低溫共燒陶瓷（LTCC）專用燒結鐘罩爐

  燒結是LTCC的生產工藝流程中重要的一環，它是將經過層壓的多層基板胚體放入燒結爐中，進行排膠和燒結成型。排膠工藝對LTCC基板的質量有著嚴重影響，排膠不充分，燒結后基板會起泡、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。低溫共燒技術的關鍵是燒結曲線和爐膛溫度的均勻性，燒結時升溫速度過快，會導致基板的平整度差和收縮率的一致性也差。

  此外，LTCC燒結鐘罩爐爐內氣體的流動狀況以及壓力等對爐溫均勻性，產品的燒成質量有著較大的影響，通過調節噴射氣體流量以達到控制爐內氣體排放的目的。LTCC低溫共燒陶瓷基片對溫度均勻性以及燒結曲線有著較高的要求，排膠段需向爐內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，必將影響到爐內溫度，可將輔助排膠氣體加熱到爐溫一致后經過較短的保溫管道通入爐內，使進入爐內的氣體不對爐溫產生沖擊。

  上面提到燒結曲線對基片的燒成質量有很大的影響，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，燒結曲線就不是基片所處的真實溫度過程，對燒結工藝帶來不確定性。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。

  燒結爐通常采用間歇式鐘罩爐結構，適用于非連續式的生產工藝，允許對基板進行檢查，從而提高成品率，整套設備由爐體、加熱元件、升降系統及裝載臺、空氣預熱系統及電氣控制系統組成。如下為詳細說明：

（1）陶瓷纖維爐襯：陶瓷纖維材料是目前除納米材料以外，導熱率低，絕熱節能效果好的耐火材料，它具有質量輕、耐溫高、保溫效果好、施工方便等諸多優點。質量輕可實現窯爐的輕型、高效化、減輕窯爐負荷，延長爐體壽命。低熱容量可使窯爐在往復升降溫中吸收的熱量少，同時升降溫的速度加快。低導熱率可使窯爐隔熱效果好，熱損失少。

（2）進氣量控制技術：通過PLC控制質量流量計或電動調節閥來實現進氣量的控制，采用質量流量控制器或電動調節閥，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,所以整個燒結過程都需要對爐壓進行控制，穩定而合適的爐壓對燒結質量很重要。

（4）滾珠絲桿傳動具有傳動效率高、定位精度高、傳動可逆性等優點。

（5）溫度均勻性技術：爐膛越大、燒結溫度越低，溫度均勻的問題就越突出，設在450*450*500mm的有效爐膛空間內，正常燒結溫度850℃時，要實現各個截面的溫度均勻性達到±3℃的指標，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計。要保證爐膛有效空間內的溫度均勻性，就是要保證各處產品所接收的熱量一致，首先，加熱器在爐體內表面均勻分布。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，整個爐體按高度方向分四點控溫。其次，產品不直接置于加熱器的輻射之下，由于產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計，頂部再蓋上蓋子，只在側面留小缺口或不留，靠縫隙透氣，便于產品內膠體的排出。產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節閥調節后送入爐膛內，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，在爐膛內形成均勻氣流，充分改善爐膛有效空間內產品由于輻射距離不一致而造成的受熱不均勻。