[发明专利]气体混合装置

说明书

本发明主要涉及生产气体混合物的装置。更具体地讲，本发明涉及能够产生用在回流烘箱中增强电子装配方法的性能的受控气氛的气体混合控制板(gas mixing ganel)。

通常需要具有特定气体特性的受控气氛以改进在回流烘箱中的电子装配方法的性能。人们需要提供能够生产受控空气的经济的和简便的装置。

为获得最佳回流性能优选在所述空气中的特定气体特性为少量气体占主气体的大约100ppm至大约10,000ppm，更优选少量气体占主气体的大约500ppm至大约2,000ppm。对本发明来说，所述少量气体可为氧气或空气，所述主气体可为氮气。我们相信在氮气中的氧气或空气的浓度在该特定的范围内有助于减少如tombstoning和焊料溅散的缺陷并在电子装配作业过程中、特别是在集成电路板的生产中改进可焊性。在氮气中低于大约100ppm的氧气或空气会发生某些低氧缺陷，和在氮气中高于大约10,000ppm的氧气或空气会发生某些高氧缺陷。实现回流烘箱的最佳性能的在氮气中所需的氧气或空气浓度(一般在大约100ppm至大约10,000ppm)被称为“sweetspot”。

因此我们希望提供一种气体混合装置，该装置有助于提供具有在氮气中的氧气或空气为大约100ppm至大约10,000ppm的气体特性的受控空气以致可在更少或几乎不存在缺陷的情况下实施所述电子装配方法。

传统的气体混合技术一般使用了昂贵的质量流量控制器和庞大的缓冲罐。人们已经使用这些传统的混合器生产在氮气中1％至50％范围的氧气的气体混合物，但不能达到ppm范围。最近的研究出现了商业可得的更大尺寸的更昂贵得多的气体混合器。更近以来的进展出现了较低价格的气体混合器，该混合器使用固定的孔板以测量气体流量，并随后在小得多的缓冲罐中混合。另外针对准确提供某些气体组成还发展了其它传统的混合器。

在本领域中还存在其它同样提供混合气体组合物的气体混合设备。在美国专利号6,614,655中公开了测试气体和零点调整用气体的组合。所述零点调整用气体可为氮气或人工制造的氧气；而所述测试气体(校正气体)不作指定。’655专利公开了减少生产不同浓度的产物中的原料流所必需的临界喷嘴的数量。’655专利中的气体混合设备的混合室与所述临界喷嘴的出口连接，确保了出口压力高于某个最小压力。相邻之间的每个临界喷嘴增加了1∶2的比例。由于出口压力总是高于临界压力，因此只取决于所述喷嘴的横截面积的气体的体积总为常数。所述临界喷嘴接收了测试气体或零点调整用气体。具有两个入口的阀门安装在所述临界喷嘴的上游并且可交替打开这两个入口。四个喷嘴打开时具有横截面积为1∶2∶4∶8。将最大的喷嘴安装在与所述混合器的出口相对的地方。一个微型处理器启动所述阀门并监控和调整气体压力。在’655专利中的气体混合设备得到了在所述零点调整用气体中测试气体的16个线性梯度浓度。

在美国专利号5,671,767和美国专利号5,544,674中均公开了以控制的比例将两种气体混合在一起。由于所述混合装置是用于呼吸器，因此在这些专利中的气体仅仅涉及氧气和空气。所述混合装置达到与流速无关的高度准确的混合，因此可以高流速或低流速使用所述装置。通过可变面积的喷嘴控制第一气体流，该喷嘴将所述气体供给所述混合室。对于第二气体流也一样操作。当流速降低时，活塞移向阀门构件。这将减少每个喷嘴的大小而保持在所述喷嘴的通流面积之间的相同的比例。在每个阀门中所述两种气体的每一种的通道的大小或喷嘴面积增加或减少相同的数量从而保持了气体的比例。

在日本专利号11,033,382中公开了一种小型化和简单化的气体混合设备。在该专利中使用了一种压力平衡设备将两种气体调节至相同的压力。这两种气体在气体通过区域中以相应于预定混合比的比例混合。可通过调节阀调整流速。

虽然存在许多混合气体的装置，但我们相信没有一种能够提出经济和简便的装置可混合气体以生产具有大约100ppm至10,000ppm的氧气的氮气产品。因此需要一种具有所述特征的气体混合装置。

本发明的一个方面涉及用于准确混合复合气体(plurality gases)的简便的气体混合装置。该装置包括气体控制板(gas panel)、用于调整压差的压力控制阀、流量计和静态混合室。所述复合气体可为一种少量气体和一种主气体，其中，例如所述主气体为氮气和所述少量气体为空气或氧气。优选所述主气体和所述少量气体以在氮气中氧气占大约100ppm至大约10,000ppm的比例，更优选在氮气中氧气占大约500ppm至大约2,000ppm的比例混合得到气体混合物。