TWI401131B

TWI401131B - 於軟焊時提供惰性化氣體的設備及方法

Info

Publication number: TWI401131B
Application number: TW100108427A
Authority: TW
Inventors: Chun Christine Dong; Gregory Khosrov Arslanian; Ranajit Ghosh; Victor Wang; Jerry Wu
Original assignee: Air Prod & Chem
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2013-07-11
Also published as: KR20110103369A; CN102275024B; SG174695A1; KR101265871B1; TW201143957A; CN102275024A

Description

於軟焊時提供惰性化氣體的設備及方法

相關申請案之相互參照

本案請求下列申請案的優先權：2010年3月12日申請的美國臨時專利申請案序號第61/313,376號；2010年3月12日申請的美國臨時專利申請案序號第61/313,372號；2010年4月5日申請的美國臨時專利申請案序號第61/321,011號；2010年4月5日申請的美國臨時專利申請案序號第61/320,939號；2010年4月13日申請的美國臨時專利申請案序號第61/323,607號；及2010年7月19日申請的美國臨時專利申請案序號第61/365,607號。

文中所描述的是於軟焊時提供惰性化氣體的設備及方法。明更明確地說，文中所描述的是於使用氮及/或其他惰性化氣體波焊時提供惰性化氣體的設備及方法。

工件例如印刷線路板或電路板具有越來越小的可潤濕表面，該等表面必須能以焊料塗佈並且接合。典型的波焊作業涉及軟焊浴，該等印刷電路板或工件能於運輸時透過該軟焊浴予以軟焊。習用的自動波焊設備包括助熔劑設備、預熱器及為了處理印刷電路板而設置的焊料站。該等印刷電路板沿著移動軌道或輸送帶運輸，而且其側緣藉由抓取指支撐。助流劑可使該板與助流劑的泡沫或噴霧劑接觸。接著使該電路板通過預熱區以便使該助流劑能減少待軟焊的金屬表面上的氧化物。接著使該電路板與單一或多重波的熔融焊料於空氣中或於惰性化氛圍中接觸。

該惰性化氛圍典型為氮(N₂ )及/或其他惰性化氣體而且經常被叫做N₂ 惰性化。於惰性氣體及/或氮氛圍中軟焊將該焊料表面上的浮渣或氧化物形成減至最少。已知浮渣或氧化物層的存在會造成焊料接頭中的跳越、橋或其他缺陷。於焊料波-其係於作業時由該波焊設備所產生-近端的是多孔管，該等多孔管與該焊料波平行行進並且用以輸送該惰性化氣體及/或N₂ 氣體以提供相對低氧的氛圍，特別是在待軟焊的工件下方。

關於無鉛波焊，由於下列原因而進一步提高包含N₂ 的惰性化氛圍的價值。使用普通無鉛焊料的加工溫度由於常用的無鉛焊料提高的熔點而顯著高於習用錫-鉛焊料的加工溫度。該加工溫度提高促成浮渣形成。再者，無鉛焊料的成本正常遠高於習用錫-鉛焊料的成本，而且由於浮渣形成造成的焊料廢棄物相關經濟損失比無鉛波焊更明顯。此外，無鉛焊料的潤濕性能與習用的錫-鉛焊料相比本質上係差的。因此，所形成的焊料接頭的品質對無鉛焊料表面上的氧化態更敏感。

眾所周知的是波焊時的惰性化會顯著降低該熔融焊料表面上的浮渣形成。減少浮渣形成不僅節省焊料並且減少保養需求，還能改善焊料潤濕並且確保所形成的焊料接頭的品質。為了將惰性化氛圍應用於目前的波焊機，有一個常見的方法為將內部安裝擴散器的籠狀保護性外殼插入該熔融的焊料貯槽。能橫跨該焊料貯槽形成惰性化氣體包層，因此，降低焊料氧化的趨勢。

該等擴散器常由多孔管製成以將惰性化氣體例如N₂ 及/或其他惰性化氣體引進該軟焊站。然而，該等多孔管變成容易被該波焊製程期間的焊料濺落或助熔劑蒸氣凝結阻塞。一旦該擴散管被阻塞，惰性化的效率將會大幅降低。現代清潔該等擴散管例如，舉例來說，使用填充清潔溶液的超音波浴，的方法極其困難而且耗時。這些管的清潔必須規則地進行並且會造成該等管的物理損害。為了避免這些問題，典型為一旦其被阻塞就更換該等擴散管而非清潔。這提高終端使用者的整體成本。

因此，為了促成藉由N₂ 及/或其他惰性化氣體於波焊時應用惰性化，吾人所欲為下列目的之至少一或更多者的設備、方法或二者。首先，吾人所欲為該惰性化設備及方法縮減N₂ 或其他惰性化氣體消耗例如，但不限於，每小時12立方米(m³ /hr)或更小以符合應用此技術的成本利益。其次，吾人所欲為該惰性化設備及方法縮減該熔融焊料表面上方的O₂ 濃度例如，但不限於，每百萬份2500份(ppm)或更小。第三，吾人所欲為該惰性化設備及方法使用易於設立並且仍能使修整成本最少化的設備。再者，吾人所欲為該設備或方法縮減或免於該多孔性擴散管的阻塞以確保穩定又持久的惰性化性能。

