至少一部 分的一次性多孔護套。在一些實施例中，一個或多個擴散器管中被多孔護套圍繞的至少一 個被附接至設(shè)備的底部表面，由此處于焊料儲料器上方的氣氛中。在同樣的或者其它的實 施例中，可選的蓋被布置在設(shè)備頂端，工件通過蓋行進，其中該蓋進一步包括與通風(fēng)系統(tǒng)連 通的通風(fēng)孔。
[0011] 在另一方面，提供了一種用于在工件的波峰焊期間提供惰性氣體氣氛的方法，包 括：提供波峰焊機器，包括：其中容納了軟焊料的焊料儲料器、至少一個噴嘴、至少一個泵 以產(chǎn)生從軟焊料浴向上地經(jīng)由噴嘴至少一個焊料波；將設(shè)備布置在焊料儲料器嘴的至少 一個邊緣的頂端，其中設(shè)備包括上表面上的至少一個開口、處于焊料儲料器的至少一個邊 緣的頂端的至少一個凹槽、以及包括與惰性氣體源流通連接的一個或多個開口的一個或多 個擴散器管，其中一個或多個擴散器管之一的長度的至少一部分被一次性多孔護套圍繞， 而且其中將被焊接的工件和設(shè)備上表面定義了氣氛，而且其中將被焊接的工件與至少一個 焊料波的尖端之間基本不存在空隙；沿路徑傳遞工件，使得工件的至少一部分接觸經(jīng)由設(shè) 備的開口發(fā)出的至少一個焊料波；以及使惰性氣體通過擴散器管并進入氣氛。在一個特定 實施例中，一個或多個擴散器管的被一次性多孔護套圍繞的至少一個擴散器管被附接至設(shè) 備的底部表面，由此其處于焊料儲料器上方的氣氛中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1提供了包括本文描述的微孔或多孔管的擴散器管的實施例的等角投影視圖。
[0013] 圖2a至2f提供了本文描述的擴散器管的實施例的底部視圖和截面圖，其中微孔 具有一行或多行縱向槽的形式。
[0014] 圖3a提供了本文描述的擴散器組件的一個實施例的側(cè)視圖，其包括擴散器管以 及圍繞擴散器管的長度的至少一部分的保護性多孔護套。
[0015] 圖3b提供了圖3a所示的擴散器組件的截面圖。
[0016] 圖4a提供了本文描述的設(shè)備的一個實施例的俯視圖。
[0017] 圖4b提供了本文描述的設(shè)備的另一個實施例的俯視圖。
[0018] 圖5提供了圖4a所示的設(shè)備的實施例的等角投影視圖。
[0019] 圖6提供了可安裝在移動軌道頂部的可選蓋的等角投影視圖。
[0020] 圖7提供了本文描述的設(shè)備的實施例的等角投影視圖。
[0021] 圖8提供了圖7所示的實施例的等角投影視圖，其進一步包括多個擴散器管（如 虛線所示），其中多個擴散器管中的至少一個進一步包括圍繞擴散器管的長度的至少一部 分的多孔護套。
[0022] 圖9提供了本文描述的用于N2惰性化的設(shè)備的實施例的側(cè)視圖。
[0023] 圖10提供了本文描述的用于N2惰性化的設(shè)備的實施例的側(cè)視圖。

【具體實施方式】
[0024] 現(xiàn)有技術(shù)中的至少一個或多個目標(biāo)由本文描述的用于在焊接期間進行惰性化保 護的方法和設(shè)備實現(xiàn)。本文描述的設(shè)備和方法提供了焊接期間的惰性化保護，尤其針對其 中諸如印刷電路板之類的工件的焊接期間的焊料的顯著移動和旋轉(zhuǎn)以及其表面的增多的 氧化可能出現(xiàn)的這些實施例?？梢灶A(yù)期的是，本文描述的設(shè)備和方法可用來例如重新構(gòu)造 現(xiàn)有的波峰焊機器。在具體實施例中，本文描述的設(shè)備在操作中被放置在焊料儲料器上方 且在移動軌道或用于傳輸將被焊接的工件的其它傳遞機構(gòu)的下面。在具體實施例中，將被 焊接的工件與至少一個焊料波的尖端之間基本沒有間隙。在其他實施例中，將被焊接的工 件與至少一個焊料波的尖端之間有間隙。設(shè)備內(nèi)的一個或多個擴散器管與諸如氮氣、惰性 氣體（例如，氦氣、氖氣、氦氣、氪氣、氣氣及其組合），合成氣體（例如，氮氣和氫氣的混合 物，包括高達5%或更少重量的氫氣）、或其組合之類的惰性氣體源流通連接，以提供惰性化 氣氛。本文描述的設(shè)備和方法的一個目標(biāo)是將被焊接的工件的表面和焊料儲料器中包含的 軟焊料的表面所定義的氣氛中氧氣（O 2)降低的濃度，例如但不限于百萬分之2500 (ppm)或 更小。
