CN203396236U - 一种大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑，包括有窑炉、推板、推板驱动装置、贯穿整个窑炉的轨道、外循环线和自动控制系统；所述窑炉炉膛主要由有利于大规格基片中央部位有机物裂解挥发的排胶段、具有适应于大规格基片高温烧结的宽炉膛结构的升温段和烧结段、具有合理控制降温和余热利用的降温段组成；排胶段、升温段、烧结段和降温段从窑炉的窑头至窑尾依次连接；外循环线的两端分别与窑头和窑尾的轨道连接；自动控制系统与推板驱动装置和外循环线，以及控制排胶段、升温段、烧结段和降温段的温控组件导通连接。这样，通过本烧结窑即可制造出具有当前国际水平的大规格氧化铝陶瓷基片，生产效率高，烧结能耗、劳动强和人工成本度低。

Description

一种大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑

【技术领域】

本实用新型涉及厚膜及混合集成电路、电力电子行业陶瓷覆铜板、大功率LED封装等行业的烧结窑技术领域，特别涉及一种大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑。

【背景技术】

目前，大功率电路用的电路基板及功率元器件封装常用陶瓷材料，因为树脂材料不敷散热及绝缘耐压等要求。最常用的是96%氧化铝陶瓷基片，厚度一般在0.25MM～1.0MM。

为了保证大规模生产中产品质量稳定，国际主流的96%氧化铝陶瓷基片坯片成型工艺为涂布法。坯片中含有大量的用于充分分散均匀、粘结、增加塑性的有机物，这些有机物在烧结窑中在适当温度下裂解挥发排出，称之为“排胶”。 

为了提高后续电路制作、覆铜或封装的效率，对陶瓷基片的长宽尺寸要求越来越大，在厚膜及混合集成电路、电力电子行业陶瓷覆铜板、大功率LED封装等行业应用中，5英寸X 5英寸以上的规格已成为主流，传真机、打印机的定影电路用的陶瓷基片需要11英寸至15英寸。 

传统的电加热推板式隧道窑主要为适应3英寸X 3英寸的片式电阻基板及4英寸X 5英寸以下的厚膜电路基板设计的，无法满足大规格基板烧结的要求。具体体现在以下几个方面： 

1、由于基片烧结一般采用多片叠烧以提高效率、节省能耗，大规格坯片叠烧时坯片中央部位与周边部位的排胶要均匀、基本同步，否则局部进入更高的温区排胶会导致瓷片开裂；因而需要更有效的排胶系统设计。

传统的排胶方式多为顶部搅拌风机对窑内含有裂解后有机气体的混合气体抽吸出来，并将抽吸出的气体的一部分灌注回窑内以扰动窑内气氛、均化温场。由于陶瓷基片在烧结窑中是多片叠片置于承烧板上，承烧板又多层架空码放，顶部抽吸的方式必定导致上中下层及中央与两边抽吸不匀，中下层的中央部位排胶滞后，若此未充分排胶之坯片进入到高温区，会发生强氧化（燃烧）现象，造成坯体炸裂，最终表现为瓷片裂片现象。大规格基片需用大规格承烧板，窑炉炉膛宽，这就扩大了这种抽吸力的差异，致使中下层的中央部位排胶更加滞后，裂片问题更加严重。此外，炉顶风机的轴承与风叶长期在窑内高温下运行磨损的铁屑进入坯片上，导致常出现烧出的瓷片黄色斑点缺陷。 

2、96%氧化铝陶瓷要在1600℃以上的高温下烧结成瓷，而大规格基片烧结要求宽炉膛，宽炉膛的炉顶板跨距大，在高温下易变形、断裂，需可靠的结构设计和耐火材料。 

传统炉顶多为整两段式设计结构，在此结构中受温度变化的胀、缩影响时，炉顶板会以炉堂中的楔入式定位结构为圆轴发生膨胀变形，同时顶板因在窑炉彻筑过程中，侧墙安装比较紧凑以免顶板脱落，在顶板变形量较大而给予的变形位移空间不够时，易造成顶板损坏，甚至断裂脱落。而在大规格基片烧结的宽炉膛中，若再采用这种结构，断裂脱落的问题将更加严重。 