文中所述的設備及方法能完成至少一或更多以上關於使用氮及/或其他惰性化氣體惰性化的目的，其可能比目前使用的類似方法及設備更有成本效益而且對使用者更友善。

有一具體實施例中，提供一種用於工件軟焊時提供惰性化氣體的設備，該設備包含：至少一於該設備底部的凹槽，該至少一凹槽係用於置於包含熔融焊料的焊料貯槽的至少一邊緣頂上，其中該凹槽的至少一側壁及該設備的至少一壁於該焊料貯槽外側界定出一艙；至少一於該設備頂表面的開口，從該焊料貯槽發射的至少一焊料波透過該至少一開口通過並且當該工件於移動軌道上行進時觸及該工件；及多數包含一或更多開口的管，該等管與惰性化氣體來源流體連通，其中該等管之至少其一存在於該艙內；其中該設備係位於該焊料貯槽上方及該待軟焊的工件下方藉以形成一氛圍及其中該待軟焊的工件與該至少一焊料波的頂點之間實質上無間隙。該設備係位於該焊料貯槽上方及該待軟焊的工件下方藉以形成一氛圍及其中該待軟焊的工件與該至少一焊料波的頂點之間實質上無間隙。在一特定具體實施例中，該設備另外包含一導熱性突出部，其中該突出部的至少一部分觸及該熔融焊料及至少一管。在此具體實施例或另一具體實施例中，將一任意蓋子置於該設備頂上，該工件透過該設備行經該蓋子，其中該蓋子另外包含與通風系統連通的通風口。

在另一形態中，提供一種用於工件波焊時提供惰性化氛圍的方法，該方法包含：提供一波焊機，其包含：內含熔融焊料的焊料貯槽、至少一噴嘴、至少一泵以從該熔融焊料浴向上透過該噴嘴產生至少一焊料波；把一設備置於該焊料貯槽至少一邊緣頂上，其中該設備包含在頂表面上的至少一開口、擺在該焊料貯槽至少一邊緣頂上的至少一凹槽及多數包含的一或更多開口的管，該多數管與惰性化氣體來源流體連通，其中該待軟焊的工件及該熔融焊料的頂表面界定一氛圍及其中該待軟焊的工件與該至少一焊料波的頂點之間實質上沒有間隙；使工件沿著一路徑通過以致於該工件的至少一部分觸及透過該設備的開口發射的至少一焊料波；透過該等多孔管引進一惰性化氣體並且進入該氛圍，其中至少一管觸及被插入該熔融焊料的導熱性突出部的一部分藉以將該至少一管加熱至該熔融焊料的熔點或以上的溫度。在一特定具體實施例中，該等管之至少其一另外包含無黏性塗層或包含無黏性材料的多孔性套管。

此技藝之目標的至少一或多者能藉由文中所述之關於軟焊時的惰性化保護之方法及設備完成。文中所述的設備及方法提供於軟焊時的惰性化保護，特別是對於工件例如印刷電路板軟焊時該焊料的顯著移動和旋轉及該焊料表面的提高氧化可能發生的那些具體實施例。預期文中所述的設備及方法均可使用，舉例來說，以修整現有的波焊機。在特定具體實施例中，運轉時將文中所述的設備置於該焊料貯槽上面及該移動軌道或其他用於輸送待軟焊的工件的輸送機制下方。在特定具體實施例中，該待軟焊的工件與該至少一焊料波的頂點之間實質上沒有間隙。在其他具體實施例中，該待軟焊的工件與該至少一焊料波的頂點之間有一間隙。放在該設備內的多數擴散管係以流體連至惰性化氣體來源例如氮、惰性氣體(例如，氦、氖、氬、氪、氙及其組合)、生成氣(例如，包含至多5重量%氫的氮和氫之混合物)，或其組合以提供一惰性化氛圍。文中所述的設備及方法之一目的為待軟焊的工件表面及該焊料貯槽內含的熔融焊料表面所界定之氛圍中降低的氧(O₂ )濃度例如，但不限於，每百萬份2500份(ppm)或更小。

文中所述的設備及方法意圖置於含熔融焊料的焊料貯槽頂上，該熔融焊料係保持於該焊料的熔點或以上(例如，至多50℃)。文中所述的設備具有一設置於該焊料貯槽頂上的內部容積藉以於依一方向靠該焊料貯槽上方的移動軌道輸送之待軟焊的工件與該熔融焊料表面之間界定出一氛圍。在特定具體實施例中，該等工件係藉由移動軌道或輸送帶指部撐住側緣並且使該等指部通過該等焊料波。在其他具體實施例中，當透過該波焊機輸送該等工件時將該等工件撐在托板、定位器或架子上。該焊料貯槽內具有一或更多噴嘴，該噴嘴放出一或更多由焊料泵所產生的焊料波。該焊料泵典型為變速泵，其允許終端使用者控制來自該焊料波的焊料流動並且提高或降低該焊料波的頂點或波峰以適於加工條件。該一或更多焊料波透過文中所述的設備頂表面中的一或更多開口觸及該待軟焊工件的表面。於此製程期間，該設備存放多數包含與惰性化氣體來源例如N₂ 流體連通的開口、孔口、狹長孔、穿孔或細孔的擴散管，該氣體來源通過該管的內部容積並且透過該等管的開口或細孔進入該氛圍。在這樣做時，當該工件通過該焊料波時該工件的下表面、前綠、背綠及側緣被該惰性化氣體均勻包覆著。

在文中所述的設備及方法的特定具體實施例中，將置於該焊料貯槽頂上的設備之尺寸最小化以增強該等移動的焊料波周圍的惰性化效率。在各個不同的具體實施例中，該靜態的熔融焊料表面，或在該焊料貯槽中的設備路徑之外的區域，可藉由能忍受該焊料貯槽內含熔融焊料的溫度的高溫材料覆蓋著。