[0025] 打算將本文描述的設(shè)備和方法放置在包含保持在或高出（例如，高50°C )焊料的 熔點的軟焊料的焊料儲料器頂端。本文描述的設(shè)備具有設(shè)置焊料儲料器的內(nèi)部空間，由此 定義在焊料儲料器上方的移動軌道上沿一個方向傳遞的將被焊接的工件與軟焊料表面之 間的氣氛。在具體實施例中，工件被移動軌道或傳送指在側(cè)部邊緣支撐，并伸出通過焊料 波。在其他實施例中，工件在被傳遞通過波峰焊機器時被支撐在托盤、夾具或框上。焊料儲 料器中具有一個或多個噴嘴，其噴出由焊料泵產(chǎn)生的一個或多個焊料波。焊料泵一般是可 變速泵，其允許終端用戶控制來自焊料波的焊料流并升高或者降低焊料波的尖端或頂點以 適應(yīng)工藝條件。一個或多個焊料波通過本文描述的設(shè)備的上表面中的一個或多個開口接觸 到將被焊接的工件的表面。在該處理期間，設(shè)備包括具有與諸如N 2之類的惰性氣體源流通 連接的一個或多個開口、通孔、槽、穿孔或微孔的一個或多個擴散器管，惰性氣體源通過管 的內(nèi)部空間并經(jīng)由管的開口或微孔進入氣氛。在這么做時，在表面下方，工件的前邊緣、后 邊緣和側(cè)邊緣在工件通過焊料波時均勻地被惰性氣體覆蓋。
[0026] 在本文描述的設(shè)備和方法的具體實施例中，布置在焊料儲料器頂端的設(shè)備的尺寸 被最小化，以強化移動焊料波附近的惰性化效率。在該實施例或其它實施例中，靜態(tài)軟焊料 表面、或焊料儲料器中的設(shè)備的足跡外部的區(qū)域可覆蓋有可忍受焊料儲料器內(nèi)包含的軟焊 料的溫度的高溫材料。
[0027] 本文描述的設(shè)備和方法包括一個或多個擴散器管，其包括內(nèi)部空間和一個或多個 開口，開口可以是但不限于允許氮氣和/或其它惰性氣體進入管的內(nèi)部空間并通過管開口 出來的微孔、孔、槽、氣孔、通孔、穿孔或其它方式。開口可以布置成一個或多個行，可以錯 開，或者可具有任意其它正規(guī)或隨機的布置。開口可以具有任意合適的尺寸以提供足夠的 惰性氣體流，并且它們的尺寸可根據(jù)各種因素(包括惰性氣體的流速、將被惰性化的內(nèi)部空 間的尺寸、以及擴散器管的大小等)而變化。在一個特定實施例中，管是多孔的，并且包括大 約0. 05至大約0. 5微米（μ m)(優(yōu)選地大約0. 2微米)的平均微孔尺寸，以提供從多孔管出 來的惰性化或凡氣的層流。在另一實施例中，管包括一個或多個并排槽，以提供從擴散器管 出來的惰性化或隊氣的層流。例如，開口可沿擴散器管的底部布置成一行，由此從開口流出 的惰性氣體向下地被引導(dǎo)至焊料儲料器中的焊料的上表面。在另一實施例中，開口可布置 成與擴散器的底部中線在每個方向上偏離大約0至45° (或在每個方向上偏離大約30° ) 的兩個平行行，由此在惰性氣體從擴散器管流入焊料儲料器中的軟焊料上方的氣氛將其向 外向下引導(dǎo)。在該實施例中，開口的行可彼此隔開大約30°至大約120°，或大約60°或大 約90°。在具體實施例中，開口可以是每個長度為大約0. 3至大約I. 5_ (優(yōu)選地長度為 大約0· 5至大約I. Omm)的槽。槽可隔開大約0· 5至大約5mm (優(yōu)選地大約1mm)。
[0028] 在這些或其它實施例中，管與惰性氣體源流通連接，惰性氣體源通過管的內(nèi)部空 間提供諸如N 2之類的惰性氣體，并通過管的開口或微孔將其提供至儲料器中的軟焊料的表 面以及所傳遞的工件所定義的區(qū)域。通過此處描述的擴散器管的氣流可能變化，但是通常 處于大約〇. 5至大約8m3/hr的范圍。
