一種大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯的製作方法

2023-05-17 07:12:16

一種大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯，包括有窯爐、推板、推板驅動裝置、貫穿整個窯爐的軌道、外循環線和自動控制系統；所述窯爐爐膛主要由有利於大規格基片中央部位有機物裂解揮發的排膠段、具有適應於大規格基片高溫燒結的寬爐膛結構的升溫段和燒結段、具有合理控制降溫和餘熱利用的降溫段組成；排膠段、升溫段、燒結段和降溫段從窯爐的窯頭至窯尾依次連接；外循環線的兩端分別與窯頭和窯尾的軌道連接；自動控制系統與推板驅動裝置和外循環線，以及控制排膠段、升溫段、燒結段和降溫段的溫控組件導通連接。這樣，通過本燒結窯即可製造出具有當前國際水平的大規格氧化鋁陶瓷基片，生產效率高，燒結能耗、勞動強和人工成本度低。
【專利說明】一種大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯
[0001]【【技術領域】】
[0002]本實用新型涉及厚膜及混合集成電路、電力電子行業陶瓷覆銅板、大功率LED封裝等行業的燒結窯【技術領域】，特別涉及一種大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯。
[0003]【【背景技術】】
[0004]目前，大功率電路用的電路基板及功率元器件封裝常用陶瓷材料，因為樹脂材料不敷散熱及絕緣耐壓等要求。最常用的是96%氧化鋁陶瓷基片，厚度一般在0.25麗~1.0ΜΜ。
[0005]為了保證大規模生產中產品質量穩定，國際主流的96%氧化鋁陶瓷基片坯片成型工藝為塗布法。坯片中含有大量的用於充分分散均勻、粘結、增加塑性的有機物，這些有機物在燒結窯中在適當溫度下裂解揮發排出，稱之為「排膠」。
[0006]為了提高後續電路製作、覆銅或封裝的效率，對陶瓷基片的長寬尺寸要求越來越大，在厚膜及混合集成電路、電力電子行業陶瓷覆銅板、大功率LED封裝等行業應用中，5英寸X 5英寸以上的規格已成為主流，傳真機、印表機的定影電路用的陶瓷基片需要11英寸至15英寸。
[0007]傳統的電加熱推板式隧道窯主要為適應3英寸X 3英寸的片式電阻基板及4英寸X 5英寸以下的厚膜電路基板設計的，無法滿足大規格基板燒結的要求。具體體現在以下幾個方面:
[0008]1、由於基片燒結一般採用多片疊燒以提高效率、節省能耗，大規格坯片疊燒時坯片中央部位與周邊部位的排膠要均勻、基本同步，否則局部進入更高的溫區排膠會導致瓷片開裂；因而需要更有效的排膠 系統設計。
[0009]傳統的排膠方式多為頂部攪拌風機對窯內含有裂解後有機氣體的混合氣體抽吸出來，並將抽吸出的氣體的一部分灌注回窯內以擾動窯內氣氛、均化溫場。由於陶瓷基片在燒結窯中是多片疊片置於承燒板上，承燒板又多層架空碼放，頂部抽吸的方式必定導致上中下層及中央與兩邊抽吸不勻，中下層的中央部位排膠滯後，若此未充分排膠之坯片進入到高溫區，會發生強氧化(燃燒)現象，造成坯體炸裂，最終表現為瓷片裂片現象。大規格基片需用大規格承燒板，窯爐爐膛寬，這就擴大了這種抽吸力的差異，致使中下層的中央部位排膠更加滯後，裂片問題更加嚴重。此外，爐頂風機的軸承與風葉長期在窯內高溫下運行磨損的鐵屑進入坯片上，導致常出現燒出的瓷片黃色斑點缺陷。
[0010]2,96%氧化鋁陶瓷要在1600°C以上的高溫下燒結成瓷，而大規格基片燒結要求寬爐膛，寬爐膛的爐頂板跨距大，在高溫下易變形、斷裂，需可靠的結構設計和耐火材料。
[0011]傳統爐頂多為整兩段式設計結構，在此結構中受溫度變化的脹、縮影響時，爐頂板會以爐堂中的楔入式定位結構為圓軸發生膨脹變形，同時頂板因在窯爐徹築過程中，側牆安裝比較緊湊以免頂板脫落，在頂板變形量較大而給予的變形位移空間不夠時，易造成頂板損壞，甚至斷裂脫落。而在大規格基片燒結的寬爐膛中，若再採用這種結構，斷裂脫落的問題將更加嚴重。