文中所述的設備及方法包含多數含一內部容積及一或更多開口的擴散管，該開口可為，但不限於，細孔、洞孔、狹長孔、通氣孔、孔口、穿孔或其他允許氮及/或其他惰性化氣體通過該管的內部容積及透迥該管的開口離開的裝置。在一特定具體實施例中，該等管具有多孔性並且包含約0.2微米(μm)或更小的平均孔徑以提供離開該多孔管的惰性化或N₂ 氣體的層流。在各個不同具體實施例中，該等管與惰性化氣體來源流體連通，該氣體來源透過該管的內部容積供應該惰性化氣體例如，舉例來說，N₂ 及透過該等管的開口或細孔離開進入該貯槽的熔融焊料表面及輸送工作所界定的區域內。

如先前提及的，文中所述的設備包括含多數擴散管及一內部容積的外罩。在特定具體實施例中，該等管可位於該多數焊料波之間、該焊料貯槽的板子進入側、該焊料貯槽的工件出離側、與該焊料波的方向垂直或其組合。在這些具體實施例中，該待軟焊的工件表面與該等焊料波的表面之間實質上沒有間隙。在特定具體實施例中，該等管之一或更多者，例如該等管之一或更多者存於多數軟焊波之間的那些具體實施例，可另外包含一金屬突出部或鰭片，其中該突出部的至少一部分觸及該熔融焊料並且與該管熱傳導。關此，該金屬突出部或鰭片允許其所連接的管溫變成高於該焊料的熔點以避免，舉例來說，軟焊濺及/或助熔劑蒸氣凝結所引起的阻塞。在特定具體實施例中，觸及該一或更多管及該熔融焊料的金屬突出部或鰭片可為該設備之垂直壁的一部件。在各個不同具體實施例中，該焊料浴的內側及/或外側可設置另一管。於至少一管與該熔融焊料浴之間導熱的一或更多金屬突出部的應用能避免先前技藝與浸漬及/或使該多孔管與該焊料浴接觸有關的問題。

在文中所述的設備及方法之一特定具體實施例中，該多數擴散管，例如，但不限於，於多數焊料波之間的中心擴散管，之一或更多者包含無黏性塗層。無黏性塗層的實例為聚四氯乙烯(PTFE)塗層，其可以註冊商標Teflon無黏性塗層(Teflon係由德拉威州維明頓市的DuPont有限公司製造)被找到。為過保持惰性氣體通過擴散管的表面，可將多孔性Teflon無黏性套管應用於該管表面的至少一部分。在各個不同具體實施例中，所選擇的無黏性塗層應該於無鉛波焊製程中常用的熔融焊料溫度或以上(例如，至多約260℃)還能保持其完整性。在一更具體的具體實施例中，該無黏性塗層包含Thermolon^TM 無黏性塗層，由南韓的Thermolon有限公司製造，而且於450℃可保持其完整性並避免於提高溫度產生毒性蒸氣的無機(礦物質為底的)塗層。在該中心多孔管存於一或更多對軟焊波之間的具體實施例，溶於該焊料貯槽中的助熔劑會因為該熔融焊料的連續動態移動而直接觸及位於該第一與第二波之間的中心擴散器表面。當擴散器表面上的液態助熔劑蒸發或熱分解時，固態助熔劑殘餘物可能留於該擴散器表面上，因此造成擴散器阻塞。為了補救這個，無黏性塗層或多孔性無黏性套管或塗佈無黏性塗層之製成狹長孔的金屬殼可應用於該多孔管或可覆蓋該多孔管的至少一部分。咸信將無黏性塗層或多孔性無黏性套管或塗佈無黏性塗層之製成狹長孔的金屬殼加於該等多孔性擴散管之至少其一可防止該多孔管例如該中心管被固體助熔劑殘餘物阻塞。該無黏性塗層也可應用於該設備內表面的至少一部分或該頂蓋的內表面以便易於清潔。

在文中所述的設備及方法的又另一具體實施例中，該設備另外包含安裝於該移動軌道上的任意蓋子藉以形成該等工件通過的隧道。該任意蓋子另外包含與該波焊機的通風排氣管路流體連通的通風孔，該通風孔允許從該蓋子下方的氛圍收集助熔劑蒸氣。有一具體實施例中，該任意蓋子係由帶有連至該機器的通風排氣管路之中心孔的單層金屬蓋製成。在另一具體實施例中，該任意蓋子係由雙層金屬片，而且該雙層間隔係連至該爐的通風排氣管路，由此形成一邊界氣阱。在一特定具體實施例中，這兩層金屬片之間的距離可介於約1/8”至約”。當一工件或電路板通過該蓋子下方時，該軟焊區內所產生的助熔劑蒸氣可透過該邊界阱收集起來，而圍繞著該焊料貯槽的空氣截留於該雙層間隔中，藉以確保良好的惰性化性能。對於該焊料貯槽頂部上沒有工件或電路板的案例中，由該惰性化設備的多數擴散器所產生的惰性化氣體可抽吸至該蓋子的雙層間隔下方的容積內，藉以形成邊界惰性化氣霧(gas curtain)以使進入該容積的空氣減至最少。

