专利名称：用合金锡焊或镀锡时封闭室内气氛的分析系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体分析系统领域，特别涉及在用合金锡焊或镀锡时封闭室内至少一种元素含量的分析系统，锡焊或镀锡操作通常依靠化学熔剂的帮助，传统上使用的化学熔剂常含有酸类、醇类、树脂类(特别是松香)中的一种或多种成分。
这种锡焊或镀锡操作特别是在电子工业中广泛使用(将电子元件锡焊到电路上，将电路锡焊在模块底板上，或在电子元件的终端镀锡)。
加入熔剂的作用是要清洁要被锡焊或镀锡的金属表面(去油脂，去氧化，吸附层的去污染等)，其目的是要使这些金属表面容易随后被焊锡润湿。
因此，加入熔剂的操作通常是用化学熔剂来进行的，该化学熔剂通常来自树脂基，特别是还加入一些酸的成分。
应该注意到在电子工业中最常使用的两种实行锡焊操作的方法被称为“波动焊接”和“回流焊接”。
在第一种采用波动焊接的机械中，机械被这样设计，使要被锡焊或镀锡的零件与一个或更多的液态焊锡波接触，而该焊锡波是使包含在槽内的焊锡浴流动通过喷嘴得到的。零件(电路、元件)一般在机械的上游区就已用熔剂喷雾或泡沫预先加有熔剂。在加入熔剂的操作后，接下来要通过预热操作，该操作用来使预先沉积在电路上的熔剂活化并在电路或元件还没有到达炽热的锡焊区之前将它们预热。
在第二种型式的汇集数种技术被称为回流焊接的方法中，没有采用液态焊锡浴，而是采用含有焊锡合金的焊锡膏，其内包括有化学熔剂，将该膏放置在衬底上施加一定数量的热便可使该合金熔化，通常，这种热传递是在连续炉内进行的。
在本发明涉及的范围中，越来越多的工业煤气用户(电子的、热处理的、食品的等)有这样的意见，要求能分析他们在给定的工作站内所使用的气氛中的一种或更多的成分，这样他们便可处在一个地位上对所处理的零件实行完全的质量控制，这种完全的质量控制特别需要能够知道每一个零件是在什么气氛条件下进行处理的。
根据所需的用途，还要考虑安全的条件(发生爆炸的危险)。
因此煤气用户通常希望能够了解这些气氛条件，或者显示这些条件、达到这些条件、对这些条件达到的值具有跟踪能力甚至能处理它们。
因此我们考虑需要为工业煤气用户提供分析方法和设备，使气体试样能从用来处理的封闭室的各个分析监控点上取得，使分析器的响应时间和分析器的数目尽可能地减少，但要能确保提供给分析室的气体试样足可代表封闭室内的气氛。
作为具体说明，可以参考以本申请人名义作出的文件FR-98 07498或EP-A-839 599，该文件也涉及在锡焊或镀锡封闭室内气氛分析或气氛调节的领域。
本申请人在这领域内所进行的工作曾对目前在这种锡焊或镀锡厂中使用的分析系统的可靠性提出过不少问题，特别是对在氮气下进行操作的封闭室内的气氛以残余氧含量表示的资料，这些资料中的不可靠性足可使我们对所述锡焊或镀锡机械的生产质量产生严重的怀疑。
因此本发明的一个目的是要对上述技术问题提供一个解决方案，特别是在具有化学熔剂而用合金来进行锡焊或镀锡时如何提高气体分析系统的可靠性。
按照本发明的系统可在用合金来进行锡焊或镀锡时用来分析封闭室内的气氛中的至少一种元素的含量。该系统具有下列构件至少一条从封闭室内抽取气体试样的取样管线；至少一个能够分析所说元素的分析器；至少一个位在取样管线上分析器上游的聚结过滤器；使位在封闭室和聚结过滤器之间的那部分管线没有冷点的设施，因为冷点会造成固态或膏状化合物沉积在该管线部分内；及用来检测在封闭室和分析器之间的取样管线内有无堵塞的设施。
另外，按照本发明的系统可具有一个或多个的下列技术特征数个具有不同等级的聚结过滤器被串联地设置在取样管线上分析器的上游；至少有两个串联设置的聚结过滤器在气体取样的路径上能提供增加的保持率；所说至少一个聚结过滤器被定位在紧贴封闭室的壁与取样管线连接的地方；所说至少一个聚结过滤器被定位在靠近封闭室的壁与取样管线连接的地方，并且从该壁到聚结过滤器的部分取样管线被热绝缘；系统包括将位在封闭室和聚结过滤器之间的所说部分取样管线加热的设施，该设施能将这个部分管线加热到这样一个温度之上，在该温度之下会发生化合物(即固态、半固态、液态、或膏状化合物)的沉积现象；系统包括一个压力控制器，该控制器位在分析器下游的气体移走管线上并在一个泵压装置的上游；系统包括一个位在分析器上游的压力控制器或流量计；系统还包括一个装置如风扇，用来冷却所说至少一个聚结过滤器。