3、传统窑炉在尾部800℃以后设计较多余热管道排空，而这些余热因为是强制排放，不易受控，所以基本都是直排在大气中，造成较大浪费。 

传统窑炉余热排放多采用在窑炉降温段顶部设计排风管道，这种设计虽然利用了热风自然上升的循环原理，但在降温过程中会以窑炉形成一定的温差梯度，越接近排风口处的温度越高，在窑内的产品各点降温速率差异性较大，造成内应力也不一致，也会造成产品的翘曲变形。而且因为这样的尾气排放是直排室外，造成较大的能源浪费。 

4、其它配套问题。 

因为传统电推板窑设计为适合生产小规格瓷片，所以上述1～3点说明已经决定了窑腔小，推板也相应小，推板尺寸小又决定的窑长较小，传统推板窑不长于25米，虽然传统窑炉也有自动循环送料系统，但因为整体结构小，各种元器件选型容易，推机（机械推进）都采用小吨位，整体结构设计相对简单。 

【实用新型内容】

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种可制造出具有当前国际水平的大规格氧化铝陶瓷基片，生产效率高，烧结能耗、劳动强度和人工成本度低的大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑。

本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案为： 

一种大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑，包括有窑炉、推板、推板驱动装置和贯穿整个所述窑炉的轨道；所述窑炉主要由可形成左右平稳对流气流的有利于大规格基片中央部位有机物裂解挥发的排胶段、具有适应于大规格基片高温烧结的宽炉膛结构的升温段和烧结段、具有合理控制降温和余热利用的快速降温段组成，所述排胶段、升温段、烧结段和快速降温段从所述窑炉的窑头至窑尾依次连接。

进一步地，所述排胶段的一侧设有进风导风板和加热箱，另一侧设有导风排风板；所述进风导风板一边连接有进风管，另一边设有进风孔，，所述进风管的进风口处设有所述加热箱；所述导风排风板一边设有出风孔，另一边连接有排胶管和排胶风机。 

进一步地，所述进风孔和出风孔分别均匀密布地设于所述进风导风板和导风排风板上，且所述进风孔所在的平面和出风孔所在的平面相互平行。 

进一步地，所述升温段和烧结段的宽炉膛结构包括底板、立板、楔形块和顶板；所述底板的上表面安装有所述轨道，且位于所述轨道的两侧设有所述立板；两片所述立板的下端与所述底板连接固定，上端均设有向里延伸的所述楔形块；所述顶板可膨胀上升和收缩下落地卡在两片所述立板的楔形块上。 

进一步地，所述顶板的两端与两个所述楔形块之间活动接触连接面为斜面。 

进一步地，所述快速降温段采用窑侧多风口排热结构，包括设于所述窑炉两侧的风口、引风机和风管，所述引风机安装在所述风口上，所述风管一端与所述引风机连接，另一端与所述排胶段的进风口连接。 

进一步地，所述烧结窑还包括有用于将推板从所述窑炉的窑尾自动回送到窑头的外循环线，所述外循环线的两端分别与所述窑炉的窑头和窑尾的所述轨道连接。 

进一步地，所述烧结窑还包括有自动控制系统，所述自动控制系统与所述推板驱动装置和外循环线，以及所述排胶段、升温段、烧结段和快速降温段的温控组件导通连接。 

进一步地，所述推板驱动装置为大吨位液压推机。 

本实用新型的有益效果如下： 

本实用新型通过上述技术方案，即可在排胶段各温区内形成一个相对平稳的气流定向运动，大规格坯片中央部位与周边部位排胶速率接近，满足了产品排胶的工艺要求，又不会对其他温区的干扰，同时通过气流定向运动还可以有效的将坯体排除的有机气体快速排出，特别是有利于大规格坯片中央部位的排胶，避免了局部进入更高的温区排胶会导致瓷片开裂的问题；而且，升温段和烧结段采用了三段式窑顶砖设计结构，每一段的尺寸跨度相对于两段式还要小一些，增加了窑材的热荷重，还降低了窑材制作的难度，有效地解决了大规格基片宽炉膛结构顶板跨距大易断裂的问题；并且，快速降温段采用窑侧多风口排热结构，可将排出的热风引入到排胶段作为坯体有机物分解提供热源的高温风，使降温的余热得到利用，有效降低排胶段加热箱的功率输出，降低了产品烧结的能耗，从而实现节能的目的；同时各产品排热速率相对一致，很难在窑内形成大的温场差异性，产品的内应力分布均匀性好，有利于基片的平整度；这样即可制造出具有当前国际水平的大规格氧化铝陶瓷基片。