圖1提供文中所述的設備及方法的多孔管或擴散器之一具體實施例。多孔管10係描述成具有一內部容積15的圓柱管，該內部容積15允許惰性化氣體例如氮及/或其他氣體例如，但不限於，惰性氣體(例如，氬、氦、氖，等等)、氫或其組合流流過，並且與惰性化氣體來源流體(未顯示)連通。在多孔管10之一具體實施例中，多孔管係由不銹鋼製成。然而，其他多孔管10用的材料也可應用，只要該等材料對於該焊料沒有反應性。多孔管10係透過氣體導管或其他裝置(未顯示)與該惰性化氣體來源流體連通。多孔管10另外包含多數穿孔20、細孔或洞孔，彼等允許氣體從該內部容積15透過穿孔20從該軟焊浴、該熔融焊料(未顯示)的表面及該待軟焊的工件(未顯示)的下方所界定的氛圍或其組合流出。儘管多孔管10據顯示呈圓柱形並且具有圓形斷面，但是預期其他幾何形狀，例如，但不限於，環形、方形、矩形、橢圓形，等等，均可使用。穿孔20係經設計以致於，舉例來說，利用圖1的具體實施例所示的圓孔將以窄細的方式引導氣流並且佈滿該軟焊貯槽(未顯示)的全長。在另一具體實施例中，穿孔20可為長形孔或狹縫。在各個不同具體實施例中，穿孔20可被截角或導角以將氣體流動從內部容積15進一步導入該軟焊浴(未顯示)及/或焊料浴與工件之間的間隙。穿孔20的平均孔徑可介於0.05微米至100微米，或0.1至10微米，或0.2至5.0。在一特定具體實施例中，該穿孔20的平均孔徑為約0.2微米或更小。使多孔管10上的穿孔的孔徑及孔隙率最適化，以尋求離開該多孔管的氣態N₂ 的層流。在各個不同具體實施例中，為了使從欲惰性化的軟焊區(例如，工件、輸送帶等等)的邊界侵入的空氣減至最少較佳為N₂ 及/或其他惰性化氣體的層流。

關於該多孔性擴散管的替代具體實施例，該多數擴散管之一或更多者，例如，但不限於，介於多數焊料波之間的中心擴散管，可藉由製成同心狹長孔的管製成。於圖23a(側視圖)及23b(斷面圖)中提供這樣的具體實施例的實例。在此具體實施例中，擴散管1100具有一或更多狹長孔1110並且係被同心蓋子1120圍繞。該蓋子1120具有一或更多開口或狹長孔1130，彼等面向下並且允許惰性化氣體通過。咸信該等狹長孔的向下結構會使液態助熔劑進入該管及阻塞該一或更多開口的機會減至最少。在特定具體實施例中，同心蓋子1120具有應用於其表面至少一部分的無黏性塗層例如文中所述的任何塗層。儘管擴散管1100及其圍繞的蓋子1120據顯示呈圓柱形並且具有圓形斷面，但是預期其他幾何形狀，例如，但不限於，環形、方形、矩形、橢圓形，等等，均可使用。

圖3a及4提供文中所述的設備30之一具體實施例的頂及等角視圖。對照圖3a，將設備30置於波焊設備70上以於波焊作業時提供惰性化氛圍。波焊設備70包括含熔融焊料80的焊料貯槽75及一或更多噴嘴85，該噴嘴放出由焊料泵(未顯示)所產生的一或更多焊料波(未顯示)。對照圖3a及4二者，設備30具有可從該設備的托架移除的頂表面35藉以使終端使用者較容易完成浮渣移除。頂表面35另外包含至少一開口40，從該焊料貯槽75內含的熔融焊料80放射的至少一焊料波透過該至少一開口40通過噴嘴85並且觸及沿著移動軌道(未顯示)通過的工件。對照圖3a及4，設備30另外包含於設備30底部上的至少一凹槽45(圖3中以虛線顯示)，其放在焊料貯槽75邊緣的頂上。在特定具體實施例中，設備30可包含多於一凹槽，其使得設備30能放在焊料貯槽75頂上，如圖3a及4所示。該設備文中所述的其他具體實施例僅有一凹槽245例如圖7及8所描述的具體實施例。文中所述的設備又另一具體實施例沒有一或更多凹槽而是多數凸緣，該等凸緣允許該設備能設置或放焊料貯槽上，例如圖11及14所描述的具體實施例。再對照圖3a及4，凹槽45的側壁及前壁33或後壁37界定出允許多孔管55(圖3中的虛線所示)置於設備30內的艙50。多孔管55經由管子60以流體連通於惰性化氣體來源65。如先前提及的，配合文中所述的設備及方法所用的惰性化氣體可包含氮、氫、惰性氣體(例如，氦、氬、氖、氪、氙，等等)或其組合。在特定具體實施例中，在被引進多孔管55之前先預熱該惰性化氣體。咸瞭解圖3a及4所示的具體實施例可隨著該波焊機的結構變化。現在對照圖4，設備30另外包含由該熔融焊料表面(未顯示)、該工件(未顯示)、前壁33、後壁37及側壁43及47所界定的內部容積69。設備30另外包含至少一與該熔融焊料貯槽及至少一多孔管接觸的金屬鰭片57，該金屬鰭片57用以將該多孔管55的中心加熱至高於該熔融焊料熔點的溫度。

