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Struktur- und Temperaturgleichmäßigkeitsanalyse von LTCC Ofen

Struktur- und Temperaturgleichmäßigkeitsanalyse von LTCC Brennofen


Abstract: This Artikel beschreibt die Struktur des Heizungs- und Atmosphärenregelungssystems des intermittierenden Konvektionslifts LTCC Sinterofen. kombiniert mit Testanalyse der Hauptfaktoren, die die Temperaturgleichmäßigkeit des Sinterofens beeinflussen, Regeln und Methoden zur Parametereinstellung während Der Prozess wird beschrieben

Schlüssel Wörter: LTCC Sinterofen, Temperaturgleichmäßigkeitseinstellungstest


1 .LTCC Einführung

LTCC (Niedrige Temperatur Co-gebrannt Keramik) Technologie ist eine bemerkenswerte integrierte Komponententechnologie, die in den letzten Jahren entwickelt wurde Die Grundschritte des typischen LTCC Substratherstellungsprozess umfassen: Rohkeramikband → Formen → Bohren → Füllung → Siebdruck → Druckqualitätserkennung → Laminierung → Laminierung → Sintern → Nachbearbeitung → LTCC Schaltung Erkennung.

Mit die rasche Entwicklung von LTCC Industrie, Produktionskapazität und Qualitätskontrolle stellen immer höhere Anforderungen an die Ausrüstung im LTCC Sinterprozess von die ursprünglichen 2 Schichten pro Ofen zu den gegenwärtigen 16 Versionen per Ofen. Bei der Massenproduktion stellt die Ausrüstung jedoch viele Probleme dar, wie z. B. das Brennen des gleichen Ofenprodukts, die Schrumpfungsrate der in verschiedenen Bereichen des Ofens platzierten Materialien ist sehr unterschiedlich, die Konsistenz der Produkte ist sehr schlecht verursacht auch mehr Probleme mit Produktschrott und Materialabfällen Die Kammer des Sinterofens beträgt 600 x 600 x 600 mm und die durchschnittliche Temperatur beträgt 400 x 400 x 400 m Normalerweise legen wir nur wenige Schichten in die Kammer, es wird nur ein kleiner Teil des Raums mit konstanter Temperatur verwendet und nur wenige Schichten werden hinzugefügt, nachdem die Ausgabe erhöht wurde, welche ist weit entfernt von Ausübung der maximalen Nutzungseffizienz des Sinterofens this Papier, die Struktur von LTCC Sinterofen mit konvektiv Die intermittierende Struktur wird am Beispiel von 43 derzeit verwendeten Sinteröfen analysiert, und die Hauptfaktoren, die die Kontrolle der Temperaturgleichmäßigkeit und die Einstellmethoden beeinflussen, werden diskutiert


2.LTCC Gleichmäßigkeitstest der Sintertemperatur

Um die Probleme zu finden und zu lösen und die Effizienz der Ausrüstung zu verbessern, hat der Autor acht gepanzerte Thermoelemente angepasst und getestet mit Temperaturpatrouille Instrument. Acht Thermoelemente sind gleichmäßig auf acht Punkte im Bereich der Ofentemperatur verteilt


Abb 1 Verteilung der Temperaturtestpunkte


Von Aus den tatsächlichen Temperaturtestdaten in Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die maximale Abweichung des Testpunkts 60 ℃ beträgt im ansteigenden Temperaturabschnitt beträgt die maximale Differenz der Gleichmäßigkeit der Sinterzone 17 ℃ von 850 ℃ im Hochtemperaturbereich welche erfüllt offensichtlich nicht die Anforderungen des Prozesses Konsistenz.Für LTCC Bei der Sinterherstellung hat die Gleichmäßigkeitskontrolle der Temperaturgleichmäßigkeit in der gesamten Temperaturkurve des Sinterofens einen entscheidenden Einfluss auf die Qualitätskonsistenz und Ausbeute von LTCC Substrat Herstellung.Von Die tatsächlichen Testergebnisse, der Temperaturgleichmäßigkeitsindex der von uns verwendeten Konstanttemperaturzone des Sinterofens sind sehr schlecht, und die reale stabile und konsistente Konstanttemperaturzone ist weitaus kleiner als der Nennindex von 400x400x400mmn Raum, welche kann die Anforderungen der Massenproduktion nicht erfüllen und kann nur in geringer Menge im lokalen Stallraum entwickelt und produziert werden, der ist auch der Hauptgrund für die Einschränkung der Konsistenz der Produktqualität und die Verbesserung der Ausrüstung um dies zu lösen Um das Problem gründlich zu lösen, müssen wir den Sinterofen weiter analysieren und einstellen und das Potenzial der Ausrüstung voll ausschöpfen.

