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低温共烧陶瓷(LTCC)专用烧结钟罩炉

日期:2018-2-27 9:40:53  作者:   流量:


  烧结是LTCC的生产工艺流程中重要的一环,它是将经过层压的多层基板胚体放入烧结炉中,进行排胶和烧结成型。排胶工艺对LTCC基板的质量有着严重影响,排胶不充分,烧结后基板会起泡、变形或分层;排胶过量,又可能使金属化图形脱落或基板碎裂。低温共烧技术的关键是烧结曲线和炉膛温度的均匀性,烧结时升温速度过快,会导致基板的平整度差和收缩率的一致性也差。

  此外,LTCC烧结钟罩炉炉内气体的流动状况以及压力等对炉温均匀性,产品的烧成质量有着较大的影响,通过调节喷射气体流量以达到控制炉内气体排放的目的。LTCC低温共烧陶瓷基片对温度均匀性以及烧结曲线有着较高的要求,排胶段需向炉内通入气体来辅助排胶,如果通入的气体温度与炉温相差过大,必将影响到炉内温度,可将辅助排胶气体加热到炉温一致后经过较短的保温管道通入炉内,使进入炉内的气体不对炉温产生冲击。

  上面提到烧结曲线对基片的烧成质量有很大的影响,一般温度控制仅仅是依靠布置在加热器附近的温度传感器来控制的,而对于待烧基片位置的温度却不能够如实的反映,这样一来,烧结曲线就不是基片所处的真实温度过程,对烧结工艺带来不确定性。为了使其一致,我们将串级控温引进到烧结炉中,通过加热器附近和基片附近的两组热偶串接共同控制炉温。

  本烧结炉采用间歇式钟罩炉结构,适用于非连续式的生产工艺,允许对基板进行检查,从而提高成品率,整套设备由炉体、加热元件、升降系统及装载台、空气预热系统及电气控制系统组成。如下为详细说明:

(1)陶瓷纤维炉衬:陶瓷纤维材料是目前除纳米材料以外,导热率最低,绝热节能效果最好的耐火材料,它具有质量轻、耐温高、保温效果好、施工方便等诸多优点。质量轻可实现窑炉的轻型、高效化、减轻窑炉负荷,延长炉体寿命。低热容量可使窑炉在往复升降温中吸收的热量少,同时升降温的速度加快。低导热率可使窑炉隔热效果好,热损失少。

(2)进气量控制技术:通过PLC控制质量流量计或电动调节阀来实现进气量的控制,采用质量流量控制器或电动调节阀,能按曲线精确控制进气流量。

(3)炉压控制:排胶段炉压低,要小于100pa,烧成段炉压为200-800pa,快速降温段为800-2000pa,所以整个烧结过程都需要对炉压进行控制,稳定而合适的炉压对烧结质量很重要。

(4)滚珠丝杆传动具有传动效率高、定位精度高、传动可逆性等优点。

(5)温度均匀性技术:炉膛越大、烧结温度越低,温度均匀的问题就越突出,设在450*450*500mm的有效炉膛空间内,正常烧结温度850℃时,要实现各个截面的温度均匀性达到±3℃的指标,有一定难度的,通常采用计算机模拟温度场分布,建立各种边界条件,比较分析选取最佳的加热器分布和炉籿设计。要保证炉膛有效空间内的温度均匀性,就是要保证各处产品所接收的热量一致,首先,加热器在炉体内表面均匀分布。若采用单组加热器加热,由于热场的固有特性——在高度方向呈梯度分布,要保证上、下温度均匀性不太可能。所以设置炉墙四面或者五面加热,每面单独四组加热器独立加热,相邻面的同组加热器互相串联,整个炉体按高度方向分四点控温。其次,产品不直接置于加热器的辐射之下,由于产品距离加热器的距离不可避免的会有所不同,我们采用匣钵的承烧夹具设计,顶部再盖上盖子,只在侧面留小缺口或不留,靠缝隙透气,便于产品内胶体的排出。产品不再通过辐射直接接收热能,而是通过夹具间接接收热能,均匀性自然提高。再者,强制对流传热,压缩空气通过电动调节阀调节后送入炉膛内,气体从炉体一面的分射盒的多个小孔摄入,从对面的排气盒排出,在炉膛内形成均匀气流,充分改善炉膛有效空间内产品由于辐射距离不一致而造成的受热不均匀。


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