[发明专利]在限定空间形成控制气氛的气体注入装置和方法

说明书

本发明涉及一种在限定空间形成控制气氛的气体注入装置和方法，此装置特别适用于需要营造控制气氛(惰性或活性)的场合，如在波峰钎焊机的一个或几个区域内，在整个或部分连续炉内，该炉用于焊接(如在电子学中的软或硬焊)，以及退火，应力消除，烧结或其他无论什么样的热处理场合。

以波峰钎焊机为例，这些通常适合在线路上焊接电子元件(不管在线路中插入元件或元件表面固定在线路上)，以及锡焊电子元件引线，甚至在支撑体钎焊触片为混合线路。

这些机器的设计思想是将要钎焊或表面涂锡的元件送入机器内，与一种或几种熔融的焊药的射流接触，焊药是通过一个喷嘴被泵入的，焊药浴包含在一个容器中。

最初欲涂锡的线路或元件通常在机器的气流上升区被助熔处理，以使金属表面除氧，促使焊药润湿金属表面，助熔处理操作之后，随之是预热操作，以便活化预先沉积线路或元件上的助熔剂，在线路或元件到达焊接热区之前完成预热。应用这样化学助熔剂，通常导致用户在钎焊或镀锡后，增加清理操作，常常借助于氯化溶剂，以确保清除助熔剂在线路或元件上的残留物。机器通常是暴露在包围空气之中。

这种机器用户遇到的各种问题引证如下：

-由于暴露在周围空气中，在焊药浴的表面上生成氧化层(已知如熔渣)，导致不能不考虑焊药的损失和需要定期清理焊药浴。一个中等大小的机器，工作期间每小时可能产生高达1kg的熔渣。

-第二个问题与锡焊后清理操作有关。在“蒙特利尔议定书”框架文件中，对这些溶剂有特别严格的规则，在某些情况下甚至遭到明令禁止。

为解决熔渣生成和清理的问题，提出氮气覆盖，至少在焊药浴的上方，在某些情况下遍及机器的其余部分，与使用低活性助熔剂有关在线路上留下最少量的残留物，这样可省去其后续的清理工作，焊药浴上方的氮覆盖物也大大地减少了焊药浴的氧化过程。

在施行气体注入和费用效率之间确定最好的折衷方案是重要的，焊药浴上方氧残留水平，气体消耗和机器生产率(包括线路板)以确定速率进出，由于板的进出吸入空气是明显的大气污染源。

机器做成完全惰性表现为，开始设计成密封通道但防护罩系统允许对现有(开口浴)机器(改进)至少对焊药浴但也有时在预热区部分和浴下风向的冷却区上方提供氮覆盖层。

对两种类型系统，所要求的性能显示，更大的覆盖层在长度上受到限制(为仅对焊药浴)，更困难的是在防护罩内保持合理量的氮气流，同时达到很低的残留氧浓度(为10ppm残留氧或更少)。与机器长度相比，一种“短”系统将有效地被采用，因线路板进出而吸入空气带来的困难，需保持高浓度的氮气流。

在某些机器中，通入50或60m²/小时量级的气流才能保持惰性气氛，这常与用户经济约束力(和资产负债表)相矛盾。

如这样低劣的性能，是与不完善和非最优化的控制相关的，借助于气体注入防护罩改进此做法。

在那种情况下，申请者在文件US5161727中提出一种惰性一再现装置，它包含一组至少限定在焊药浴平面上的防护罩，通过密封与周围大气分开成内部空间，气体注入导管向防护罩的上中开口并以散射器配装。

本发明的目的是提出一种改进的气体注入设备(或装置)，通过简单而有效的设计，在注入气体流速和残留氧浓度之间获得特别好的折衷，同时对相应的机器或连续炉保持高效率(在元件进出水平)。

为避免因吸入空气而造成的扰动，申请者强调实施气体注入的重要性是：注入气体分布在相应限定空间最大可能的面积上，并在系统各点气体速度有良好的均匀性(平均速度周围最小标准偏差)，所述平均速度保持在低水平最有利地避免扰动。

本发明提供了一种在限定空间形成控制气氛的气体注入装置，至少包含一组以串联和/或并联方式组合的导管，至少其中一个导管的一部分包含有气体注入孔，上述组件至少由一个气体供应干管供气，每个供气干管在原连接节点水平面上与组件相连，组件的量度遵守下述关系式

∑ωi/∑φi≥1，

此处∑ωi表示向组件供气干管的内截面面积之和，∑φi表示导管组件的气体注入口的横截面面积之和。

根据本发明另一观点，组件的量度最好≥1.5。

按照本发明“限定空间”术语被定义为例如以通道或一组防护罩与周围气氛隔离的空间，但允许元件在相应的机器或炉子中加工处理，连续通过。这样本发明更可特别应用于连续的机器或炉子(波峰钎焊机，连续焊接炉，连续热处理炉等等)。

按照本发明“节点”同样定义为既是简单的连接点又是合适的设备(如缓冲力部件)，确定一容积，由干管带入的气体供入其中，然后进入被导管连接的下一个组件中。