TWI589547B - 低氧熱氣系統及熱處理方法 - Google Patents

Description

低氧熱氣系統及熱處理方法

本發明係有關於一種低氧熱氣系統及熱處理方法，特別是有關於一種能降低製程成本、減少空氣汙染的低氧熱氣系統及熱處理方法。

由於近年來電子產品的發展朝向輕薄短小、低耗能的趨勢，使得電子元件也面臨體積縮減的壓力，電極的排列就朝向立體化發展，將導體與介電層交錯地印刷在薄片上，隨著堆疊數增加，就可以把很大的電極面積放進一個外觀很小的元件，像是積層陶瓷電阻、積層陶瓷電容及積層陶瓷電感等元件，如今表面接合式的積層陶瓷電子元件已漸漸取代插件型的電子元件，扮演著促進電子產品蓬勃發展的重要角色。

請參閱第1圖，第1圖係積層陶瓷元件製程的流程圖，首先在步驟S1中，使用球磨機將陶瓷粉末與有機溶劑充分混合，製成絕緣基材所需漿料，在步驟S2中，使用薄帶成型機將漿料烘乾並製成陶瓷薄帶，在步驟S3中，透過網印技術，使用導體油墨將電路印刷在陶瓷薄帶上形成內電極，其中導體油墨包含了導電粒子、樹脂、溶劑和少許的玻璃粉，而導電粒子通常是卑金屬(鎳、銅)或貴金屬(銀、鈀)，在步驟S4中，將印上內電極的陶瓷薄帶一層一層的堆疊起來形成積層結構，在步驟S5中，可使用像液壓機等機器，把積層結構的陶瓷薄帶壓合，在步驟S6中，將壓合後的積層陶瓷切割成一顆顆的陶瓷粒，該陶瓷立即為生胚晶粒，在步驟S7中，經 過50~400℃的燒除熱處理，去除生胚晶粒中大部分的有機物，在步驟S8中，再使用50~1300℃的燒結熱處理，去除生胚晶粒中的焦炭，使之更為緻密，而在熱處理過程中，導電油墨中的溶劑會揮發、樹脂會氧化，剩下的少許玻璃會將導電粒子彼此黏結形成導電通路，在步驟S9中，使用離心研磨機將元件半成品的邊角去銳利化，以利於在兩端沾上導體，在步驟S10中，在兩端沾上導體形成端電極，其中該導體通常是卑金屬(鎳、銅)或貴金屬(銀、鈀)，在步驟S11中，經過50~800℃的燒附熱處理，使端電極更為緻密且與內電極形成良好的連接，在步驟S12中，分別電鍍上鎳、錫，使元件有焊性，在步驟S13中，用電子元件測試機量測及篩選符合規格的積層陶瓷元件，最後在步驟S14中，將一顆顆的積層陶瓷元件包裝於紙帶內。

在上述積層陶瓷元件的製程中，共有三個熱處理步驟(即步驟S7的燒除、步驟S8的燒結、及步驟S9的燒附)，其所需要的熱源，傳統使用的是電熱，通常印刷電路使用的導體為貴金屬(銀、鈀)，因為貴金屬具有不易氧化的特性，在經過高溫燒結後，貴金屬仍能保有良好的導電性，然而使用貴金屬的成本太高，因此在導體的選擇上，趨向使用便宜的卑金屬(鎳、銅)來取代昂貴的貴金屬(銀、鈀)，不過這樣一來，又面臨卑金屬(鎳、銅)在熱處理的過程中容易氧化的問題，於是透過在熱處理時通入氮氣及控制氧氣含量來解決容易氧化的問題，但此解決方式又需要額外的氣體費用，綜上所述，在積層陶瓷元件製程中，有很多的熱處理需要電以供熱源，同時需要通入氮氣以改善品質問題，以致其生產成本偏高。

