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低温共烧结陶瓷的烧结工艺

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-12-06  浏览次数:476
核心提示: 摘 要:燧道炉烧结低温共烧结陶瓷材料可以明显增加产量。加工件烧结过程连续监测,保证在烧结工艺过程中的任何偏差即刻被鉴别
        要:燧道炉烧结低温共烧结陶瓷材料可以明显增加产量。加工件烧结过程连续监测,保证在烧结工艺过程中的任何偏差即刻被鉴别—以实现烧结工艺过程无缺陷。

关键词:LTCC,燧道烧结炉,连续监测。

  1、

低温共烧结陶瓷(LTCC)在标准器件(如多层片式电容器)得到大量应用,其他常用的LTCC器件包括射频模块,无线器件,兰牙器件,无线传真与区域网。LTCC器件在生物医学与汽车领域的的应用也在增长。

现在,LTCC器件的制造主要采用箱式烧结炉,一炉批完成慢速升温,快速烧结等几道步序的工艺,这种工艺周期非常长,经常需要几天,且限制了大尺寸规格基板的产量。一种增加产量的方法是将烧结工艺由原来的箱式烧结炉改为燧道式烧结炉,这样满足大尺寸规格基板生产及亢长烧接工艺周期的需要。

LTCC整个制造过程需要精确控制,包括烧结工艺;开始升温段,加热工艺窗口较紧,工艺控制是严格的。陶瓷生带系统必须保持慢速升温,使得有机物质与粘接剂在烧结步序前完全燃烧。根据使用的系统,粘接剂的燃烧温度为200-450,在烧结前不完全燃烧,将会造成起泡,脱层,吹泡等好多问题。

通常烧结时间要比升温段时间短得多。在烧结段,温度由450℃上升到850℃,工件保持20-30分钟。生带在烧结时收缩,生带的收缩必须加以控制。材料间不均衡不一致的收缩或陶瓷板内部产生位移与错位——结果都会造成陶瓷板不规则或变形。尺寸大于8inch陶瓷板的冷却步序也是关键的,如陶瓷生带长10inch,传送带速度0.5/分,升温速度2℃/分,则工件的前后端温差达40℃,又如同样的工件与传送速度,当升温速度为5℃/分,则工件的前后端温差将达100℃。

1 11×7 inch陶瓷生带板对角线切开,

下半块烧结后与上半块未烧结比较没有发生收缩。

在每炉批与同炉批中必须达到高质量,首先要制定经优化的工艺过程。执行此工艺过程,每炉批必须严格的一致性,所有的加工件都应在同样的工艺条件下加工。第二是工艺过程的控制,保证在每炉批间的一致性,具有寻找与固定问题的能力。

  2、烧结工艺的制定

工艺窗口的定义。LTCC的烧结工艺必须严格。

测量的结果。 必须测量工件在隧道烧结炉不同位置时,时间与传送带纵横向的温度梯度,确定此时加工件的工艺条件是否在规定工艺窗口之内。在整个烧结过程使用多道热电偶与加热温度监测装置,通过有线方法将工件的即时信息传送给控制系统(如图 2)。得到的数据显示工件实际烧结温度/时间的工艺曲线。

工艺的改进。LTCC烧结过程较狭的工艺窗口,在考虑到烧结炉设备的偏差或变化,使得优化工艺设置更为困难。保持传送带温度分布的均匀性,实现狭钟形分布曲线是可以的。要达到此目的可使用自动烧结工艺预测工具—先进的软件系统,建立与评价烧结过程成千个数据在几分钟内确定最佳的烧结工艺。输入这些加热烧结工艺的技术参数,自动预测工具根据使用的工艺窗口进行排序,提供操作者选择适合的烧接工艺曲线,烧接加工LTCC,工艺过程发生在定义的工艺窗口内,不会超出严格的过程统计范围。

2 多道热电偶线束与实时烧结温度/时间测量系统

  3、烧结工艺控制

LTCC烧结工艺过程需要对陶瓷基板一块一块进行监测与记录。厚模高温烧接与LTCC工艺已得到改进,但是批次间仍有差别。对每一批次取样与记录费工时成本也高,可靠的取样检测需要许多样本,仅提供事后检验的效果,连续监测将自动完成此过程。

连续监测是降低成本与减少工时的一种简单有效方法。实时烧结工艺管理系统有30个热电偶,固定安装在两个探测装置中,每个各有15个热电偶,分别在炉道内的传送带平面的两边,这些传感器沿着传送带纵向长度方向连续监测过程的温度。一个传感器每5秒读取一次数据。在Windows的软件系统环境支持下,计算机屏幕上显示烧结的温度/时间烧结工艺曲线,同时将这些数

据存入硬盘。在烧结过程温度发生任何偏差及其位置都将显示出来。炉外的管理系统是烧结炉控制环路,能清楚揭示经常隐蔽在烧结炉控制系统的温度偏差。

连续采集到的数据用来纠正原初的工艺基线,计算由探测装置读取的工艺温度与加工件的温度间的差异。—建立一个实用的工艺曲线。在烧结过程中,软件系统不停地计算实用工艺曲线在炉道内固定安装的探测装置采集的工艺温度的变化的关系。实用的工艺曲线自动每30秒作一更改且保存,这样使得操作者能观察当前,也能追朔以前的。如果实用工艺曲线超出用户定义的工艺窗口界限,屏幕上出现提示。使用警示装置,警示灯亮,在工艺曲线满足技术要求前,切断传送带电源,保证不传送加工件进入炉道。烧结工艺温度发生偏差几小时,几天,几周,实用工艺曲线计算这些偏差将怎样影响加工件的烧结工艺曲线。理论上讲,实用工艺曲线接近在烧结炉内每块加工件热得电偶测量得到的温度。

燧道式烧结炉烧结LTCC,要比箱式炉的烧结周期短很多,但仍然需要一个较长的周期。在烧结过程采集的数据可用于识别因为烧结炉系统的变化,而成加工件不能满足技术要求的问题。在烧结过程的保温条件下或工艺温度接近烧结工艺窗口界限的变化是,烧结炉系统的预防性能力是重要的,必须及时提示操作者如果不作纠正,在此模式下继续生产可能造成缺陷加工件。现时数据也可以通过网络实现远距离监控。

  4、结 论 

使用并保持特别狭小工艺窗口界限所允许的烧结工艺的工艺参数,连续燧道炉烧结低温共烧结陶瓷材料可以明显增加产量。加工件烧结过程连续监测,保证在工艺过程中的任何偏差即刻被鉴别—以实现烧结工艺过程无缺陷。通过实时烧结工艺管理系统与烧结实用工艺曲线,这种监测控制能力得到增强。

 
 
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