Tabelle 1 Temperaturtestdaten

Analyse der Struktur und des Temperaturübertragungsfeldes des Sinterofens

3.1 Struktur von LTCC Sinterofen

Um die Temperaturgleichmäßigkeit des Sinterofens zu verbessern, ist es erforderlich, die Struktur der Ausrüstung, insbesondere die Struktur der Heizung und der Atmosphärenregelung, vollständig zu verstehen hat einen wichtigen Einfluss auf die Temperatur und analysiert dann die Hauptfaktoren und Einstellmethoden, die die Änderung der Temperatur beeinflussen Ich benutze ist ein konvektiv intermittierendes Heben LTCC Sinterofen, der besteht hauptsächlich aus Ofenheizsystem, Atmosphärensystem, Hubladesystem und elektrischem Steuersystem Der Sinterofen ist kastenförmig, und der Ofenkörper ist quadratisch ausgeführt und befindet sich im oberen Teil der Vorderseite des Ofens Die Die Isolierofenauskleidung besteht ausschließlich aus mehrschichtigen Leichte Keramikfaser-Isolierplatte und vier Heizzonen sind in vertikaler Richtung entsprechend der Gleichmäßigkeitsverteilung des Wärmefeldes angeordnet Jede Heizzone wird von vier Heizelementen vorne, hinten und rechts beheizt, um eine gleichmäßige Erwärmung im Ofenbereich zu gewährleisten Die Die Struktur ist in Abbildung 2 dargestellt

Abb 2 innere Struktur des Sinterofens

Die Das Atmosphärensystem liefert hauptsächlich ein stabiles Prozessgas und eine stabile Druckregelung für den Ofen besteht aus Luftreiniger, Druckminderer, Proportionalregelventil, Durchflussmesser, Gasheizung und deren Temperaturregelung, Druckausstoßer (Lufteinlasskasten), Sammelauslasskasten und Venturi-Auspuffrohr Zur Temperaturverteilung im Ofen wird die Ansaugluft in unterteilt Bei vier Pfaden wird jeder Pfad unabhängig von Durchflussrate und Temperatur gesteuert. Das Gas tritt nach dem Vorheizen auf eine geeignete Temperatur gleichmäßig in die Ofenkammer ein Beim aufgeladenen Ejektor auf der rechten Seite der Heizkammer strömt die heiße Luft gleichmäßig durch die Zwischenschicht der Sinterhalterung, sammelt sich dann durch den Auspuffkasten und nutzt dann den Venturi-Einspritzeffekt des Auspuffrohrs, um einen bestimmten Mikro-Unterdruck im zu halten Ofen durch geschlossenen Kreislauf Kontrolle, um das Ziel zu erreichen, den Gasstrom im Ofen gleichmäßig zu machen

3.2 Analyse von LTCC Temperaturfeld des Sinterofens und Wärmeübertragung

Die dreidimensionales Wärmeübertragungsphänomen in LTCC Sinterofen ist komplex, welche gehört zum instationären Wärmeübertragungsprozess mit drei Wärmeübertragungsmodi der Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung im geschlossenen Raum

Die Das Phänomen der Konvektionswärmeübertragung im Ofen umfasst hauptsächlich die erzwungene Konvektionswärmeübertragung zwischen dem durch den erzwungenen Lufteinlass gebildeten Luftstrom und LTC Produkte, Materialregale, Brennplatte usw. Die Die Konvektionswärmeübertragung im Ofen ist der wichtigste Weg der Wärmeübertragung im Ofen. Sie ist der wichtigste Faktor, der die Gleichmäßigkeit des Temperaturfeldes im Ofen beeinflusst Die Strahlungswärmeübertragung im Sinterofen ist auch der Hauptweg der Wärmeübertragung im Ofen und der Hauptfaktor, der die Ofentemperatur beeinflusst, aber der Einfluss auf die Gleichmäßigkeit des Temperaturfeldes im Ofen ist nicht groß, weil der Formstruktur des Sinterofens, es sei denn Der Oxidationsalterungsgrad jeder Heizplatte und Isolationsschicht jedes Teils ist inkonsistent

3.3 Analyse der Faktoren, die LTCC beeinflussen Gleichmäßigkeit der Sinterofentemperatur

Nach der Analyse der thermischen Struktur des Ofens sind die Hauptfaktoren, die die Temperatur beeinflussen, folgende:

