CN104236314B - 一种用于氮化铝烧结的高温烧结炉加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于氮化铝烧结的高温烧结炉加热系统，包括加热模块，所述加热模块包括三组钨板加热器，每组钨板加热器包括两个对称分布的钨板加热器；每组钨板加热器中的两个钨板加热器的电极分别与六相隔离变压器的一个次级线圈两端连接；所述六相隔离变压器三个次级线圈的中点两两连接；所述加热模块的六个钨板加热器的六个电极一端两两连接；所述六相隔离变压器的三个初级线圈为三角形连接，且三个初级线圈的一端分别与三相晶闸管功率控制器的三个输<b>出</b>端连接。本发明能够减小加热器承受的安培力，延长加热器寿命、降低电磁辐射，提高设备可靠性，降低维护成本，提高生产效率，为大功率氮化铝高温烧结炉研制提供了保障。

Description

一种用于氮化铝烧结的高温烧结炉加热系统

技术领域

本发明涉及用于氮化铝(AlN)多层陶瓷基板烧结的生产设备领域，特别是一种用于氮化铝烧结的高温烧结炉加热系统。

背景技术

氮化铝（AlN）作为电子元器件的基板和封装最理想的材料，其制造工艺非常复杂，其中最为关键的一环是多层共烧陶瓷基板的烧结成形，它是将生瓷片料经布线、叠片、层压后置于氧化-还原气氛中烧结，在高温烧结中生瓷变熟、金属粉料金属化，故被称为共烧。金属粉料为钨（W）、钼（Mo）等难熔金属，制品制程以常压烧结为主。制品在1850℃左右的温度下，在流动的氧化-还原气氛中烧成，使用的设备是低压大电流的高温烧结炉，最高温度能达2050℃，在烧结过程中由于加热电流大，加热器所承受的安培力也大，电磁辐射也强，导致加热器易变形，使用寿命有限，设备可靠性低，电磁干扰大，易影响周围设备，降低生产效率，并且钨加热器材料、加工制作成本昂贵，提高了生成成本，甚至导致大功率的高温烧结炉无法研制成功。因此迫切需要发明一种用于高温烧结的加热系统，延长加热器寿命，提高设备可靠性、降低电磁干扰，提高生产效率，节约生产成本，保障用于大批量生产的大功率高温烧结炉研制成功。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种用于氮化铝烧结的高温烧结炉加热系统，减小加热器承受的安培力，延长加热器寿命、降低电磁辐射，提高设备可靠性，降低维护成本，提高生产效率，为大功率氮化铝高温烧结炉研制提供保障。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于氮化铝烧结的高温烧结炉加热系统，包括加热模块，所述加热模块包括三组钨板加热器，每组钨板加热器包括两个对称分布的钨板加热器；每组钨板加热器中的两个钨板加热器的电极分别与六相隔离变压器的一个次级线圈两端连接；所述六相隔离变压器三个次级线圈的中点两两连接；所述加热模块的六个钨板加热器的六个电极一端两两连接；所述六相隔离变压器的三个初级线圈为三角形连接，且三个初级线圈的一端分别与三相晶闸管功率控制器的三个输出端连接。

所述加热模块的三组钨板加热器分别通过水冷电缆与所述六相隔离变压器的三个次级线圈连接。

所述加热模块的六个钨板加热器形状相同，电阻相等，使对称钨板加热器中流过大小相等方向相反的电流。

所述加热模块的六个钨板加热器均设置在隔热屏内，隔热屏提供磁场回路，既能隔热又起到屏蔽作用。

本发明的设计原理是，根据电磁感应定律，大小相等方向相反的电流产生的磁场能够最大程度的相互削弱，设计六电极对称钨板加热器，使对称钨板加热器中流过大小相等方向相反的电流，同时隔热屏提供磁场回路，既起到隔热又起到屏蔽作用。根据整流变压器原理，设计相同原理的六相隔离变压器，次级采用双反星输出，提供六个相位相差60°的电压，与六电极对称钨板加热器组成六相平衡电路，根据基尔霍夫定律，采用三相电路相量法计算六相平衡电路的电流，将其中相位相差180°的一组电压接入一组对称的钨板加热器，能够达到对称钨板加热器中流过大小相等方向相反的电流的目的。