圖3b提供文中所述的設備30’之具體實施例的頂視圖，其中多孔性擴散管55’垂直於該焊料波的寬度取向。對照圖3b，設備30’係置於波焊設備70’上以於波焊作業時提供惰性化氛圍。波焊設備70’包括含熔融焊料80’的焊料貯槽75’，及一或更多噴嘴85’，該噴嘴放出由焊料泵(未顯示)所產生的一或更多焊料波(未顯示)。設備30’具有可從該設備的托架移除的頂表面35’藉以使終端使用者較容易完成浮渣移除。頂表面35’另外包含至少一開口40’，從該焊料貯槽75’內含的熔融焊料80’放射的至少一焊料波透過該至少一開口40’通過噴嘴85’並且觸及沿著移動軌道(未顯示)通過的工件。在其他具體實施例中，文中所述的設備包含多數凸緣，該等凸緣允許該設備能設置或放焊料貯槽上。多孔管55’經由管子60’以流體連通於惰性化氣體來源65’。如先前提及的，配合文中所述的設備及方法所用的惰性化氣體可包含氮、氫、惰性氣體(例如，氦、氬、氖、氪、氙，等等)或其組合。在特定具體實施例中，在被引進多孔管55’之前先預熱該惰性化氣體。咸瞭解圖3b所示的具體實施例可隨著該波焊機的結構變化。

圖5提供置於該設備30及移動軌道(未顯示)上面以致於該工件能行經的任意蓋子90的等角視圖。據顯示任意蓋子90具有能觀看的玻璃窗95。任意蓋子90另外具有與該波焊機的通風排氣管路(未顯示)流體連通的通風口97以移除該軟焊站氛圍內的任何助熔劑蒸氣。

圖6提供文中所界定的設備130的具體實施例之側視圖。如圖6例示的，藉由將凹槽145安裝於所示的焊料貯槽175之至少一邊緣上把設備130置於波焊設備170頂上。焊料貯槽175具有內含的熔融焊料180。移動軌道(未顯示)依所示的箭頭105指示的往上方向運輸待軟焊的工件100。使用至少一或更多焊料泵(未顯示)以透過噴嘴185產生多數焊料波115。該多數焊料波115透過設備130中的開口107觸及工件100的下側。把惰性化氣體引進放在焊料貯槽175外側的艙150中之多孔管155中。在圖6所示的具體實施例中，多孔管155位於該焊料貯槽175的入口及出口。在又另一具體實施例中，多孔管155垂直於該等焊料波(未顯示)的方向取向。該等多孔管155之至少其一與接觸熔融焊料180的金屬突出部157連接。惰性化氣體充滿在工件100下方並以交叉平行影線描述及熔融焊料180的表面上方之120所示的區域或氛圍。在圖6所示的具體實施例中，該設備於工件100與焊料波115的頂點之間基本上沒有間隙。

圖7及8提供設備230的替代具體實施例，其中只有一凹槽245擺在焊料貯槽(未顯示)的邊緣上。設備230的凹槽245之至少一側壁及前壁233界定含多孔管255(圖8的虛線所示)的艙250。設備230另外包含由該熔融焊料表面(未顯示)、該工件(未顯示)、前壁233、後壁237及側壁243及247所界定的內部容積269。對照圖8，設備230另外包含至少一與該熔融焊料貯槽(未顯示)及該等多孔管255之至少其一(以虛線顯示)接觸的金屬鰭片257，該金屬鰭片257用以將該多孔管255的中心加熱至高於該熔融焊料熔點的溫度。

圖9至13提供文中所述的設備的多個不同具體實施例，該設備包含多數多孔管。圖9提供一具體實施例，其中該等多孔管355之一位於該焊料貯槽375外側的凹穴350內，介於該等焊料波之間的第二多孔管355’包含導熱性材料357例如金屬鰭片，該導熱性材料357觸及該熔融焊料380及該第二多孔管355’並且將該第二多孔管加熱至高於該焊料熔點的溫度，及第三多孔管355”觸及該設備330的壁，該壁係為導熱性或延伸至熔融焊料380中。設備330另外含有有助於將設備330設置於焊料貯槽375頂上的凸緣。

圖10提供設備430的具體實施例，其中該第一多孔管455位於該焊料貯槽475外側的凹穴450內，而且第二多孔管455’及第三多孔管455”包含導熱性材料例如金屬鰭片457，該導熱性材料觸及該熔融焊料480及該第二多孔管455’和第三多孔管455”並且將該等多孔管加熱至該焊料熔點或以上的溫度。

圖11提供一具體實施例，其中該第一多孔管555、第二多孔管555’及第三多孔管555”係於該焊料貯槽575內側，而且各個多孔管包含導熱性材料例如金屬鰭片557，該導熱性材料觸及該熔融焊料580並且將各個多孔管加熱至高於該焊料熔點的溫度。設備530沒有將該設備設置於焊料貯槽575頂上的凹槽。而是，設備530具有多數凸緣567，該多數凸緣567能將設備530置於焊料貯槽575頂上。

圖12提供具有多數凹槽645的設備630的具體實施例，其中該凹槽的至少一側壁及該設備630的前壁633或後壁637界定具備多孔管655及655”的艙650。設備630另外包含與導熱性材料例如金屬鰭片657接觸的多孔管655’，該導熱性材料觸及該熔融焊料680並且將多孔管655’加熱至高於該焊料熔點的溫度。

圖13提供具有多數凹槽745的設備730的具體實施例，其中該凹槽的至少一側壁及該設備730的前壁733或後壁737界定具備多孔管755及755”的艙750。設備730另外包含從凹槽745的側壁延伸至該焊料貯槽780中的內部凸緣752，該等內部凸緣752有助於將設備730設置於焊料貯槽775頂上。