另外，通过外循环线即可用于将推板从窑炉的窑尾自动回送到窑头，无需人工搬动，既减轻了操作人员的劳动强度，又可减少所需人员数量，降低人工成本；且通过自动控制系统对推板驱动装置、外循环线和窑炉的运行节拍、速度、各温区温度、温控组件进行自动控制，实现自动化生产，大大提高生产效率。 

【附图说明】

图1是本实用新型所述一种大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑实施例的结构原理示意框图；

图2是本实用新型所述一种大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑实施例中排胶段的结构示意图；

图3是本实用新型所述一种大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑实施例中升温段和烧结段的宽炉膛结构的结构示意图;

图4是本实用新型所述一种大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑实施例中快速降温段的结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1至图4中所示： 

本实用新型实施列所述的一种大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑，包括有窑炉1、推板（图中并未表示出来）、推板驱动装置2和贯穿整个窑炉1的轨道3。所述窑炉1主要由可形成左右平稳对流气流的有利于大规格基片中央部位有机物裂解挥发的排胶段11、具有适应于大规格基片高温烧结的宽炉膛结构的升温段12和烧结段13、具有合理控制降温和余热利用的快速降温段14组成，所述排胶段11、升温段12、烧结段13和快速降温段14从窑炉1的窑头至窑尾依次连接。

所述排胶段12的一侧设有进风导风板121和加热箱122，另一侧设有导风排风板123；所述进风导风板121一边连接有进风管124，另一边设有进风孔125，所述进风管124的进风口处设有加热箱122；所述导风排风板123一边设有出风孔126，另一边连接有排胶管127和排胶风机（图中未表示出来）；而且进风孔125和出风孔126分别均匀密布地设于进风导风板121和导风排风板123上，并且进风孔125所在的平面和出风孔126所在的平面相互平行。本排胶段12采用在窑内的各温区内左右平行进风、排风设计（即一侧进风，另一侧抽风），在各温区内形成一个相对平稳的气流定向运动，大规格坯片中央部位与周边部位排胶速率接近；这样既满足了产品排胶的工艺要求，又不会让气流紊乱运动而对其他温区的干扰，因气流是左右定向运动，运动路线相对较短，更有利于温区内的温场均匀性，而且通过气流定向运动还可以有效的将坯体排除的有机气体快速排出，进风口源源不断的补充新鲜热空气可以有效的降低温区内的有机气体浓度，更有利于坯体有机物的分解和排出，特别是有利于大规格坯片中央部位的排胶，避免了局部进入更高的温区排胶会导致瓷片开裂的问题。 

所述升温段12和烧结段13的宽炉膛结构包括底板151、立板152、楔形块153和顶板154；所述底板151的上表面安装有轨道3，且位于轨道3的两侧设有立板152；两片立板152的下端与底板151连接固定，上端均设有向里延伸的楔形块153；所述顶板154可膨胀上升和收缩下落地卡在两片立板152的楔形块153上，且顶板154的两端与两个楔形块153之间活动接触连接面为斜面。本升温段12和烧结段13的宽炉膛采用了两楔形块153和一顶板154的三段式窑顶砖设计结构，在此结构中受温度变化的胀、缩影响时，顶板154会在膨胀过程中沿斜面方向上升，收缩时会依靠自身重力沿斜面方向自然下落；这样，三段式窑顶砖设计结构的每一段的尺寸跨度相对于两段式还要小一些，增加了窑材的热荷重，而且还降低了窑材制作的难度，有效地解决了大规格基片宽炉膛结构顶板跨距大易断裂的问题。 

所述快速降温段14采用窑侧多风口排热结构，包括设于所述窑炉1两侧的风口141、引风机（图中未表示出来）和风管142，所述引风机安装在风口141上，所述风管142一端与引风机连接，另一端与排胶段11连接。本快速降温段14采用窑侧多风口排热结构，可将产品和窑材经控温降温段出来后带来的余热在引风机的作用下通过窑炉1两侧风口141相对均匀的排出，排出的热风经风管142引入到排胶段11的进风口，为排胶段11内坯体有机物分解提供热源的高温风，使降温的余热得到利用，有效降低排胶段11加热箱122的功率输出，降低了产品烧结的能耗，从而实现节能的目的；同时，与排胶段11设计原理近似，各产品排热速率相对一致，很难在窑内形成大的温场差异性，产品的内应力分布均匀性好，有利于基片的平整度。当然，风管142的另一端也可直接与外界连接，将余热排至室外。 