[0012]3、傳統窯爐在尾部800°C以後設計較多餘熱管道排空，而這些餘熱因為是強制排放，不易受控，所以基本都是直排在大氣中，造成較大浪費。
[0013]傳統窯爐餘熱排放多採用在窯爐降溫段頂部設計排風管道，這種設計雖然利用了熱風自然上升的循環原理，但在降溫過程中會以窯爐形成一定的溫差梯度，越接近排風口處的溫度越高，在窯內的產品各點降溫速率差異性較大，造成內應力也不一致，也會造成產品的翹曲變形。而且因為這樣的尾氣排放是直排室外，造成較大的能源浪費。[0014]4、其它配套問題。
[0015]因為傳統電推板窯設計為適合生產小規格瓷片，所以上述I~3點說明已經決定了窯腔小，推板也相應小，推板尺寸小又決定的窯長較小，傳統推板窯不長於25米，雖然傳統窯爐也有自動循環送料系統，但因為整體結構小，各種元器件選型容易，推機(機械推進)都採用小噸位，整體結構設計相對簡單。
[0016]【實用新型內容】
[0017]為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本實用新型提供了一種可製造出具有當前國際水平的大規格氧化鋁陶瓷基片，生產效率高，燒結能耗、勞動強度和人工成本度低的大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯。
[0018]本實用新型解決現有技術問題所採用的技術方案為:
[0019]一種大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯，包括有窯爐、推板、推板驅動裝置和貫穿整個所述窯爐的軌道；所述窯爐主要由可形成左右平穩對流氣流的有利於大規格基片中央部位有機物裂解揮發的排膠段、具有適應於大規格基片高溫燒結的寬爐膛結構的升溫段和燒結段、具有合理控制降溫和餘熱利用的快速降溫段組成，所述排膠段、升溫段、燒結段和快速降溫段從所述窯爐的窯頭至窯尾依次連接。
[0020]進一步地，所述排膠段的一側設有進風導風板和加熱箱，另一側設有導風排風板；所述進風導風板一邊連接有進風管，另一邊設有進風孔，，所述進風管的進風口處設有所述加熱箱；所述導風排風板一邊設有出風孔，另一邊連接有排膠管和排膠風機。
[0021]進一步地，所述進風孔和出風孔分別均勻密布地設於所述進風導風板和導風排風板上，且所述進風孔所在的平面和出風孔所在的平面相互平行。
[0022]進一步地，所述升溫段和燒結段的寬爐膛結構包括底板、立板、楔形塊和頂板；所述底板的上表面安裝有所述軌道，且位於所述軌道的兩側設有所述立板；兩片所述立板的下端與所述底板連接固定，上端均設有向裡延伸的所述楔形塊；所述頂板可膨脹上升和收縮下落地卡在兩片所述立板的楔形塊上。
[0023]進一步地，所述頂板的兩端與兩個所述楔形塊之間活動接觸連接面為斜面。
[0024]進一步地，所述快速降溫段採用窯側多風口排熱結構，包括設於所述窯爐兩側的風口、引風機和風管，所述引風機安裝在所述風口上，所述風管一端與所述引風機連接，另一端與所述排膠段的進風口連接。
[0025]進一步地，所述燒結窯還包括有用於將推板從所述窯爐的窯尾自動回送到窯頭的外循環線，所述外循環線的兩端分別與所述窯爐的窯頭和窯尾的所述軌道連接。
[0026]進一步地，所述燒結窯還包括有自動控制系統，所述自動控制系統與所述推板驅動裝置和外循環線，以及所述排膠段、升溫段、燒結段和快速降溫段的溫控組件導通連接。
[0027]進一步地，所述推板驅動裝置為大噸位液壓推機。
