低溫共燒陶瓷(LTCC)專用燒結(jié)鐘罩爐
日期:2018-2-27 9:40:53 作者: 流量:
燒結(jié)是LTCC的生產(chǎn)工藝流程中重要的一環(huán),它是將經(jīng)過層壓的多層基板胚體放入燒結(jié)爐中,進行排膠和燒結(jié)成型。排膠工藝對LTCC基板的質(zhì)量有著嚴(yán)重影響,排膠不充分,燒結(jié)后基板會起泡、變形或分層;排膠過量,又可能使金屬化圖形脫落或基板碎裂。低溫共燒技術(shù)的關(guān)鍵是燒結(jié)曲線和爐膛溫度的均勻性,燒結(jié)時升溫速度過快,會導(dǎo)致基板的平整度差和收縮率的一致性也差。
此外,LTCC燒結(jié)鐘罩爐爐內(nèi)氣體的流動狀況以及壓力等對爐溫均勻性,產(chǎn)品的燒成質(zhì)量有著較大的影響,通過調(diào)節(jié)噴射氣體流量以達到控制爐內(nèi)氣體排放的目的。LTCC低溫共燒陶瓷基片對溫度均勻性以及燒結(jié)曲線有著較高的要求,排膠段需向爐內(nèi)通入氣體來輔助排膠,如果通入的氣體溫度與爐溫相差過大,必將影響到爐內(nèi)溫度,可將輔助排膠氣體加熱到爐溫一致后經(jīng)過較短的保溫管道通入爐內(nèi),使進入爐內(nèi)的氣體不對爐溫產(chǎn)生沖擊。
上面提到燒結(jié)曲線對基片的燒成質(zhì)量有很大的影響,一般溫度控制僅僅是依靠布置在加熱器附近的溫度傳感器來控制的,而對于待燒基片位置的溫度卻不能夠如實的反映,這樣一來,燒結(jié)曲線就不是基片所處的真實溫度過程,對燒結(jié)工藝帶來不確定性。為了使其一致,我們將串級控溫引進到燒結(jié)爐中,通過加熱器附近和基片附近的兩組熱偶串接共同控制爐溫。
燒結(jié)爐通常采用間歇式鐘罩爐結(jié)構(gòu),適用于非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝,允許對基板進行檢查,從而提高成品率,整套設(shè)備由爐體、加熱元件、升降系統(tǒng)及裝載臺、空氣預(yù)熱系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)組成。如下為詳細(xì)說明:
(1)陶瓷纖維爐襯:陶瓷纖維材料是目前除納米材料以外,導(dǎo)熱率低,絕熱節(jié)能效果好的耐火材料,它具有質(zhì)量輕、耐溫高、保溫效果好、施工方便等諸多優(yōu)點。質(zhì)量輕可實現(xiàn)窯爐的輕型、高效化、減輕窯爐負(fù)荷,延長爐體壽命。低熱容量可使窯爐在往復(fù)升降溫中吸收的熱量少,同時升降溫的速度加快。低導(dǎo)熱率可使窯爐隔熱效果好,熱損失少。
(2)進氣量控制技術(shù):通過PLC控制質(zhì)量流量計或電動調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)進氣量的控制,采用質(zhì)量流量控制器或電動調(diào)節(jié)閥,能按曲線精確控制進氣流量。
(3)爐壓控制:排膠段爐壓低,要小于100pa,燒成段爐壓為200-800pa,快速降溫段為800-2000pa,所以整個燒結(jié)過程都需要對爐壓進行控制,穩(wěn)定而合適的爐壓對燒結(jié)質(zhì)量很重要。
(4)滾珠絲桿傳動具有傳動效率高、定位精度高、傳動可逆性等優(yōu)點。
(5)溫度均勻性技術(shù):爐膛越大、燒結(jié)溫度越低,溫度均勻的問題就越突出,設(shè)在450*450*500mm的有效爐膛空間內(nèi),正常燒結(jié)溫度850℃時,要實現(xiàn)各個截面的溫度均勻性達到±3℃的指標(biāo),有一定難度的,通常采用計算機模擬溫度場分布,建立各種邊界條件,比較分析選取的加熱器分布和爐籿設(shè)計。要保證爐膛有效空間內(nèi)的溫度均勻性,就是要保證各處產(chǎn)品所接收的熱量一致,首先,加熱器在爐體內(nèi)表面均勻分布。若采用單組加熱器加熱,由于熱場的固有特性——在高度方向呈梯度分布,要保證上、下溫度均勻性不太可能。所以設(shè)置爐墻四面或者五面加熱,每面單獨四組加熱器獨立加熱,相鄰面的同組加熱器互相串聯(lián),整個爐體按高度方向分四點控溫。其次,產(chǎn)品不直接置于加熱器的輻射之下,由于產(chǎn)品距離加熱器的距離不可避免的會有所不同,我們采用匣缽的承燒夾具設(shè)計,頂部再蓋上蓋子,只在側(cè)面留小缺口或不留,靠縫隙透氣,便于產(chǎn)品內(nèi)膠體的排出。產(chǎn)品不再通過輻射直接接收熱能,而是通過夾具間接接收熱能,均勻性自然提高。再者,強制對流傳熱,壓縮空氣通過電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后送入爐膛內(nèi),氣體從爐體一面的分射盒的多個小孔攝入,從對面的排氣盒排出,在爐膛內(nèi)形成均勻氣流,充分改善爐膛有效空間內(nèi)產(chǎn)品由于輻射距離不一致而造成的受熱不均勻。
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