[0029] 如前面所描述的那樣，本文描述的設(shè)備包括包含內(nèi)部空間的殼體，內(nèi)部空間內(nèi)布 置了一個或多個擴散器管。在具體實施例中，在焊料儲料器的入板側(cè)、焊料儲料器的工件出 口側(cè)、與焊料波的方向垂直、或其組合，管可處于多個焊料波之間。在這些實施例中，將被焊 接的工件的表面和焊料波的表面之間基本上不存在間隙。在具體實施例中，例如在其中多 個焊料波之間存在一個或多個管的這些實施例中，一個或多個管可進一步包括圍繞擴散器 管的長度的至少一部分的一個或多個一次性多孔護套或管。護套可由在護套在正常操作期 間被軟焊料和/或熔劑殘留覆蓋或堵塞時能夠?qū)崿F(xiàn)護套的周期性的、簡單的并且成本有效 的移除和替換的任何適當(dāng)?shù)臒o害（即，滿足R0HS)材料制成。例如，護套可僅僅包括編織的 纖維玻璃或纖維玻璃型材料，或者包括其與其它組分。在這些或其它實施例中，所選的護套 材料應(yīng)當(dāng)在無鉛波峰焊工藝中通常使用的軟焊料溫度（例如，高達大約260°C)下或之上保 持其完整性。在具體實施例中，多孔護套圍繞的一個或多個擴散器管中的至少一個被附接 至設(shè)備的底部表面，由此使其處于焊料儲料器上方的氣氛中。使用一個或多個一次性多孔 護套來圍繞擴散器管的長度的至少一部分，可保護擴散器管并避免現(xiàn)有技術(shù)中焊料濺射、 浸沒和/或使擴散器管與焊料浴接觸相關(guān)的問題。在具體實施例中包括中央擴散器管和 一個或多個側(cè)部擴散器管，僅僅中央擴散器管如本文所述地那樣至少部分地被多孔護套圍 繞。在替換實施例中，中央擴散器和一個或多個側(cè)部擴散器如本文所述地那樣至少部分地 被多孔護套圍繞。
[0030] 在本文描述的設(shè)備和方法的一個特定實施例中，多個擴散器管中的一個或多個 (例如但不限于多個焊料波之間的中央擴散器管)和/或圍繞該擴散器管的至少一部分的一 個或多個保護性護套可包括不粘涂層。不粘涂層的示例是聚四氟乙烯（PTFE)涂層，可從商 標(biāo)Teflon?的不粘涂層（Teflon由特拉華州威爾明頓市的DuPont公司制造）找到聚四氟 乙烯涂層。在這些或其它實施例中，所選的不粘涂層應(yīng)該在無鉛波峰焊工藝中通常使用的 軟焊料溫度（例如，高達大約260°C)下或以上保持其完整性。在更具體的實施例中，不粘 涂層由Thermolon不粘涂層、無機（基于礦產(chǎn)的）涂層組成，該無機涂層由韓國Thermolon 公司制造、并且可以在450°C下保持其完整性、并且避免在升高的溫度下產(chǎn)生有毒蒸氣。在 其中一對或多對焊接波之間存在中央多孔管的實施例中，由于軟焊料的持續(xù)動態(tài)移動，焊 料儲料器中的溶解的熔劑可直接接觸處于第一和第二個波之間的中央擴散器表面。當(dāng)擴散 器表面上的液體熔劑被蒸發(fā)或熱分解時，固態(tài)熔劑殘留會留在擴散器表面上，因此使得擴 散器堵塞。為了對此進行修復(fù)，不粘涂層或多孔套筒或護套或涂覆有不粘涂層的開槽金屬 殼可被提供給擴散器管，或者可覆蓋擴散器管的至少一部分。相信向多孔擴散器管中的至 少一個添加不粘涂層或多孔護套或涂覆有不粘涂層的開槽金屬殼可防止諸如中央管之類 的多孔管被熔劑殘留堵塞。不粘涂層還可被提供給設(shè)備的內(nèi)表面的至少一部分或頂蓋的 內(nèi)表面，以便容易清洗。