本发明的优点是它能指出现有气氛分析系统的缺乏可靠性，现有技术是在那些用合金来进行锡焊或镀锡的工厂内用的，特别是那些在氮基锡焊或镀锡的气氛中分析残余氧含量的技术。其所以缺乏可靠性，特别是与这些分析系统中的取样方法有关。
本申请人曾特地指出，分析结果所提供的在氮基气氛下的极其低的残余氧含量虽然可使操作者相信他的锡焊过程是完全在惰性气体内进行的，但这并不反映在他的锡焊过程中实际的残余氧含量的状况。
实际上，应该强调的是在这种锡焊或镀锡的操作中通常都是树脂基特别是松香的配方，具体地说，其中也存在醇类和酸类。
因此在本文中应该说明下列几点
a)由于在所分析的气氛中存在醇类，采用氧化锆探针的测量工艺在这场合很难使用，因为测量电池的高温会使存在着碳氢化合物的气氛中的残余氧氧化，因此氧气虽然消失，测量将是虚假的。
b)另外，在气氛中还原元素的存在不会不给电池的氧化物带来被还原的危险。
c)所谓低含量的电化学电池由于对碳氢化合物有抗力常被使用，但该电池的缺点是不能在长时间内承受氧的高含量。
这是因为它们会被氧饱和而不能很容易地返回到低含量状态，要使它返回到低含量所需的时间无疑地应该是随着该电池暴露在氧气中的时间而增加的函数。
还应该强调的是，这些电池都是会消耗掉的电化学电池，它们的寿命正比于它们接触到的氧的数量，因此典型的情况是客户的生产中止意味着惰性气氛已不再能确保，相关的分析器在空气中暴露一定时间后也会有同样的危险。
d)所用熔剂的成分会在剩余物的管线内产生沉积，包括固态的、半固态的、液态的或膏状的剩余物，如硬化的松香，因此取样线路会部分甚至全部被阻塞。在这种情况下有可能奇怪地观察到，所得到的测量结果是极其低的氧含量，以致使操作者误信，他的锡焊过程是完全在惰性气氛下进行的。
这是因为当存在阻塞时，分析器的泵能将其余部分抽成真空，因此通过第一机制造成极其低的残余氧的测量结果。
另外，电化学电池会消耗停留在自由管线部分内的少量残留氧，因此通过这个第二机制也造成极其低的残余氧的测量结果。
e)气体取样会能造成固体微粒如焊锡微尘。
在阅读下文后将可知道，按照本发明的分析系统的特征的组合可对现有分析方法中的缺点提供一个极其有效的解决方案。
具体地说，工厂使我们有可能在防止残余物沉积、同时又能在污染物污染分析器之前有效地挡住不希望有的污染物(特别是气雾剂的形式)的条件下直接将试样气体输送给过滤单元。
系统还使我们能够长期使用电池并有效地检测到任何取样线路的开始堵塞，这种堵塞能降低所发出的分析测量结果的可靠性。
在下面结合附图
只是为了举例而作的说明中可以看到本发明的另外一些特征和优点。
图中所示为按照本发明的一个气氛分析系统的略图。该系统可用来分析电子工业中所使用的回流锡焊炉或波动锡焊机内的氮基气氛中的残余氧含量。
从图中可看到一个氧气分析器，本例所用为一电化学电池式分析器。
要被分析的气体试样经由试样管线1，连续流动通过两个规格不同的聚结过滤器3和4来到分析器2。
聚结过滤器通常以这样的词语来表示“使直径大于某一给定值的微粒的百分之几被挡住”，例如一个过滤器可被称为能挡住99％的大于0.6μm的微粒。
在图中，过滤器3和4具有增加的保持率，例如，第一过滤器3被设计为能挡住95％的大于0.3μm的微粒，而第二过滤器4被设计为能挡住其余微粒的99.9％。
就所示的实施例而言，位在封闭室(图中未示出)和第一聚结过滤器3之间的那部分试样管线1设有跟踪加热电缆(图中用虚线示出)，使该部分试样管线被加热到足够高的温度(例如约为150℃或更高)以资防止液体或固体沉积在管线内。
这样过滤的气体试样然后流到一个三路电磁阀5，再从这里流到分析器2。
在分析器的下游，有一气体移走管线14延伸通过一个膜片泵14，导向一个排气口15。应该注意到，在这气体移走管线10中，有一控制阀12和一流量计13，但最重要的是在紧接着分析器的下游有一堵塞检测设施11，在本例中，该设施由一设定为约900mbar绝对压(-100mbar相对压)的压力控制器构成。
有一惰性气体如氮气经由气体管线21/20、流动通过压力控制器23、被输送到分析器2。压力控制器23在这里被用来检测在管线内(典型地被设定为2bar)是否有氮存在。