(1) Die Erstens ist die Struktur des Temperaturfeldes und die Art der Temperaturregelung

Die Das Temperaturfeld des Ofens ist gleichmäßig angeordnet Vier Temperaturzonen entlang der Höhenrichtung, vier Temperaturkontrollpunkte und eine Heizung sind an den vier Seiten jeder Temperaturzone angeordnet Die Der Temperaturregelungsmodus bestimmt, dass die vierseitige Heizungen in derselben Temperaturzone werden im thermischen Prozess synchron erwärmt oder gestoppt Weil Bei der symmetrischen Struktur des Ofens ist die umfassende Wärmeübertragung des Ofens jederzeit in Vorder- und Rückseite gleich in vertikaler Richtung ist es leichter, oben als zu erhitzen am Boden aufgrund des Einflusses des aufsteigenden heißen Gasstroms This ist der Hauptfaktor, der die Gleichmäßigkeit der Ofentemperatur in vertikaler Richtung beeinflusst

(2) Die Anordnung der Lufteinlass- und -auslasskästen und Art der Atmosphärenströmung

Aufgrund der Beschränkung der Anordnung der Auslasskammer und der Einlasskammer ist die Konvektionswärmeübertragung in der linken und rechten Richtung des Ofens unterschiedlich wird zum direkten Faktor, der die Gleichmäßigkeit der Ofentemperatur beeinflusst Die Asymmetrie der linken und rechten Struktur des Temperaturfeldes und des Atmosphärenströmungsfeldes, der Strömungsrichtung von von rechts nach links im Ofen, dh der Wärmeübertragungstrend, der durch die Konvektionswärmeübertragung von angetrieben wird von rechts nach links wird die umfassende Wärmeübertragung in der linken und rechten Richtung des Ofens jederzeit unterschiedlich sein, welche ist der wichtigste Faktor, der die Gleichmäßigkeit der Ofentemperatur beeinflusst, aber auch der grundlegende Faktor

(3) unsichere Faktoren

43, die Sinterofen verwenden, ist seit zehn Jahren, der Oxidationsgrad jeder Heizplatte und jedes Teils der Wärmeschutzschicht ist unterschiedlich, die Wärmestrahlung ist nicht absolut symmetrisch, die Gleichmäßigkeit des Atmosphärenströmungsfeldes im Ofen ist aufgrund ungewiss auf den Einfluss der unterschiedlichen Art, Höhe und Leistung des Sinterträgers im Ofen und auf den Einfluss der Absorption von Wärmeenergie durch den Sinterträger, so dass auch die Gleichmäßigkeit der Ofentemperatur beeinflusst wird;


4 LTCC Einstellung des Sintertemperatur-Gleichmäßigkeitstests

Analysieren Sie die Daten von der Test (siehe Tabelle 1) Es Es ist auch zu sehen, dass die Temperaturgleichmäßigkeit eine dynamische Änderung ist und es ein bestimmtes dynamisches Änderungsgesetz gibt, die Temperatur des oberen A1, B1, C1, D1 Testpunkt ist höher als die unteren A2, B2, C2, D2 Prüfpunkt in der gesamten Heizstufe, this ist weil Beim Erhitzen steigt heißes Gas auf, die Wärmeübertragung steigt mehr und leichter B2, D2 auf der rechten Seite ist in der Regel niedriger, weil Die rechte Seite ist das Lufteinlassende, die niedrigere Temperatur der Atmosphäre in Niedrige Temperatur ziehen Die Temperaturgleichmäßigkeit in derselben Höhenschicht ist die beste Die Temperatur auf der rechten Seite der unteren Schicht B2, D2 ist offensichtlich höher als das auf der linken Seite A2, C2, welches kann in Richtung des Gasflusses analysiert werden, wie in Abbildung 3 dargestellt Die Gasfluss von Rechts nach links und Aufwärtstrend nebeneinander absorbiert kontinuierlich die Strahlungswärmeenergie des Heizdrahtes während der Fließvorgang in der Ofenkammer A2, C2 befinden sich in der unteren linken Seite der Ofenkammer, welche ist relativ eine tote Zone des Gasflusses Die Testdaten verifizieren auch die Analyse der Temperaturverteilung in der Ofenkammer