另外，大规格基片烧结窑需要更缓慢的排胶、升温、降温，以达到好的产品质量；除了宽炉膛结构外，炉膛也更长，推板及承烧板也更宽、更厚，承载的产品也更重，需要配置的液压推机的推力远远大于中小规格基片烧结窑的推机推力，因此所述推板驱动装置2为大吨位液压推机。 

作为本实用新型一优选实施方案，所述烧结窑还包括有外循环线4，所述外循环线4的两端分别与窑炉1的窑头和窑尾的轨道3连接。这样，即可用于将推板（窑具和所承载产品）从窑炉1的窑尾自动回送到窑头，无需人工搬动，既减轻了操作人员的劳动强度，又可减少所需人员数量，降低人工成本，也为陶瓷基片自动化烧结的实现提供了必要的硬件技术。 

作为本实用新型又一优选实施方案，所述烧结窑还包括有自动控制系统（图中未表示出来），所述自动控制系统与推板驱动装置2和外循环线4，以及所述排胶段11、升温段12、烧结段13和快速降温段14的温控组件（如加热箱122、排胶风机和引风机）导通连接。这样，通过自动控制系统对推板驱动装置2、外循环线4和窑炉1的运行节拍、速度、各温区温度、加热箱122、排胶风机和引风机运行频率等的进行自动控制，实现自动化生产，大大提高生产效率。 

   以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。 

Claims (9)

1.一种大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑，包括有窑炉（1）、推板、推板驱动装置（2）和贯穿整个所述窑炉（1）的轨道（3）；其特征在于：所述窑炉（1）主要由可形成左右平稳对流气流的有利于大规格基片中央部位有机物裂解挥发的排胶段（11）、具有适应于大规格基片高温烧结的宽炉膛结构的升温段（12）和烧结段（13）、具有合理控制降温和余热利用的快速降温段（14）组成，所述排胶段（11）、升温段（12）、烧结段（13）和快速降温段（14）从所述窑炉（1）的窑头至窑尾依次连接。

2.根据权利要求1所述的大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑，其特征在于：所述排胶段（12）的一侧设有进风导风板（121）和加热箱（122），另一侧设有导风排风板（123）；所述进风导风板（121）一边连接有进风管（124），另一边设有进风孔（125），所述进风管（124）的进风口处设有所述加热箱（122）；所述导风排风板（123）一边设有出风孔（126），另一边连接有排胶管（127）和排胶风机。

3.根据权利要求2所述的大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑，其特征在于：所述进风孔（125）和出风孔（126）分别均匀密布地设于所述进风导风板（121）和导风排风板（123）上，且所述进风孔（125）所在的平面和出风孔（126）所在的平面相互平行。

4.根据权利要求1至3中任何一项所述的大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑，其特征在于：所述升温段（12）和烧结段（13）的宽炉膛结构包括底板（151）、立板（152）、楔形块（153）和顶板（154）；所述底板（151）的上表面安装有所述轨道（3），且位于所述轨道（3）的两侧设有所述立板（152）；两片所述立板（152）的下端与所述底板（151）连接固定，上端均设有向里延伸的所述楔形块（153）；所述顶板（154）可膨胀上升和收缩下落地卡在两片所述立板（152）的楔形块（153）上。

5.根据权利要求4所述的大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑，其特征在于：所述顶板（154）的两端与两个所述楔形块（153）之间活动接触连接面为斜面。

6.根据权利要求1至3或5中任何一项所述的大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑，其特征在于：所述快速降温段（14）采用窑侧多风口排热结构，包括设于所述窑炉（1）两侧的风口（141）、引风机和风管（142），所述引风机安装在所述风口（141）上，所述风管（142）一端与所述引风机连接，另一端与所述排胶段（11）的进风口连接。

7.根据权利要求1至3或5中任何一项所述的大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑，其特征在于：所述烧结窑还包括有用于将推板从所述窑炉（1）的窑尾自动回送到窑头的外循环线（4），所述外循环线（4）的两端分别与所述窑炉（1）的窑头和窑尾的所述轨道（3）连接。

8.根据权利要求7所述的大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑，其特征在于：所述烧结窑还包括有自动控制系统，所述自动控制系统与所述推板驱动装置（2）和外循环线（4），以及所述排胶段（11）、升温段（12）、烧结段（13）和快速降温段（14）的温控组件导通连接。

9.根据权利要求1至3或5或8中任何一项所述的大规格氧化铝陶瓷基片烧结窑，其特征在于：所述推板驱动装置（2）为大吨位液压推机。

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