低溫共燒陶瓷（LTCC）專用燒結(jié)鐘罩爐
低溫共燒陶瓷（LTCC）專用燒結(jié)鐘罩爐
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(jìn)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(dá)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(jìn)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(shí)的反映，這樣一來，燒結(jié)曲線就不是基片所處的真實(shí)溫度過程，對燒結(jié)工藝帶來不確定性。為了使其一致，將串級控溫引進(jìn)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(jìn)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(diǎn)。質(zhì)量輕可實(shí)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(jìn)氣量控制技術(shù)：通過PLC控制質(zhì)量流量計(jì)或電動調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)。
（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(shí)現(xiàn)各個截面的溫度均勻性達(dá)到±3℃的指標(biāo)，有一定難度的，通常采用計(jì)算機(jī)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(jì)。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(dú)四組加熱器獨(dú)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(diǎn)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，采用匣缽的承燒夾具設(shè)計(jì)，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(qiáng)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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