在受控气氛下测量润湿性的方法与设备技术

能在受控气氛下测量润湿性的设备，它包括可测量液态金属焊料对试样至少一表面部的润湿性的设备，后者至少是部分地包括在一外罩内，此外罩所包括的气体注射装置中有至少一组串联和／或并联安装的导管，导管组的一部分上有气体注射孔并由在一初始连接结点处连接于其上的至少一个气体供应管供给气体。导管组的尺寸服从关系式∑ωｉ／∑φ↓［ｉ］≥１而最好≥１．５，式中∑φ↓［ｉ］为给导管组供气的供应管内横剖面积之和，∑φ↑［ｉ］是这组导管上注射孔的横剖面积之和。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用来测量可焊性或润湿性的设备，这类设备一般称之为“弯月形动力自记器”或“弯月形自记器”，或有时称作“润湿天平”。本专利技术特别涉及到这样一些评价金属表面的可焊性或润湿性的步骤，这些步骤是当前在回流焊接或是在波峰焊的情形中及电子焊接工业中所实施的。波峰焊机在传统上是用来将元件焊接到电子电路(不论是将等元件插入到此电路中或是相对于此电路令元件取表面安装形式)上，或是用来给电子元件的端子包上焊锡，或者就是用来将接触片焊接到如混合电路之类的电子承载件上。这类波峰焊机设计成，当待焊接或待镀锡的元件已在此机器的上游区为助熔剂处理过后(这主要是用来使金属表面除氧，以便其随后为焊料所润湿)，便使这些元件同通过喷嘴对一个槽中所含焊料液进行泵吸而得到的一或多个波峰的焊料相接触。在波峰焊机的入口应用化学助熔剂时，一般要求用户在焊接或镀锡作业完成之后，在机器的出口处进行一项通常要借助氯化物溶剂来清洗产物的作业，以便能除去留于电路或元件上的助溶剂残留物。尽管波峰焊机在传统上是暴露于环境大气之下，但实际上已逐渐有将惰性气氛用于这类机器中，这主要是为了避免由于暴露在空气下会在焊料液的表面上表成氧化物层，同时还考虑到国际环境保护方面的要求，同时，再结合上应用低活性的助熔剂，便只在电路上留下极少量的残留物，这样，实质上便免除了继后来清洗电路的作业，也就避免了使用有毒性的溶剂。就回流焊接而言，它是建立在不同原理之上的它将焊剂设在位于电路表面的预定区域之上，使元件与此焊剂接触，然后加热焊剂就形成焊接缝。在这种回流焊接情形中，助熔剂是包括在焊剂的复合料之中，这种复合料特别还包括一种金属合金(最通常是锡—铅合金)粉料。在这方面再次看到也逐渐有采用受控惰性气氛的，这既是为了提高所得焊接缝的质量，而且也还是为了可使用含有低残留量助熔剂的焊剂，以免除清洗电路的最终作业。在上述情形下，弯月形自记器常常是电子仪器车间或装配点的一个关键器件。它特别是用来评价元件的可焊性(元件的合格试验)；用于电路制造中的基板的润湿性，不论是印刷电路型或混合电路型的基板(基板的合格性)；沾湿时间；助溶剂的效率；以及焊糊的效率，等等。上述器件的原理是内行的人周知的，即是在样品浸没在一液体焊料液中时，通过测量此焊料作用到样品表面上的润湿力，来测定此焊料对样品的润湿角(在元件型或是在半底型的样品情形)。特别是存在有一种传统的关系式，它关联着合力(在润湿力本身与浮力之间)、润湿角、所试验的合金的密度、系统的液体/蒸汽的表面张力、以及样品浸没于熔融合金中的体积。传统上将润湿角θ与润湿性的关系规定为当0≤θ＜30°、润湿性优异；当θ严格地大于30°而≤40°，润湿性良好；当40°＜θ≤55°，润湿性合格；当严格地大于55°而≤70°，润湿性低；最后，当θ严格地大于70°，润湿性差。如上所述，迄今为止，焊接过程(例如在回流焊接与波焊的情形)最普通的还是在环境气氛下进行。于是，市售的弯月形自记器由于具有一种对环境气氛开放的结构，能理想地用于此种情况。在焊接工艺中逐渐增多使用受控惰性气氛的新形势下，相应工业部门的用户当前越来越感兴趣能获得这样的弯月形自记器，它们能在所含剩余氧浓度低达数十个ppm(百万分之一)或甚至几个ppm的保护性气氛下工作。于是目的在于，要能在大气条件下的焊接炉或机器内，重现出在逐日基础上产生出的气氛条件，包括最严格和最强制限制的剩余氧浓度条件。这样，有关要求可以最普遍地表示为能在含有一定剩余氧浓度的氮气氛与传统的空气气氛之间，对表面上的可焊性(可焊性或润湿性这两个词常常是等价的使用)进行对比性评价试验。能就用户所收到的元件与基板，对它们随后于所用焊接工艺处理时的气氛条件下的合格性作出证明。为了满足用户的上述要求，于是就需要在这类弯月形自记器中形成受控气氛(通常是惰性气氛)，而且是在能够获得理想控制的剩余氧浓度包括甚低浓度的条件下来形成上述受控气氛。