圖14提供文中所述的設備930的具體實施例，其中該第一多孔管955、第二多孔管955’及第三多孔管955”係於該焊料貯槽975內側，而且該等多孔管之一或955’另外包含導熱性材料例如金屬鰭片957，該導熱性材料觸及該熔融焊料980並且將多孔管955’加熱至高於該焊料熔點的溫度。設備930沒有將該設備設置於焊料貯槽975頂上的凹槽。而是，設備930具有多數凸緣967，該多數凸緣967能將設備930置於焊料貯槽975頂上。設備930據顯示係由例如金屬的材料之雙壁構成，該雙壁界定至少一罩住所示的多孔管例如955及955’之至少其一的艙950。工件923依箭頭925所指的方向行經設備930上方並且與從噴嘴985發射的多數熔融焊料波接觸。該多數多孔管955、955’及955”與惰性化氣體來源例如N₂ (未顯示)流體連通，該惰性化氣體來源透過該等管提供惰性化氛圍或N₂ 氛圍，至艙950中，至設備930的材料雙層所界定的容積中，及至該熔融焊料表面980、該工件923及設備930的壁所界定的內部容積969中。

圖15至17提供設備830的具體實施例，該設備另外包含於該焊料貯槽870頂上的任意蓋子890藉以形成供固持於移動軌道900上的工件905通過的隧道。圖15提供一端視圖，而且圖16及17提供設備830的側視圖。在特定具體實施例中，任意蓋子890與波焊機(未顯示)的通風管流體連通。任意蓋子890係由雙層薄片構成，而且該雙層間隔係連至該爐的通風排氣管897，而形成一邊界氣阱。該任意蓋子890可由金屬片或其他適合材料的雙層製成。在特定具體實施例中，這兩層金屬片之間的距離可介於，但不限於，1/8”至約¼”。在圖15至17所示的具體實施例中，任意蓋子890可包含一惰性化氣體入口895，該入口與惰性化氣體來源流體連通(未顯示)以便更有助於洗淨離開該軟焊區的助熔劑蒸氣及空氣。如圖16所示，當一電路板通過蓋子890下方時，該軟焊區內所產生的助熔劑蒸氣可透過該邊界阱收集起來，而圍繞著焊料貯槽870的空氣也可截留於蓋子890下方的雙層間隔中，其有助於確保良好的惰性化氛圍。在該焊料貯槽870沒用圖17所示的工件905覆蓋的例子中，由該多數多孔管855所產生的惰性化氣體可抽吸至該蓋子890的雙層間隔中，藉以形成邊界惰性化氣霧以使從外在環境進入該焊料貯槽870上方的氛圍920中的空氣減至最少。

在文中所述的設備及方法之另一具體實施例例如圖21所示的具體實施例中，將惰性氣霧1010，例如文中所述的N₂ 及/或其他惰性化氣體，施於該焊料貯槽1020的入口、出口或該入口和出口二者以更進一步將從該焊料貯槽周圍侵入的空氣減至最少。咸信氣霧1010將阻斷待處理的工件1005頂部或底部或頂部和底部二者上的間隙(注意：1005應該暗示於該工件側視的直線上而且小矩形應予以刪除。)，而該工件1005利用放於焊料貯槽1020頂上的設備1030及設立於頂部的頂蓋1040進入該焊料貯槽1020。在圖21所示的具體實施例或其他具體實施例中，該氣霧可由一或更多含一或更多開口的擴散管產生，該開口含有狹長孔或穿孔，其中管、盒、三角形或其組合具有與該等焊料波的寬度平行的長度及從一或二端流出惰性化氣體。窄的狹長孔或小穿孔允許強力氣體噴射，藉以形成包含該惰性化氣體的氣霧。在各個不同具體實施例中，該製成狹長孔或穿孔的擴散管可包含多孔管或該管內的多孔層以使沿著製成狹長孔或穿孔的擴散器長度的壓降減至最小。現在對照圖22a，製成狹長孔的擴散管1050含有一或更多開口或狹長孔1060，該擴散管1050可單獨使用(如示)或插入多孔性擴散器(未顯示)內以產生氣霧。關於替代性實例，圖22b顯示一擴散盒1070的斷面，而且其頂表面1075由多孔板製成而且其他三表面由實心板1078製成。圖22b也顯示呈三角形的氣體導向器1080的斷面，該三角形1080的底表面及頂部邊緣1090上含有開放狹長孔。該三角形氣體導向器1080的底表面與該表面1075內含的細孔直接接觸以便與擴散盒1070流體連通並且沿著該擴散器長度均勻噴射氣體。

儘管該設備及方法已經詳細並對照其特定實例及具體實施例加以描述，但是熟悉此技藝者顯而易見其中可完成多種不同變化及修飾而不會悖離其精神及範疇。

實施例實施例1：多孔管的孔徑對氣體流量圖的效應

以下表中列舉之具有三不同等級的三擴散器或多孔管進行測試。較低等級表示該擴散器的孔徑及孔隙率較小。此試驗使罩內N₂ 流入各無縫多孔管並且測量各擴散器上游(P_up )及下游(P_down )的壓力以得到特定N₂ 流速而進行。依下式測定沿著該擴散器的壓降(ΔP)：

ΔP=P_up -P_down

接著算出沿著該擴散器的平均壓力：

P_ave =(P_up +P_down )/2

當ΔP/P_ave 遠小於1時，可將流出該擴散管的氣體解檡認作層狀流動型式。反之，當ΔP/P_ave 接近1時，紊亂氣體流通常佔優勢。關於特定具體實施例，較佳為該多孔管提供層狀氣體流型式。