除此之外，在積層陶瓷元件製程中，會將製造陶瓷薄帶(步驟S2)時所產生的酒精、甲苯等有機溶劑及熱處理時有機物裂解的廢氣排放到空氣中，造成環境汙染。

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種低氧熱氣系統，可以燃燒有機燃料以產生低含氧量的熱氣，藉此應用在需要不利於氧化的熱處理製程中，更可回收使用製程中所排放的有機溶劑及廢氣，以降低其生產成本，同時減少環境汙染。

本發明的低氧熱氣系統的一較佳實施例包括一熱處理爐體、一燃燒機、一燃燒室、一燃料管以及一空氣風管。該熱處理爐體內放置待熱處理之生胚晶粒或已沾上端電極的晶粒，燃燒機燃燒有機燃料以產生熱處理所使用的熱氣，燃燒室接收該燃燒機產生的該熱氣並通入該熱處理爐體以對該生胚晶粒或已沾上端電極之晶粒進形熱處理，燃料管連接於該燃燒機，以提供該有機燃料至該燃燒機，空氣風管連接於該燃燒機，以提供助燃空氣至該燃燒機。

在另一實施例中，通入該熱處理爐體的該熱氣氧氣含量為0.5~10%。

在另一實施例中，該熱氣在通入該熱處理爐體前，先在該燃燒室降溫至300~600℃。

在另一實施例中，該燃燒室設置在該熱處理爐體內。

在另一實施例中，本發明之低氧熱氣系統還可包括一電熱設備，利用該電熱設備產生的熱量加熱該熱氣。

在另一實施例中，本發明之低氧熱氣系統更可包括一有機溶劑廢氣風管，連接於該燃燒機，用於回收薄帶成型機排放的有機溶劑廢氣，並作為燃料導入該燃燒機。

在另一實施例中，本發明之低氧熱氣系統更可包括一熱處理廢氣風管，連接該燃燒室以及該熱處理爐體，將在該熱處理爐體內產生廢氣導入該燃燒室。

本發明同時提供一種熱處理方法，包括以下步驟：燃燒有機燃料以得到氧氣含量為0.5~10%的熱氣；利用該熱氣對生胚晶粒或已沾上端電極之晶粒進行熱處理。

在另一實施例中，更包括將該熱處理所產生的廢氣回收加以燃燒，然後將燃燒得到的氣體加入該熱氣以降溫該熱氣，再利用降溫後的該熱氣對該生胚晶粒或已沾上端電極之晶粒進行熱處理之步驟。

在另一實施例中，更包括將積層陶瓷元件之薄帶成型製程所產生的有機溶劑廢氣加入該有機燃料一起燃燒之步驟。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出實施例並配合所附圖式作詳細說明。

1‧‧‧低氧熱氣系統

10‧‧‧燃燒機

11‧‧‧火焰

20‧‧‧燃燒室

30‧‧‧熱處理廢氣風管

40‧‧‧燃料管

50‧‧‧空氣風管

51‧‧‧薄帶成型機

52‧‧‧控制空氣壓力裝置

53‧‧‧控制空氣流量裝置

55‧‧‧有機溶劑廢氣風管

60‧‧‧熱處理爐體

第1圖係習知積層陶瓷元件製程之流程圖。

第2圖係本發明低氧熱氣系統之其中一實施例之示意圖。

第3圖係依據本發明低氧熱氣系統之其中一實施例之薄帶成型製程中有機溶劑廢氣的回收之示意圖。

本發明之低氧熱氣系統可應用在積層陶瓷元件製程中，藉由燃燒有機燃料後產生氧氣比例低的氣體及熱量，該熱量可取代電熱成為熱處理的熱源，而該氣體為有機燃料與空氣燃燒後的產物包含二氧化碳及水，再加上元空氣中所含的氮氣，能取代先前技術所使用的氮氣通入熱處理爐體，達到低含氧量的需求，同時降低生產成本。

請參閱第2圖，第2圖係本發明之低氧熱氣系統之一實施例，本發明之低氧熱氣系統1包括一熱處理爐體60、一燃燒機10、一燃燒 室20、一燃料管40以及一空氣風管50，於本實施例中，低氧熱氣系統1應用在積層陶瓷元件製程中，以提供熱處理製程所需氣源。