就管线22而言，它被用来可任选地将一标准气体供应给分析器。
本系统还可包括各种设施(未在图中示出)，以资获得数据、进行处理、以及对本系统的某些构件进行反馈控制(为此目的，可使用可编程自动控制器、或印刷电路、甚至硬连线逻辑)，这样来提供一个或多个下列有效功能。
连续或按所需间隔获得并存储由分析器2测得的残余氧含量，一旦残余氧含量大于给定限度例如1000ppm立即停止分析，在设定的生产期间或在为了安全的原因停止分析的期间用来自管线21的惰性气体充满分析器，检测在管线21内是否没有氮气(压力控制器23)并用警告信号警告在这没有氮气存在的场所的任何操作者，如果没有氮气、或者管线被堵塞、或者当分析器测得的残余氧含量超过预定限度(如300ppm)时发出警告(可视的或可听的)，在显示屏上将工作状况显示给使用者，尝试按常规的时间间隔自动重新启动分析系统，这样来避免使用者必须用手重新设定分析周期(例如当残余氧含量一旦返回到1000ppm以下时)，经过数次尝试自动重新启动而无效，所需条件(足够低的残余氧含量或在管线21内有足够多的氮气时确定地停止分析周期。
因此可以认为上述系统对现有分析系统来说是一个重大的改进，不仅可以提高可靠性和使用寿命，而且能组合使用取样管线上的一个或更多的聚结过滤器来防止造成沉积的冷点，并设有设施可用来检测管线内的堵塞。
权利要求
1．在用合金锡焊或镀锡时用来分析封闭室内气氛的至少一种元素含量的分析系统，该系统具有下列构件至少一条从封闭室内抽取气体试样的取样管线(1)；至少一个能分析所说元素的分析器(2)；至少一个位在取样管线上分析器上游的聚结过滤器(coalescencefilter)(3、4)；使位在封闭室和聚结过滤器之间的那部分取样管线没有冷点的设施，因为冷点会造成固态或膏状化合物沉积在该管线部分内，及用来检测在封闭室和分析器之间的取样管线内有无堵塞的设施(11)。
2．按照权利要求1的系统，其特征为，该系统包括数个具有不同保持率(retentabilities)的聚结过滤器，它们被串联地设置在取样管线上。
3．按照权利要求2的系统，其特征为，该系统包括至少两个串联设置的聚结过滤器，它们在气体取样的路径上能提供增加的保持率。
4．按照权利要求1到3中任一项的系统，其特征为，所说防止生成冷点的设施包括将所说至少一个聚结过滤器设置在紧贴封闭室的壁与取样管线连接的地方。
5．按照权利要求1到3中任一项的系统，其特征为，所说防止生成冷点的设施包括将所说至少一个聚结过滤器设置在靠近封闭室的壁与取样管线连接的地方，并且从该封闭室的壁到所述至少一个聚结过滤器之间的那部分取样管线被热绝缘。
6．按照权利要求1到3中任一项的系统，其特征为，所说防止生成冷点的设施包括将位在封闭室和所述至少一个聚结过滤器之间的所说那部分取样管线加热的设施，该设施能将所说部分加热到这样一个温度之上，在该温度之下会发生沉积现象。
7．按照以上权利要求中任一项的系统，其特征为，所说堵塞检测设施包括一个压力控制器(11)，该控制器位在分析器下游的气体移走管线上并在一个泵压装置的上游。
8．按照权利要求1到6中任一项的系统，其特征为，所说堵塞检测设施包括一个位在分析器上游的压力控制器或流量计。
9．按照以上权利要求中任一项的系统，其特征为，该系统还包括一个装置如风扇，用来冷却所说至少一个聚结过滤器。
全文摘要
本发明涉及用合金锡焊或镀锡时用来分析封闭室内气氛的至少一种元素含量的分析系统。该系统具有下列构件;至少一条从封闭室内抽取气体试样的取样管线(1);至少一个能分析所说元素的分析器(2);至少一个位在取样管线上分析器上游的聚结过滤器(3、4);使位在封闭室和聚结过滤器之间的那部分取样管线没有冷点的设施,因为冷点会造成固态或膏状化合物沉积在该管线部分内;及用来检测在封闭室和分析器之间的取样管线内有无堵塞的设施。
文档编号G01N1/22GK1287269SQ00118740
公开日2001年3月14日 申请日期2000年6月23日 优先权日1999年6月24日
发明者吉尔贝·舍瓦利耶, 马克·勒蒂尔梅 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司