如表I及圖2所示，於相關N₂ 流速時0.2級擴散器或多孔管的ΔP/P_ave 最小而且遠低於1。根據此結果，選擇0.2級擴散器。該0.2級擴散器的平均孔徑為約0.2 μm。圖2顯示於相關N₂ 流速(例如，6 m³ /hr/擴散器)時，具有0.2 μm的平均孔徑的多孔管或該0.2擴散器等級最理想。相較之下，美國專利第6,234,380號教導於波焊時N₂ 惰性化所用的擴散器較佳孔徑範圍為0.3至2 μm或0.4至0.6 μm，其超出層狀層的最適孔徑之外。

實施例2：經加熱的擴散器對於波焊時的N₂ 惰性化之效應

在此實施例中，該等多孔管之至少其一係位於該二軟焊波之間並且具有一伸入該熔融焊料貯槽的金屬鰭片，以致於該多孔管擴散器的溫度可保持高於該焊料的熔點。此經加熱的擴散器可避免潛在的阻塞問題，例如藉由焊料濺落/固化及藉由擴散器表面上的助熔劑蒸氣凝結。圖9顯示此實驗所用的結構之實例。

圖19提供在有靜態板在該焊料貯槽頂上而且沒有該頂蓋(例如圖5所示者)的情況下，於圖18標示的位置1至8處該焊料貯槽周圍的O₂ 濃度結果，而且圖20重複有該頂蓋及其上面的通風裝置(例如圖5所示者)的O₂ 分析。據目視觀察，任何軟焊濺落在該多孔管表面上在二案例中都不會固化。濺落在該中心擴散器表面上的焊料滴將因為其高表面張力及不會潤濕擴散器表面的本質上的特性而自動滴落。此外，沒法證明助熔劑蒸氣凝結於該擴散器表面上。圖19顯示就非常小量的N₂ 流速而言該等熔融焊料波附近的O₂ 濃度非常低，而且該性能可隨時間保持，因為該擴散器阻塞已經被消除。同樣地，圖20顯示即使上面有通風裝置，就非常小量的N₂ 流速而言該等熔融焊料波附近的O₂ 濃度也是低的，而且該性能可隨時間保持，因為該擴散器阻塞已經被消除。由於該金屬鰭片存在，該擴散管可設置得較接近該熔融焊料表面藉以供離開該焊料貯槽的空氣更有效率的洗淨。

實施例3：無黏多孔性套管對中心擴散管的應用

在此實施例中，該等多孔管之至少其一係位於該二軟焊波之間並且具有一插入該熔融焊料貯槽的金屬鰭片，以致於該多孔管擴散器的溫度可保持高於該焊料的熔點。此經加熱的擴散器可避免潛在的阻塞問題，例如藉由焊料濺落/固化及藉由擴散器表面上的助熔劑蒸氣凝結。圖9顯示此實驗所用的結構之實例。

以ePTFE(膨脹性聚四氯乙烯)製成的套管覆蓋該中心擴散管。該Eptfe係形成管狀及白色，其係由Phillips Scientific有限公司以料號TB3000製成。該多孔管只可沿著該管的長度膨脹，但是不會沿著直徑方向膨脹。該材料經得住315℃的試驗並且具有大約2至10微米的平均孔徑。該管的壁厚可介於0.001”至0.002”。

將該多孔性擴散管上的ePTFE套管浸在260℃的熔融焊料槽中。該套管沒有顯現可見的變化。

將12”長的擴散器上的ePTFE套管連至85 psig的N₂ 來源。從該擴散器供應4 NM³ /Hr的N₂ 流速而且該套管在該表面上時沒有問題。

設立帶有ePTFE套管的擴散器(12”長度及3/8”外徑(O.D.))作為文中所述的設備中的中心擴散器，而且在該中心擴散器上有4 NM³ /Hr的N₂ 流速。接著將該設備安裝於260℃的熔融焊料槽上，而且行經的二焊料波觸及該中心擴散器的熱鰭片。將液態助熔劑持續噴灑於該中心擴散器的ePTFE表面上。透過目視檢查發現該ePTFE對於該液態助熔劑完全無黏性，而且噴灑於該中心擴散器的ePTFE套管上的熔融焊料能往下輕易滴入該焊料槽中。