[0031] 在本文描述的設(shè)備和方法的又一實施例中，設(shè)備進一步包括安裝在移動軌道上的 可選的蓋，以形成可以讓工件從中通過的通道?？蛇x的蓋進一步包括通氣孔，該通氣孔與能 夠從蓋下的氣氛收集熔劑蒸氣的波峰焊機器的排氣裝置流通連接。在一個實施例中，可選 的蓋由具有與機器的排氣裝置流通連接的中央孔的單層金屬蓋制成。在另一實施例中，可 選的蓋由雙層金屬板制成，而且雙層空間連接至爐排氣裝置，因此形成邊界氣體陷阱。在一 個具體實施例中，兩層金屬薄板之間的距離可處于大約1/8"至大約1/4"的范圍內(nèi)。當(dāng)工 件或電路板從蓋下方通過時，焊接區(qū)域內(nèi)部產(chǎn)生的熔劑蒸氣可通過邊界陷阱收集，同時焊 料儲料器周圍的空氣也可被困在雙層空間中，從而確保良好的惰性化性能。對于在焊料儲 料器頂部不存在工件或電路板的情況，從惰性化設(shè)備中的多個擴散器產(chǎn)生的惰性氣體可被 吸入蓋的雙層空間下的空間中，由此形成邊界惰性氣幕，以使得進入該空間的空氣最少。
[0032] 圖1提供了本文描述的設(shè)備和方法中使用的多孔管或擴散器的一個實施例。多孔 管10被描繪為圓柱形管，其具有允許諸如氮氣和/或其它(例如但不限于惰性氣體（例如， 氬氣、氦氣、氖氣等）、氫氣及其組合）之類的惰性氣體的氣流從中流過并與與惰性氣體源 (未示出）流通連接的內(nèi)部空間15。在多孔管10的一個實施例中，多孔管由不銹鋼制成。 然而，也可以應(yīng)用用于多孔管10的其它材料，只要材料不與焊料材料反應(yīng)。多孔管10通過 氣體導(dǎo)管或其它裝置（未示出）與惰性氣體源流通連接。多孔管10進一步包括允許氣流 從內(nèi)部空間15經(jīng)由穿孔20進入由軟焊料（未示出）的表面和將被焊接的工件（未示出） 的下側(cè)定義的焊浴氣氛的多個穿孔20、微孔、槽或孔，或者它們的組合。雖然多孔管10被示 出為圓柱形并具有圓形截面，但是應(yīng)該理解的是可以采用其它幾何形狀，例如但不限于環(huán) 形、正方形、矩形、橢圓型等。
[0033] 穿孔20被設(shè)計成使得例如利用圖1的實施例所示的圓形孔狹窄地引導(dǎo)氣流，并使 其在焊接儲料器（未示出）的整個長度上分布。在另一實施例中，穿孔20可以是縱向孔或 槽。在這些或其它實施例中，穿孔20可斜切或具有角度以進一步將氣流從內(nèi)部空間15引 導(dǎo)至焊浴氣氛（未示出）和/或焊料浴與工件之間的間隙。穿孔20的平均尺寸可以處于 0. 05微米至100微米、或0. 1至10微米、或0. 2至5. 0微米的范圍。多孔管10上的穿孔的 穿孔尺寸和多孔性被優(yōu)化成對從多孔管出來的氣體N2的層流加壓。在這些或其它實施例 中，對于使得從將被惰性化的焊接區(qū)域（例如，工件、傳送帶等）的邊界進入的空氣最少，N2 和/或其它惰性氣體的層流是優(yōu)選的。
[0034] 圖2a、b、c、d、e和f進一步圖示了擴散器配置，其中穿孔20具有一排或多排縱向 孔或槽的形式。圖2a_f按照從焊料儲料器（未示出，圖2a、2c和2e)的方向向上看擴散器 管10的方式提供的示圖以及從端部看擴散器管1〇(圖2b、2d和2f)的方式提供的示圖圖 示了這樣的配置。如圖2a和b所示，穿孔20沿著擴散器管10的底部中線布置成直線。在 圖2c和d所示的替換實施例中，穿孔20被布置在擴散器管10的底部中線成60°處的兩行 中。在圖2e和f所示的另一實施例中，穿孔20布置在三行中，其中每行彼此間隔相等，在 最外面的兩行之間與擴散器管10的底部中線間隔90°。
[0035] 在本發(fā)明的一些實施例中，所述一個或多個擴散器管中的的至少一個，例如但不 限于多個焊料波之間的中央擴散器管，可進一步包括包圍了擴散器管的長度的至少一部分 的保護性外殼或護套。圖3a(側(cè)視圖）和圖3b(截面圖）提供了該實施例的示例。在該實 施例中，擴散器管10具有一個或多個槽20,并且其大部分長度上都被同軸護套25包圍。擴 散器管10和護套25共同地形成擴散器組件55。護套25是多孔的，由此允許惰性氣體從 擴散器10中的穿孔20通過護套25,并出來以進入惰性氣氛。相信該保護性護套的使用可 使得液體焊料或熔劑殘留進入擴散器管10并堵塞一個或多個開口 20的機會最小。