各部件作用詳述如下：本發明熱處理爐體60可用來進行前面第1圖中步驟S7燒除、步驟S8燒結、或步驟S11燒附，在熱處理爐體60內放置待熱處理之生胚晶粒或已沾上端電極的晶粒，燃燒機10用於燃燒有機燃料以產生熱處理所使用的熱氣，燃料管40輸送有機燃料至燃燒機10，空氣風管50輸送助燃空氣至燃燒機10，燃燒機10噴出的熱氣氣溫大於1200℃，先通入燃燒室20並降溫至300~600℃，再作為熱處理製程之氣源通入熱處理爐體60，其中該氣源之溫度可再依不同的熱處理溫度需求做調整。

燃料管40更可連接一控制燃料壓力裝置及一控制燃料流量裝置(未繪示)，可穩定提供燃料及準確調整燃料流量。

燃燒室20也可設置在熱處理爐體60內部。

燃燒機10包括一預混器及一燃燒噴頭，可讓有機燃料能安全的完全燃燒，其中有機燃料來源可使用有機燃料管線或有機燃料桶，該有機燃料包括天然氣(CH₄)、液化石油氣(C₂H₆、C₃H₈)及汽油(C₈H₁₈)。

前述有機燃料，燃燒後可產生氧氣含量0.5~10%的高溫熱氣通入熱處理爐體，能取代電熱且不須另外通入氮氣，更能減少電費及氣體成本，其中，燃燒天然氣(CH₄)時，其化學反應式如下：CH₄+2O₂+8N₂→CO₂+2H₂O+8N₂+熱量，而燃燒液化石油氣(C₂H₆、C₃H₈)時，其化學反應式如下：2C₂H₆+7O₂+28N₂→4CO₂+6H₂O+28N₂+熱量及C₃H₈+7O₂+28N₂→3CO₂+4H₂O+28N₂+熱量，而燃燒汽油(C₈H₁₈)時，其化學反應式如下： 2C₈H₁₈+25O₂+100N₂→16CO₂+18H₂O+100N₂+熱量。

熱處理爐體60可為燒除爐、燒結爐及燒附爐三種，其中，當熱處理爐體60為燒除爐，該熱處理之溫度範圍為50~400℃，當熱處理爐體60為燒結爐，該熱處理之溫度範圍為50~1300℃，當熱處理爐體60為燒附爐，該熱處理之溫度範圍為50~800℃。

請參閱第2、3圖，本發明之低氧熱氣系統1更可包括一有機溶劑廢氣風管55，用於回收製造陶瓷薄帶時，薄帶成型機51排放的有機溶劑廢氣，並作為燃料輸送至燃燒機10，降低燃料成本，同時減少陶瓷薄帶成型(第1圖步驟S2)時所產生的空氣汙染，其中，有機溶劑廢氣包括酒精(C₂H₅OH)及甲苯(C₆H₅CH₃)。

燃燒酒精(C₂H₅OH)及甲苯(C₆H₅CH₃)的化學反應式如下：C₂H₅OH+3O₂+12N₂→2CO₂+3H₂O+12N₂+熱量及C₆H₅CH₃+9O₂+36N₂→7CO₂+4H₂O+36N₂+熱量

如第3圖所示，有機溶劑廢氣風管55更可連接一控制空氣壓力裝置52及一控制空氣流量裝置53，可穩定提供空氣及準確調整空氣流量。

請再參閱第2圖，本發明之低氧熱氣系統1更可包括一熱處理廢氣風管30，燃燒室20可經由熱處理廢氣風管30回收熱處理製程產生的熱處理廢氣，部分廢氣在燃燒室20中燃燒，可幫助燃燒機10噴出的熱氣氣溫(>1200℃)降溫至300~600℃，以防止設備金屬軟化，同時幫助燃燒，降低能量及廢氣處理成本，其中，熱處理廢氣可包括烷類氣體(如CH₄、C₂H₆、C₃H₈等)、焦油(醋酸(CH₃COOH)及更多碳的有機物)，若燃燒不完全，還可包括未燃燒的瓦斯、一氧化碳(CO)。