10．．．多孔管

15．．．內部容積

20．．．穿孔

30．．．設備

30’．．．設備

33．．．前壁

35．．．頂表面

35’．．．頂表面

37．．．後壁

40．．．開口

40’．．．開口

43．．．側壁

45．．．凹槽

47．．．側壁

50．．．艙

55．．．多孔管

55’．．．多孔性擴散管

57．．．金屬鰭片

60．．．管子

60’．．．管子

65．．．惰性化氣體來源

65’．．．惰性化氣體來源

69．．．內部容積

70．．．波焊設備

70’．．．波焊設備

75’．．．焊料貯槽

75．．．焊料貯槽

80’．．．熔融焊料

80．．．熔融焊料

85．．．噴嘴

85’．．．噴嘴

90．．．任意蓋子

95．．．玻璃窗

97．．．通風口

100．．．工件

105．．．箭頭

107．．．開口

115．．．焊料波

120．．．氛圍

130．．．設備

145．．．凹槽

150．．．艙

155．．．多孔管

157．．．金屬突出部

170．．．波焊設備

175．．．焊料貯槽

180．．．熔融焊料

185．．．噴嘴

230．．．設備

233．．．前壁

237．．．後壁

243．．．側壁

245．．．凹槽

247．．．側壁

250．．．艙

255．．．多孔管

257．．．金屬鰭片

269．．．內部容積

330．．．設備

350．．．凹穴

355．．．多孔管

355’．．．第二多孔管

355”．．．第三多孔管

357．．．導熱性材料

375．．．焊料貯槽

380．．．熔融焊料

430．．．設備

450．．．凹穴

455．．．第一多孔管

455’．．．第二多孔管

455”．．．第三多孔管

457．．．金屬鰭片

475．．．焊料貯槽

480．．．熔融焊料

530．．．設備

555．．．第一多孔管

555’．．．第二多孔管

555”．．．第三多孔管

557．．．金屬鰭片

567．．．凸緣

575．．．焊料貯槽

580．．．熔融焊料

630．．．設備

633．．．前壁

637．．．後壁

645．．．凹槽

650．．．艙

655．．．多孔管

655’．．．多孔管

655”．．．多孔管

657．．．金屬鰭片

680．．．熔融焊料

730．．．設備

733．．．前壁

737．．．後壁

745．．．凹槽

750．．．艙

752．．．內部凸緣

755．．．多孔管

755”．．．多孔管

775．．．焊料貯槽

780．．．焊料貯槽

830．．．設備

855．．．多孔管

870．．．焊料貯槽

880．．．焊料貯槽

890．．．任意蓋子

895．．．惰性化氣體入口

897．．．通風排氣管

900．．．移動軌道

905．．．工件

920．．．焊料貯槽上方的氛圍

923．．．工件

925．．．箭頭

930．．．設備

950．．．艙

955．．．第一多孔管

955’．．．第二多孔管

955”．．．第三多孔管

957．．．金屬鰭片

967．．．凸緣

969．．．內部容積

975．．．焊料貯槽

980．．．熔融焊料

985．．．噴嘴

1005．．．待處理的工件

1010．．．惰性氣霧

1020．．．焊料貯槽

1030．．．設備

1040．．．頂蓋

1050．．．製成狹長孔的擴散管

1060．．．狹長孔

1070．．．擴散盒

1075．．．頂表面

1078．．．實心板

1080．．．三角形氣體導向器

1090．．．頂部邊緣

1100．．．擴散管

1110．．．狹長孔

1120．．．同心蓋子

1130．．．狹長孔

圖1提供文中所述之包含細孔的擴散管或多孔管的具體實施例的等角視圖。

圖2顯示受實施例1所述的擴散管的孔徑或等級所影響之沿著該多孔管的壓降比起該氮(N₂ )流速每小時立方米(m³ /hr)之間的關係。

圖3a提供文中所述的設備之一具體實施例的頂視圖。

圖3b提供文中所述的設備之另一具體實施例的頂視圖。

圖4提供圖3a所述的設備之具體實施例的等角視圖。

圖5提供可設立於該移動軌道頂上的任意蓋子之等角視圖。

圖6提供安裝於焊料貯槽上的圖3a所述之具體實施例的側視圖。

圖7提供文中所述的設備之具體實施例的等角視圖。

圖8提供圖7所述的具體實施例另外包含多數管(虛線所示)之等角視圖，其中該多數管之至少其一包含鰭片狀突出部，其中該鰭片狀突出部的至少一部分與該熔融焊料接觸。

圖9提供文中所述之用於N₂ 惰性化的設備之具體實施例的側視圖，其包含多數包含一或更多開口的管，其中該等管之至少其一包含與該熔融焊料接觸的鰭片狀突出部。

圖10提供文中所述之用於N₂ 惰性化的設備之具體實施例的側視圖。

圖11提供文中所述之用於N₂ 惰性化的設備之具體實施例的側視圖。

圖12提供文中所述之用於N₂ 惰性化的設備之具體實施例的側視圖。

圖13提供文中所述之用於N₂ 惰性化的設備之具體實施例的側視圖。

圖14提供文中所述之用於N₂ 惰性化的設備之具體實施例的側視圖。

圖15提供可設立於該移動軌道上的任意蓋子之端視圖，在所述的具體實施例中該工件於該移動軌道上行進。

圖16提供圖15所述的具體實施例之側視圖，其舉例說明通過該蓋子下方的工件或印刷電路板。

圖17提供圖15所述的具體實施例之側視圖，其中沒有電路板通過該蓋子下方。

圖18提供一圖片，其示範用以測量實施例2中的O₂ 濃度的8個位置。

圖19提供圖18所示之關於具有多數多孔性擴散管的設備的位置1至8之O₂ 濃度結果，其中該多數管之一具有與實施例2所述的焊料浴接觸之金屬突出部及其中該任意蓋子不在移動軌道上的設備及工件頂上的定位。

圖20提供圖18所示之關於具有多數多孔性擴散管的設備的位置1至8之O₂ 濃度結果，其中該多數管之一具有與實施例2所述的焊料浴接觸之金屬突出部及其中連接通風裝置的任意蓋子在移動軌道上的設備及工件頂上的定位。

圖21提供可配合文中所述的方法及設備使用的氣霧之具體實施例。

圖22a及22b分別提供文中所述的擴散管及擴散盒的具體實施例，其中該擴散管包含多個狹長孔並且係放在一擴散盒內，該擴散盒包含多個開口以允許惰性化氣體通過該等開口。

圖23a及23b分別提供擴散管的替代具體實施例的側視圖及斷面圖。