[0028]本實用新型的有益效果如下:[0029]本實用新型通過上述技術方案，即可在排膠段各溫區內形成一個相對平穩的氣流定向運動，大規格坯片中央部位與周邊部位排膠速率接近，滿足了產品排膠的工藝要求，又不會對其他溫區的幹擾，同時通過氣流定向運動還可以有效的將坯體排除的有機氣體快速排出，特別是有利於大規格坯片中央部位的排膠，避免了局部進入更高的溫區排膠會導致瓷片開裂的問題；而且，升溫段和燒結段採用了三段式窯頂磚設計結構，每一段的尺寸跨度相對於兩段式還要小一些，增加了窯材的熱荷重，還降低了窯材製作的難度，有效地解決了大規格基片寬爐膛結構頂板跨距大易斷裂的問題；並且，快速降溫段採用窯側多風口排熱結構，可將排出的熱風引入到排膠段作為坯體有機物分解提供熱源的高溫風，使降溫的餘熱得到利用，有效降低排膠段加熱箱的功率輸出，降低了產品燒結的能耗，從而實現節能的目的；同時各產品排熱速率相對一致，很難在窯內形成大的溫場差異性，產品的內應力分布均勻性好，有利於基片的平整度；這樣即可製造出具有當前國際水平的大規格氧化鋁陶瓷基片。
[0030]另外，通過外循環線即可用於將推板從窯爐的窯尾自動回送到窯頭，無需人工搬動，既減輕了操作人員的勞動強度，又可減少所需人員數量，降低人工成本；且通過自動控制系統對推板驅動裝置、外循環線和窯爐的運行節拍、速度、各溫區溫度、溫控組件進行自動控制，實現自動化生產，大大提高生產效率。
[0031]【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0032]圖1是本實用新型所述一種大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯實施例的結構原理示意框圖；
[0033]圖2是本實用新型所述一種大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯實施例中排膠段的結構示意圖；
[0034]圖3是本實用新型 所述一種大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯實施例中升溫段和燒結段的寬爐膛結構的結構示意圖；
[0035]圖4是本實用新型所述一種大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯實施例中快速降溫段的結構示意圖。
[0036]【【具體實施方式】】
[0037]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0038]如圖1至圖4中所示:
[0039]本實用新型實施列所述的一種大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯，包括有窯爐1、推板(圖中並未表示出來)、推板驅動裝置2和貫穿整個窯爐I的軌道3。所述窯爐I主要由可形成左右平穩對流氣流的有利於大規格基片中央部位有機物裂解揮發的排膠段11、具有適應於大規格基片高溫燒結的寬爐膛結構的升溫段12和燒結段13、具有合理控制降溫和餘熱利用的快速降溫段14組成，所述排膠段11、升溫段12、燒結段13和快速降溫段14從窯爐I的窯頭至窯尾依次連接。
[0040]所述排膠段12的一側設有進風導風板121和加熱箱122，另一側設有導風排風板123 ;所述進風導風板121 —邊連接有進風管124，另一邊設有進風孔125，所述進風管124的進風口處設有加熱箱122 ;所述導風排風板123 —邊設有出風孔126，另一邊連接有排膠管127和排膠風機(圖中未表示出來)；而且進風孔125和出風孔126分別均勻密布地設於進風導風板121和導風排風板123上，並且進風孔125所在的平面和出風孔126所在的平面相互平行。本排膠段12採用在窯內的各溫區內左右平行進風、排風設計(即一側進風，另一側抽風)，在各溫區內形成一個相對平穩的氣流定向運動，大規格坯片中央部位與周邊部位排膠速率接近；這樣既滿足了產品排膠的工藝要求，又不會讓氣流紊亂運動而對其他溫區的幹擾，因氣流是左右定向運動，運動路線相對較短，更有利於溫區內的溫場均勻性，而且通過氣流定向運動還可以有效的將坯體排除的有機氣體快速排出，進風口源源不斷的補充新鮮熱空氣可以有效的降低溫區內的有機氣體濃度，更有利於坯體有機物的分解和排出，特別是有利於大規格坯片中央部位的排膠，避免了局部進入更高的溫區排膠會導致瓷片開裂的問題。