熱處理廢氣風管30更可連接一控制空氣壓力裝置及一控制空氣流量裝置(未繪示)，可穩定提供空氣及準確調整空氣流量。

又於另一實施例中，本發明之低氧熱氣系統1還可包括一氧氣及溫度偵測裝置(未繪示)，偵測熱處理爐體60內部氧氣含量及溫度，作為回饋以控制氣體流量。

再於另一實施例中，本發明之低氧熱氣系統1還可包括一電熱設備(未繪示)，加熱熱氣，其中熱處理製程所需熱源，可單獨使用燃燒有機燃料產生的熱量，也可包含該電熱設備產生的熱量。

發明之低氧熱氣系統可精準控制有機燃料和空氣流量，燃燒後可產生低氧含量的熱氣，並應用在積層陶瓷元件的熱處理和其他需要低氧熱氣的製程，再者，可使用製程中排放的溶劑廢氣和有機物裂解廢氣，將廢氣當成燃料燃燒，降低燃料成本，同時減少環境汙染。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何於其所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，仍可作些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧低氧熱氣系統

10‧‧‧燃燒機

11‧‧‧火焰

20‧‧‧燃燒室

30‧‧‧熱處理廢氣風管

40‧‧‧燃料管

50‧‧‧空氣風管

55‧‧‧有機溶劑廢氣風管

60‧‧‧熱處理爐體

Claims (10)

1. 一種低氧熱氣系統，包括：一熱處理爐體，該熱處理爐體內放置待熱處理之生胚晶粒或已沾上端電極之晶粒；一燃燒機，燃燒有機燃料以產生熱處理所使用的熱氣；一燃燒室，接收該燃燒機產生的該熱氣，再通入該熱處理爐體，以對該生胚晶粒或已沾上端電極之晶粒進行熱處理；一燃料管，連接於該燃燒機，以提供該有機燃料至該燃燒機；以及一空氣風管，連接於該燃燒機，以提供助燃空氣至該燃燒機。
2. 如申請專利範圍第1項所述之低氧熱氣系統，其中通入該熱處理爐體的該熱氣氧氣含量為0.5~10%。
3. 如申請專利範圍第1項所述之低氧熱氣系統，其中該熱氣在通入該熱處理爐體前，先在該燃燒室降溫至300~600℃。
4. 如申請專利範圍第1項所述之低氧熱氣系統，其中該燃燒室設置在該熱處理爐體內。
5. 如申請專利範圍第1項所述之低氧熱氣系統，其更包括一電熱設備，加熱該熱氣。
6. 如申請專利範圍第1項所述之低氧熱氣系統，更包括一有機溶劑廢氣風管，連接於該燃燒機，將薄帶成型機排放的有機溶劑廢氣，導入該燃燒機。
7. 如申請專利範圍第1項所述之低氧熱氣系統，更可包括一熱處理廢氣風管，連接該燃燒室以及該熱處理爐體，將在該熱處理爐體內產生的廢氣導入該燃燒室。
8. 一種熱處理方法，包括： 燃燒有機燃料以得到氧氣含量為0.5~10%的熱氣；利用該熱氣對生胚晶粒或已沾上端電極之晶粒進行熱處理。
9. 如申請專利範圍第8項所述的熱處理方法，更包括將該熱處理所產生的廢氣回收加以燃燒，然後將燃燒得到的氣體加入該熱氣以降溫該熱氣，再利用降溫後的該熱氣對該生胚晶粒或已沾上端電極之晶粒進行熱處理。
10. 如申請專利範圍第8項所述的熱處理方法，更包括將積層陶瓷元件之薄帶成型製程所產生的有機溶劑廢氣加入該有機燃料一起燃燒。