雖然液 體焊料或熔劑殘留可能污染護套25,但是護套被設(shè)計成是本來就是一次性的并在發(fā)生污染 時容易進行周期性的去除和替換。由此，任意適當(dāng)?shù)姆且兹疾牧隙伎捎脕硇纬勺o套，假設(shè)這 樣的材料可承受所需的操作溫度（例如高達大約600°C )并允許此處描述的簡單的成本有 效的去除和替換。在具體實施例中，護套25由包括編織的纖維玻璃紗線的材料形成，由此 使得紡織材料的多孔性足夠大以允許惰性氣體從擴散器管10經(jīng)由護套25出來并進入惰性 氣氛的平滑流動。護套25的內(nèi)部直徑應(yīng)該基于擴散器管10的外部直徑來進行選擇，由此 使得不會妨礙惰性氣體的流動。例如，在其中擴散器管具有大約9. 5mm的外部直徑的一個 實施例中，護套可具有大約IOmm的內(nèi)部直徑。而且，護套25可通過任意適當(dāng)方式保持在適 當(dāng)位置或附接至擴散器管10。在一個或多個實施例中，護套25可通過一個或多個環(huán)跳、扣 環(huán)、鎖定環(huán)、回紋針、夾子、鉤子等（未示出）附接至擴散器管10。雖然擴散器管10和護套 25被示出為圓柱形并具有圓形截面，但是應(yīng)該理解的是可以采用其它幾何形狀，例如但不 限于環(huán)形、正方形、矩形、橢圓型等。
[0036] 圖4a和4b提供了本文所描述的設(shè)備30的實施例的俯視圖。參考圖4a，設(shè)備30 被放置在波峰焊設(shè)備70上以在波峰焊操作期間提供惰性氣體氣氛。波峰焊設(shè)備70包括含 有軟焊料80的焊料儲料器75、以及一個或多個噴嘴85,其發(fā)出由焊料泵（未示出）產(chǎn)生的 一個或多個焊料波（未示出）。參考圖4a和4b，設(shè)備30具有可從設(shè)備剩余部分移除的上 表面35,由此使得廢料去除對于終端用戶而言變得相對簡單。上表面35進一步包括至少 一個開口 40,從焊料儲料器75中包含的軟焊料80發(fā)出的至少一個焊料波經(jīng)由該一個開口 40通過噴嘴85并接觸沿移動軌道（未示出）通過的工件。參考圖4a和4b，設(shè)備30進一 步包括設(shè)備30底部上的至少一個凹槽45 (如圖4a中的虛線所示），其處于焊料儲料器75 的邊緣頂端。在具體實施例中，設(shè)備30可包括多于一個凹槽，允許放置設(shè)備30至焊料儲料 器75的頂端，如圖4a和4b所不。本文描述的設(shè)備的其它實施例具有僅僅一個凹槽45,例 如圖7至9所示的實施例。本文描述的設(shè)備的又另一實施例不具有一個或多個凹槽，而是 具有多個凸緣以允許設(shè)備被布置或放置在焊料儲料器上，如圖10所示的實施例所示。再次 參考圖4a和4b，擴散器組件55經(jīng)由管道60與惰性氣體源65流通連接。如前面所描述的 那樣，本文描述的設(shè)備和方法所使用的惰性氣體可包括氮氣、氫氣、惰性氣體(例如氦氣、氬 氣、氖氣、氪氣、氙氣等）、及其組合。在具體實施例中，惰性氣體在被引入擴散器組件55之 前被預(yù)加熱。應(yīng)該理解的是圖4a和4b所示的實施例可根據(jù)波峰焊機器的配置而變化。例 如，雖然圖4a描繪了定位成與焊料波的寬度平行的擴散器組件55,但是圖4b提供了其中 擴散器組件55被定位成與焊料波的寬度垂直的本文所描述的設(shè)備30的實施例的俯視圖。 在這些和其它實施例中，擴散器組件可附接至設(shè)備30的底部表面。擴散器組件55可以以 任意定位并通過任意適當(dāng)附接方式(例如通過螺釘、螺母、閂扣、回紋針、夾子、鉤子等）附接 至設(shè)備30。
[0037] 圖5提供了文描述的設(shè)備30的實施例的等角投影視圖。如圖5所示，設(shè)備30進 一步包括軟焊料表面（未示出）、工件（未示出）、前壁33、后壁37以及側(cè)壁43和47所定 義的內(nèi)部空間69。