本发明将电源整流电路中常用的整流变压器原理首创性的用于氮化铝高温烧结炉加热电路，即六相隔离变压器次级采用双反星输出结构，通过水冷电缆与六极对称加热器连接构成六相平衡电路，初级与三相晶闸管功率控制器连接，三相晶闸管功率控制器控制变压器初级电压，并且有软启动和限流功能，由于钨加热器在冷态和热态电阻变化大，因此根据炉内温度，比例输出三相晶闸管功率控制器的控制信号，双重限制输出电流，保护六相隔离变压器和六电极对称钨板加热器，同时隔热屏呈圆柱面包围六电极对称钨板加热器，与普通设计只起到隔热作用不同的是，还能为加热电流产生的向外逸散的磁场提供磁回路，因此能屏蔽大部分电磁辐射干扰。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过巧妙的电路设计，能够减小加热器承受的安培力，延长加热器寿命、降低电磁辐射，提高设备可靠性，降低维护成本，提高生产效率，为大功率氮化铝高温烧结炉研制提供了保障。

附图说明

图1为本发明一实施例电路原理图；

图2为本发明一实施例加热系统组成示意图；

图3为本发明一实施例六相平衡电路等效电路图；

图4是本发明一实施例六相隔离变压器输出电压相量图；

图5是本发明一实施例钨板加热器电流相量图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明一实施例包括包括六电极对称钨板加热器1,2,3,4,5,6、隔热屏15、水冷电缆9,10,11,12,13,14、六相隔离变压器7、三相晶闸管功率控制器8。其中钨板加热器1和4对称分布，钨板加热器2和5对称分布，钨板加热器3和6对称分布，并且六个钨板加热器1,2,3,4,5,6形状相同，电阻相等。

具体的连接方式为：钨板加热器1的电极d1、水冷电缆9、六相隔离变压器7的C1端子变压器依次连接，钨板加热器4的电极d7、水冷电缆10、六相隔离变压器7的C2端子变压器依次连接，组成一个回路；钨板加热器2的电极d3、水冷电缆11、六相隔离变压器7的C3端子依次连接，钨板加热器5的电极d9、水冷电缆12、六相隔离变压器7的C4端子依次连接，组成一个回路；钨板加热器3的电极d5、水冷电缆13、六相隔离变压器7的C5端子依次连接，钨板加热器6的电极d11、水冷电缆14、六相隔离变压器7的C6端子依次连接，组成一个回路；钨板加热器1,2,3,4,5,6的电极d2,d4,d6,d8,d10,d12相互连接在一起。六相隔离变压器7的A端子与三相晶闸管功率控制器8的端子U端子连接；六相隔离变压器7的B端子与三相晶闸管功率控制器8的端子V端子连接；六相隔离变压器7的C端子与三相晶闸管功率控制器8的端子W端子连接。

该系统构成了六相平衡电路，其等效电路图如图3所示，根据六相隔离变压器7的原理，采用三相电路相量法表示，可得出六相隔离变压器7输出电压相量图4。其中

根据基尔霍夫定律进行计算得出钨板加热器1,2,3,4,5,6电流相量图5。图5中1，2，3，4，5，6分别代表钨板加热器1,2,3,4,5,6中流过的电流，其中

=-，=-5, 3=-

由此可见对称钨板加热器中流过的电流大小相等方向相反，实现了延长加热器寿命、降低电磁辐射，提高设备可靠性，降低维护成本，提高生产效率，为大功率氮化铝高温烧结炉研制提供保障的目的。

Claims (4)

1.一种用于氮化铝烧结的高温烧结炉加热系统，其特征在于，包括加热模块，所述加热模块包括三组钨板加热器，每组钨板加热器包括两个对称分布的钨板加热器；每组钨板加热器中的两个钨板加热器的电极分别与六相隔离变压器的一个次级线圈两端连接；所述六相隔离变压器三个次级线圈的中点两两连接；所述加热模块的六个钨板加热器的六个电极一端连接在一起；所述六相隔离变压器的三个初级线圈为三角形连接，且三个初级线圈的一端分别与三相晶闸管功率控制器的三个输出端连接。

2.根据权利要求1所述的用于氮化铝烧结的高温烧结炉加热系统，其特征在于，所述加热模块的三组钨板加热器分别通过水冷电缆与所述六相隔离变压器的三个次级线圈连接。

3.根据权利要求1或2所述的用于氮化铝烧结的高温烧结炉加热系统，其特征在于，所述加热模块的六个钨板加热器形状相同，电阻相等。

4.根据权利要求3所述的用于氮化铝烧结的高温烧结炉加热系统，其特征在于，所述加热模块的六个钨板加热器均设置在隔热屏内。