[0041]所述升溫段12和燒結段13的寬爐膛結構包括底板151、立板152、楔形塊153和頂板154 ;所述底板151的上表面安裝有軌道3，且位於軌道3的兩側設有立板152 ;兩片立板152的下端與底板151連接固定,上端均設有向裡延伸的楔形塊153 ;所述頂板154可膨脹上升和收縮下落地卡在兩片立板152的楔形塊153上，且頂板154的兩端與兩個楔形塊153之間活動接觸連接面為斜面。本升溫段12和燒結段13的寬爐膛採用了兩楔形塊153和一頂板154的三段式窯頂磚設計結構，在此結構中受溫度變化的脹、縮影響時，頂板154會在膨脹過程中沿斜面方向上升，收縮時會依靠自身重力沿斜面方向自然下落；這樣，三段式窯頂磚設計結構的每一段的尺寸跨度相對於兩段式還要小一些，增加了窯材的熱荷重，而且還降低了窯材製作的難度，有效地解決了大規格基片寬爐膛結構頂板跨距大易斷裂的問題。
[0042]所述快速降溫段14採用窯側多風口排熱結構，包括設於所述窯爐I兩側的風口141、引風機(圖中未表示出來)和風管142，所述引風機安裝在風口 141上，所述風管142 —端與引風機連接，另一端與排膠段11連接。本快速降溫段14採用窯側多風口排熱結構，可將產品和窯材經控溫降溫段出來後帶來的餘熱在引風機的作用下通過窯爐I兩側風口 141相對均勻的排出，排出的熱風經風管142引入到排膠段11的進風口，為排膠段11內坯體有機物分解提供熱源的高溫風，使降溫的餘熱得到利用，有效降低排膠段11加熱箱122的功率輸出，降低了產品燒結的能耗，從而實現節能的目的；同時，與排膠段11設計原理近似，各產品排熱速率相對一致，很難在窯內形成大的溫場差異性，產品的內應力分布均勻性好，有利於基片的平整度。當然，風管142的另一端也可直接與外界連接，將餘熱排至室外。
[0043]另外，大規格基片燒結窯需要更緩慢的排膠、升溫、降溫，以達到好的產品質量；除了寬爐膛結構外，爐膛也更長，推板及承燒板也更寬、更厚，承載的產品也更重，需要配置的液壓推機的推力遠遠大於中小規格基片燒結窯的推機推力，因此所述推板驅動裝置2為大噸位液壓推機。
[0044]作為本實用新型一優選實施方案，所述燒結窯還包括有外循環線4，所述外循環線4的兩端分別與窯爐I的窯頭和窯尾的軌道3連接。這樣，即可用於將推板(窯具和所承載產品)從窯爐I的窯尾自動回送到窯頭，無需人工搬動，既減輕了操作人員的勞動強度，又可減少所需人員數量，降低人工成本，也為陶瓷基片自動化燒結的實現提供了必要的硬體技術。
[0045]作為本實用新型又一優選實施方案，所述燒結窯還包括有自動控制系統(圖中未表示出來)，所述自動控制系統與推板驅動裝置2和外循環線4，以及所述排膠段11、升溫段12、燒結段13和快速降溫段14的溫控組件(如加熱箱122、排膠風機和引風機)導通連接。這樣，通過自動控制系統對推板驅動裝置2、外循環線4和窯爐I的運行節拍、速度、各溫區溫度、加熱箱122、排膠風機和引風機運行頻率等的進行自動控制，實現自動化生產，大大提
高生產效率。
[0046]以上內容是結合具體的優選技術方案對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本實用新型所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯，包括有窯爐(I)、推板、推板驅動裝置(2)和貫穿整個所述窯爐(I)的軌道(3);其特徵在於:所述窯爐(I)主要由可形成左右平穩對流氣流的有利於大規格基片中央部位有機物裂解揮發的排膠段(11)、具有適應於大規格基片高溫燒結的寬爐膛結構的升溫段(12)和燒結段(13)、具有合理控制降溫和餘熱利用的快速降溫段(14)組成，所述排膠段(11)、升溫段(12)、燒結段(13)和快速降溫段(14)從所述窯爐(I)的窯頭至窯尾依次連接。