在上述目的下，本申请人对用户所提惰性气氛问题采取的解决方法，显然不仅是去产生出能形成最佳惰性气氛的条件(快速的惰性气体化时间、极低的剩余氧浓度，经济上可接受的气体消耗量)，而且还要求所构成的气氛不会对测量带来干扰，这就是说，由湿润天平或弯月形自记器来构成一种高度精密的装置。一经明确规定后，以上这两个有效、快速的惰性气氛化以及不干扰测量的条件，看来是颇不匹配的。在更普遍的范围内，本申请人最近于提交的法国专利申请FR-A-93.15503号中，给出了一种用来在封闭的空间内形成受控气氛的气体注射装置，它特别适合在波峰焊机的一或多个区中，或是在供焊接以至退火、回火、烧结甚或任何其它热处理的连续式炉的全部或一部分中，来形成受控气氛。本专利技术的目的在于提供一种用来测量润湿性的新颖设备，此设备的结构允许在空气下的传统操作条件下和在受控气氛(特别是惰性气氛条件下来从事这种测量，其中在必要时可用快速的时间(不超过几秒)和在经济上可接受的气体流率下，实现一种基本上无氧的气氛(剩余的氧浓度取决于用户的要求可以从几个ppm到数万个ppm)；在形成这种受控气氛时不会干扰平衡，因而不会干扰测量。为实现上述目的，本专利技术的能在受控气氛下进行润湿性测量的设备包括有这样一种设备，它能测量一种液态金属焊料对样品的至少一个表面部分的润湿性，此种设备是属于这样的类型它能在样品的全部或一部分浸没于上述液体焊料液中时，来测量此焊料对上述表面施加的润湿力；同时上述设备至少是部分地包围在一外罩中，使得至少能使焊料液与周围气氛分离开，此外罩的上部或下部中设有一气体注射装置，此注射装置包括着至少一组串联和/或并联安装的导管，而其中有至少一个导管部包括有气体注射孔，上述这组导管是由至少一根气体供应管供气，而每一根气体供应管是在一初始连接结点上连接到上述这组导管上，同时这组导管的尺寸要考虑到下述关系∑ωi/∑φi≥1，最好≥1.5式中∑ωi表示给这组导管供气的气体供应管的内横剖面积之和，而∑φi表示这组导管的气体注射孔的横剖面积之和。根据本专利技术的一个实施例，上述外罩的上部或下部设有一个室，此室由一扩散器结构与外罩的其余部分相分开，室内则安装着前述的气体注射装置。这种扩散器例如可以是一块多孔板。此多孔板的空腔百分率以小于40％为有利，而最好是小于20％。按照本专利技术的另一实施例上术扩散器则是由多孔材料制成的一种板件。为了生产出这样多孔板，所采用的材料最好能抵抗在弯月形自记器环境中传统上所产生的温度，例如采用不锈钢或是塑料。至于由多孔材料来制造扩散器时，例如可采用陶瓷。所用的材料特别要能适合温度条件和所希望的剩余氧的浓度，使其不会引入另外的污染。注入的气体，在需要形成惰性保护气氛的情形下，可以是一种中性气体(例如氮、氩或者是氦)；当需要使所试验的气氛能够起到例如象剥离表面那样的更有效的作用时，则可采用更具活性的气体，例如氢或惰性气体/氢的混合物或是惰性气体/硅烷的混合物。为了形成这种气氛中的惰性部分，可以利用由低温工程法所获得的一种气体，此外，根据所需要的特性(例如氧含量)、可以利用通过渗透或吸附由吹气分离法所获得的一种气体源。本专利技术中所用“受控气氛”一词是指这样一种气氛，它的成份只不过是预先确定的，任选测量的(连续地、顺序地或是在设备起动时进行测量)，或加以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够在受控气氛下进行润湿性测量的设备，它包括一种用来测量液态金属焊料对样品的至少一个表面部分的润湿性的设备（５），此种设备（５）属于这样一种类型，即能够在样品全浸或部分浸没于上述液态金属焊料液中时，测量出此焊料作用于样品表面上的润湿力，其中：此设备（５）至少是部分地包括在一外罩（６）内，而能够使至少是上述焊料液与周围气氛相分开，此外罩的上部或下部中设有一气体注射装置（１，１４），后者又包括至少一组串联和／或并联安装的导管，这组导管的至少一个导管部上包括有气体注射孔，同时这组导管是由至少一个气体供应管来供给气体的，每一个气体供应管都在一个初始连接结点处连接到上述这组导管上，而且这组导管的尺寸还满足关系式： ∑ω↓［ｉ］／∑Φ↓［ｉ］≥１，而最好≥１．５ 式中∑ω↓［ｉ］表示给定这组导管供应气体的气体供应管的内横截面积之和，而∑ω↓［ｉ］则表示这组导管的气体注射孔的横剖面积之和。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马斯莱图尔米，尼古拉斯波蒂尔，
申请(专利权)人：液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]