[0038] 圖6提供了可選的蓋90的等角投影視圖，其布置在設(shè)備30以及工件經(jīng)由其傳遞 的移動軌道（未示出）的上方?？蛇x的蓋90被示出為具有可供查看的玻璃窗口 95?？蛇x 的蓋90還具有與波峰焊機器的排氣裝置（未示出）流通連接的通風(fēng)孔97,以去除焊接臺的 氣氛內(nèi)的任意熔劑蒸氣。
[0039] 圖7和8提供了設(shè)備230的替換實施例，其中僅僅存在位于焊料儲料器（未示出） 的邊緣上的一個凹槽245。凹槽245的側(cè)壁的至少一個和設(shè)備230的前壁233定義了腔體 250,其包含擴散器管210 (如圖8的虛線所示）。設(shè)備230進一步包括軟焊料表面（未示 出）、工件（未示出）、前壁233、后壁237、以及側(cè)壁243和247定義的內(nèi)部空間269。參考 圖8,設(shè)備230進一步包括附接至設(shè)備230的底部表面的至少一個擴散器組件255 (如虛線 所示）。
[0040] 圖9和10提供了本文描述的設(shè)備的各種實施例，其包括多個多孔擴散器管和/或 擴散器組件。圖9提供了一個實施例，其中一個擴散器管310位于腔350內(nèi)的焊料儲料器 375外部，焊料波之間的擴散器組件355'包括被保護性多孔護套（未單獨示出）包住了其 長度的至少一部分的擴散器管，以及第二擴散器組件355' '被附接至設(shè)備330的底部表面 或壁上。設(shè)備330還包含凸緣367,用于輔助地將設(shè)備330放置至焊料儲料器375的頂端。
[0041] 圖10提供了一個實施例，其中第一擴散器組件555、第二擴散器組件555'和第三 擴散器組件555 "位于焊料儲料器575內(nèi)的惰性氣氛內(nèi)，而且每個擴散器組件包括被保護性 多孔護套（未單獨示出）包住了其長度的至少一部分的擴散器管。設(shè)備530不具有凹槽來 將設(shè)備定位至焊料儲料器575的頂端。相反，設(shè)備530具有多個凸緣567以允許設(shè)備530 被布置在焊料儲料器575的頂端。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法的其它優(yōu)點包括降低了制造和材料成本、改進的焊料連 接質(zhì)量、以及簡化的對無鉛焊接技術(shù)的轉(zhuǎn)換?？紤]到制造和材料成本，已經(jīng)觀測到焊料消耗 的20-40%的減少、廢料形成的40-90%的減少、熔劑消耗的10-30%的減少、以及設(shè)備維護的 70-80%的減少，以及前置組件板清洗的更低的成本、減少的板缺陷和再加工、以及更高的生 產(chǎn)運行時間。本文描述的設(shè)備的其它優(yōu)點在于，它們可容易地按比例增大縮小，并且可配置 成符合具有各種不同尺寸的焊料罐。
[0043] 以上定義了各種術(shù)語。對于以上未定義的用在權(quán)利要求中的術(shù)語，應(yīng)該賦予本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員在至少一個印刷出版物或出版的專利中反映出來的術(shù)語所給出的最廣泛 的定義。而且，本申請中引用的所有專利、測試程序、和其它文獻通過應(yīng)用完全并入本文，使 得對于其中允許這種合并的所有權(quán)限來說該公開不與本申請不一致。
[0044] 已經(jīng)采用一組數(shù)值的上限和一組數(shù)值的下限描述了本發(fā)明的具體實施例和特征。 清晰起見，在此僅僅明確地公開了具體范圍。然而，應(yīng)該理解的是，可以構(gòu)想從任何下限至 任何上限的范圍，除非明顯地表示相反的意思。類似地，從任意下限開始的范圍可與任意其 它下限組合來列舉未明確列舉的范圍，而且從任意上限開始的范圍可與任意其它上限組合 來列舉未明確列舉的范圍。此外，范圍包括其端點之間的每個點或單獨值，即使沒有明確列 舉。因此，每個點或單獨值可作為其自己的下限或上限與任意其它點或單獨值或任意其它 下限或上限組合，以列舉未明確列舉的范圍。所有數(shù)值是〃大約〃或〃近似〃表示的值，并 且考慮了本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以想到的經(jīng)驗誤差和變化。