2.根據權利要求1所述的大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯，其特徵在於:所述排膠段(12)的一側設有進風導風板(121)和加熱箱(122)，另一側設有導風排風板(123);所述進風導風板(121) —邊連接有進風管(124)，另一邊設有進風孔(125)，所述進風管(124)的進風口處設有所述加熱箱(122 );所述導風排風板(123 ) —邊設有出風孔(126 )，另一邊連接有排膠管(127)和排膠風機。
3.根據權利要求2所述的大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯，其特徵在於:所述進風孔(125)和出風孔(126)分別均勻密布地設於所述進風導風板(121)和導風排風板(123)上，且所述進風孔(125)所在的平面和出風孔(126)所在的平面相互平行。
4.根據權利要求1至3中任何一項所述的大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯，其特徵在於:所述升溫段(12)和燒結段(13)的寬爐膛結構包括底板(151)、立板(152)、楔形塊(153)和頂板(154);所述底板(151)的上表面安裝有所述軌道(3)，且位於所述軌道(3)的兩側設有所述立板(152);兩片所述立板(152)的下端與所述底板(151)連接固定，上端均設有向裡延伸的所述楔形塊(153);所述頂板(154)可膨脹上升和收縮下落地卡在兩片所述立板(152)的楔形塊(153)上。
5.根據權利要求4所述的大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯，其特徵在於:所述頂板(154)的兩端與兩個所述楔形塊(153)之間活動接觸連接面為斜面。
6.根據權利要求1至3或5中任何一項所述的大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯，其特徵在於:所述快速降溫段(14)採用窯側多風口排熱結構，包括設於所述窯爐(I)兩側的風口(141)、引風機和風管(142)，所述引風機安裝在所述風口(141)上，所述風管(142)—端與所述弓I風機連接，另一端與所述排膠段(11)的進風口連接。
7.根據權利要求1至3或5中任何一項所述的大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯，其特徵在於:所述燒結窯還包括有用於將推板從所述窯爐(I)的窯尾自動回送到窯頭的外循環線(4)，所述外循環線(4)的兩端分別與所述窯爐(I)的窯頭和窯尾的所述軌道(3)連接。
8.根據權利要求7所述的大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯，其特徵在於:所述燒結窯還包括有自動控制系統，所述自動控制系統與所述推板驅動裝置(2)和外循環線(4)，以及所述排膠段(11)、升溫段(12)、燒結段(13)和快速降溫段(14)的溫控組件導通連接。
9.根據權利要求1至3或5或8中任何一項所述的大規格氧化鋁陶瓷基片燒結窯，其特徵在於:所述推板驅動裝置(2)為大噸位液壓推機。
【文檔編號】F27B9/30GK203396236SQ201320241146
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年5月7日 優先權日:2013年5月7日
【發明者】段明新 申請人:珠海微晶新材料科技有限公司