Von Aus den obigen Testdaten und der Analyse des Temperaturfeldes können wir den Schluss ziehen, dass die Temperatur auf der linken Seite der Ofenkammer normalerweise höher als ist das auf der rechten Seite, und die Temperatur in der oberen Schicht ist höher als das in der unteren Schicht; weil der endothermen Wirkung der Halterung und des Gasstroms, der Temperaturdifferenz im Luftstrom Totwinkel Die Region ist beim anfänglichen Temperaturanstieg sehr groß und nimmt mit allmählich ab die Temperatur steigt; während Während des gesamten Sinterprozesses ist der Heißgasstrom der grundlegendste Grund, der die Temperatur beeinflusst

Abb 3 schematische Darstellung des Heißgasstroms in der Ofenkammer

Die Die Gleichmäßigkeit der herkömmlichen Ofentemperatur wird gemessen, nachdem die Temperatur in der Ofenkammer konstant ist, jedoch in dieser Prozesskurve wird die Temperatur auf 850 erhöht stabiles Sintern nur 10 Minuten, die Aufheizrate hat einen großen Einfluss auf das Produkt, daher ist es notwendig, bei this auf die Gleichmäßigkeit des Aufheizprozesses zu achten Dabei ist die maximale Grenze der Strahlungsleistung der Heizplatte besonders wichtig, um den Wärmehaushalt von vier Heizflächen aufrechtzuerhalten

A. Ausgangsleistung jeder Keramikfaserheizplatte (16 in 4 Temperaturzonen)

B. Einlassdurchfluss ;

C.4 Gasvorwärmleistung und Temperatur;

Tabelle 2 zeigt die internen Parameter des Sinterofens, welche Den Einfluss des ansteigenden internen Heißgasstroms nicht vollständig ausgleichen, sondern die Leistung in linker und rechter Richtung teilweise begrenzen, so dass die Temperatur in derselben horizontalen Schicht gleichbleibend ist, und den Einfluss des Heißgasstroms in der vertikale Richtung und kompensieren nicht die Parameter, die kann gesehen werden von die Testdaten in Tabelle 1.Dies steht im Einklang mit die Tatsache, dass wann Die Ausrüstung wurde zuerst in eingeführt In unserem Institut war das Entwicklungsvolumen klein und der konstante Temperaturraum für eine Gruppe von Parametern mit die gleiche Temperatur, welche wurde von technischen Experten des Herstellers für einen geringen Entwicklungsaufwand getestet, war sehr klein, aber die Temperaturgleichmäßigkeit in einem bestimmten Teil der gleichen Höhenschicht war gut.

Tabelle 2 Steuerparameter für die Erstausrüstung

gemäß der Wärmefeldverteilungsregel erhalten von Bei der obigen Prüfung und Analyse wird das Anpassungsschema der Geräteparameter wie folgt angegeben: unter Berücksichtigung der Anforderung der Prozessatmosphäre zum Ablassen von Leim im Sinterprozess, Beibehalten des Gasdurchflusses, Anpassen der internen Steuerparameter der Ausrüstung, Begrenzen der Leistungsabgabe durch Steuern jeder Heizplatte, Begrenzen der Leistung im Hochtemperaturbereich und Ausgleichsleistung im Niedertemperaturbereich; um die umfassende Wärmeübertragung auf der gegenüberliegenden Seite des Ofens jederzeit symmetrisch zu machen Die begrenzte Ausgangsleistung der Vorder- und Rückseite ist gleich, die begrenzte Ausgangsleistung der Heizplatte in Luftströmungsrichtung der linken und rechten Seite ist erhöht und die Leistung des rechten Lufteinlasses ist größer als das der linken Seite Die Temperaturkompensation wird zwischen der oberen und der unteren Schicht verwendet, um die Temperaturkonsistenz jedes Punktes in der Zone konstanter Temperatur sicherzustellen, um den Faktor des Anstiegs des heißen Luftstroms auszugleichen Die Anfangsparameter werden bestimmt, der Sinterträger wird installiert, wiederholte Tests werden durchgeführt, die Ausgangsleistung wird in der Nähe des unteren Temperaturpunkts angemessen erhöht, und die lokale Feineinstellungskompensation wird verwendet, um den durch die Alterung der Heizplatte verursachten Temperatureinfluss zu beseitigen Isolationsschicht und der Einfluss des Sinterträgers auf den Gasstrom, um die stabilsten Gerätezustandsparameter zu optimieren


5 abschließende Bemerkungen

Die Testdaten zeigen, dass das Gesetz der Ofentemperaturfeldverteilung durch die Leistungsgrenze und die Temperaturkompensation die Gleichmäßigkeit der Sinterofentemperatur optimieren kann. Später werden wir den Prozesstest und die Produktionsverifizierung weiter verbessern

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