[0045] 雖然前面描述了本發(fā)明的實施例和及其替換實施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在 不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以構(gòu)想出來自本發(fā)明的各種改變、修改和替換。本 發(fā)明僅由所附權(quán)利要求的表述限制。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于在工件的焊接期間提供惰性氣體的設(shè)備，所述設(shè)備包括： 設(shè)備底部上的至少一個凹槽，用于放置其中包含有軟焊料的焊料儲料器的至少一個邊 緣； 設(shè)備頂部表面上的至少一個開口，從焊料儲料器發(fā)出的至少一個焊料波經(jīng)由該至少一 個開口通過并接觸工件；以及 一個或多個擴散器管，其包括與惰性氣體源流通連接的一個或多個開口以及圍繞該一 個或多個擴散器管中的至少一個擴散器管的長度的至少一部分的一個或多個多孔護套，其 中每個擴散器管和圍繞的多孔護套共同包括擴散器組件； 其中設(shè)備布置在焊料儲料器上方并在將被焊接的工件下方，從而形成氣氛，而且其中 在將被焊接的工件和至少一個焊料波的尖端之間基本不存在間隙。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中多孔護套包括編織材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中至少一個擴散器組件處于至少一個焊料波的近 側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進一步包括蓋，其布置在移動軌道的頂部以使得工件 從其中穿過，其中該蓋進一步包括與通風(fēng)系統(tǒng)連通的通風(fēng)孔。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中該蓋包括定義了內(nèi)部空間的多個薄板，而且其中 內(nèi)部空間與焊接爐的排氣裝置流通連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中該蓋進一步包括與惰性氣體源流通連接的入口。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中擴散器管中的開口是布置成沿擴散器管的長度的 一個或多個并排行的縱向槽。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中至少一個擴散器組件附接至設(shè)備的底部表面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中焊料儲料器產(chǎn)生多個焊料波，而且至少一個擴散 器組件被插入在焊料波之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中惰性氣體包括氮氣。
【文檔編號】H05K3/34GK204148684SQ201420056872
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】張雅卿, 王開玉, 吳亮 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司