DE102013102797A1 - Tunnel furnace for heat treatment of material to be treated, has transport element lubricants and turnable and/or transferable stocks or supporting items or rolling elements are provided between carrier and furnace main portion - Google Patents
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- H01L21/6776—Continuous loading and unloading into and out of a processing chamber, e.g. transporting belts within processing chambers
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Tunnelofen gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 oder 13.The invention relates to a tunnel kiln according to the preamble of
Bekannt ist das sogenannten „DCB-Verfahrens” (Direct-Copper-Bond-Technology) beispielsweise zum Verbinden von Metallschichten oder -blechen (z. B. Kupferblechen oder -folien) mit einander und/oder mit Keramik oder Keramikschichten, und zwar unter Verwendung von Metallblechen oder -folien, insbesondere auch solchen aus Kupfer oder Kupferlegierungen, die an ihren Oberflächenseiten eine Schicht oder einen Überzug aus einer chemischen Verbindung aus dem Metall und einem reaktiven Gas, bevorzugt Sauerstoff aufweisen. Bei diesem beispielsweise in der
Dieses DCB-Verfahren weist dann z. B. folgende Verfahrensschritte auf:
- • Oxidieren einer Metallfolie, z. B. Kupferfolie derart, das sich eine gleichmäßige Metall- oder Kupferoxidschicht ergibt;
- • Auflegen der Metallfolie, beispielsweise Kupferfolie auf die Keramikschicht;
- • Erhitzen des Verbundes auf eine Prozesstemperatur zwischen etwa 1025 bis 1083°C, z. B. auf ca. 1071°C;
- • Abkühlen auf Raumtemperatur.
- • Oxidizing a metal foil, eg. B. copper foil such that gives a uniform metal or copper oxide layer;
- • placing the metal foil, for example copper foil on the ceramic layer;
- • Heating the composite to a process temperature between about 1025 to 1083 ° C, z. B. to about 1071 ° C;
- • Cool to room temperature.
Substrate, die nach diesem Verfahren (nachstehend auch als „DCB-Bonden” bezeichnet) hergestellt wurden, werden nachfolgend als „DCB-Substrate” bezeichnet, und zwar unabhängig von dem für die Metallschichten oder -folien verwendeten Metall. Das Verfahren selbst wird nachfolgend als „DCB-Bonden” bezeichnet, und zwar unabhängig von dem für die Metallschichten oder -folien verwendeten Metall.Substrates prepared by this method (hereinafter also referred to as "DCB bonding") are hereinafter referred to as "DCB substrates", regardless of the metal used for the metal layers or foils. The process itself is hereinafter referred to as "DCB bonding", regardless of the metal used for the metal layers or foils.
Bekannt ist weiterhin das sogenannte Aktivlot-Verfahren (
Insbesondere für das Herstellen von Mehrschicht-Produkten bzw. für das dabei notwendige DCB-Bonden von Metall auf Metall und/oder Metall auf Keramik, aber auch für das Aktivlöten von Metall auf Keramik sowie zum Einbrennen von Dickfilm- oder Metalldickfilmpasten auf Substraten, insbesondere Keramiksubstraten werden üblicherweise Tunnelöfen verwendet. Dies umfassen u. a. ein einen langgestreckten tunnelartigen Ofenraum bildendes Ofengehäuse (auch Muffel genannt) sowie einen Transporteur mit einem Transportelement in Form eines flexiblen und hitzebeständigen Transportbandes zum transportieren des Behandlungsgutes durch den mit wenigstens einer Heizeinrichtung beheizten Ofenraum aufweisen. Das Transportband, welches aus einem hochtemperaturfesten metallischen Material besteht, bildet eine in sich geschlossene und umlaufend angetriebene Schlaufe und ist mit einer beispielsweise oberen Schlaufenlänge durch den Ofenraum hindurchgeführt und liegt mit dieser Schlaufenlänge gleitend auf innerhalb des Ofenraumes vorgesehenen Führungen auf. Der Antrieb des Transportbandes erfolgt derart, dass dieses mit seiner oberen Schlaufenlänge durch den Ofenraum gezogen wird. Hierbei wirken auf das Transportband allein schon zur Überwindung der Gleitreibung zwischen Transportband und Gleitführung erhebliche Zugkräfte ein. Diese führen u. a. zu einer ständigen Verlängerung oder Längung des Transportbandes, und zwar bei gleichzeitiger Verringerung der Breite dieses Bandes. Aus diesem Grund ist bei bekannten Tunnelöfen, insbesondere auch bei solchen, die für das DCB-Bonden oder Aktivlöten oder zum Einbrennen von Dickfilm- oder Metalldickfilmpasten verwendet werden, für das Transportband nur eine relativ kurze Standzeit erreichbar, d. h. es ist ein relativ häufiger Wechsel des Transportbandes erforderlich, was nicht nur durch den eigentlichen Austausch des Transportbandes, sondern auch durch die für das Abkühlen und wieder Aufheizen des Tunnelofens sowie für die Wiedereinstellung der benötigten Tunnelofenatmosphäre einen erheblichen Produktionsstillstand bedeutet. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass speziell auch für das DCB-Bonden, Aktivlöten und Einbrennen von Dickfilm- oder Metalldickfilmpasten im Tunnelraum eine Schutzgasatmosphäre mit einem exakt eingestellten Sauerstoffanteil erforderlich ist, um die jeweilige Behandlung, d. h. das Bonden zu erreichen, insbesondere auch mit der angestrebten Qualität. Ein weiterer wesentlicher Nachteil bekannter Tunnelöfen besteht darin, dass durch die Gleitreibung zwischen dem Transportband und den Führungen des Tunnelofens sich eine nicht unerhebliche Belastung des Ofeninnenraumes und damit der dortigen Atmosphäre durch Abrieb erzeugter Partikel ergibt.In particular, for the production of multi-layer products or for the necessary DCB bonding of metal to metal and / or metal on ceramics, but also for the active soldering of metal on ceramic as well as for burning thick film or metal thick film pastes on substrates, in particular ceramic substrates usually tunnel ovens are used. These include, inter alia, an oven housing (also called a muffle) forming an elongated tunnel-like oven space and a conveyor having a transport element in the form of a flexible and heat-resistant conveyor belt for transporting the material to be treated through the furnace space heated by at least one heating device. The conveyor belt, which consists of a high-temperature-resistant metallic material, forms a self-contained and circumferentially driven loop and is passed with an example upper loop length through the furnace chamber and lies with this loop length slidably provided on within the furnace chamber guides. The drive of the conveyor belt is such that it is pulled with its upper loop length through the furnace chamber. In this case, considerable tensile forces act on the conveyor belt alone to overcome the sliding friction between conveyor belt and sliding guide. These lead inter alia to a continuous extension or elongation of the conveyor belt, while reducing the width of this band. For this reason, in known tunnel ovens, especially those used for DCB bonding or active soldering or for burning thick film or metal thick film pastes, for the conveyor belt only a relatively short life can be achieved, ie it is a relatively frequent change of Conveyor belt required, which means not only by the actual replacement of the conveyor belt, but also by the cooling and reheating of the tunnel kiln and for the reinstatement of the required tunnel kiln atmosphere a significant production downtime. It should be noted that especially for the DCB bonding, active soldering and burning of Dickfilm- or Metalldickfilmpasten in the tunnel room, a protective gas atmosphere with a precisely adjusted oxygen content is required to achieve the respective treatment, ie the bonding, especially with the desired Quality. One Another major disadvantage of known tunnel kilns is that due to the sliding friction between the conveyor belt and the guides of the tunnel kiln results in a significant burden of the furnace interior and thus the local atmosphere caused by abrasion particles.
Bekannt ist ein Transportsystem bzw. ein Transporteur für Tunnelöfen (
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Tunnelofen aufzuzeigen, der die vorgenannten Nachteile vermeidet und insbesondere auch für das „Hochtemperatur-Bonden” von Mehrschichtprodukten geeignet ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Tunnelofen entsprechend dem Patentanspruch 1 oder 13 ausgebildet.The object of the invention is to show a tunnel furnace, which avoids the aforementioned disadvantages and is particularly suitable for the "high-temperature bonding" of multi-layer products. To solve this problem, a tunnel furnace according to the
Der Ausdruck „im Wesentlichen” bzw. „etwa” bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.The expression "essentially" or "approximately" in the sense of the invention means deviations from the exact value by +/- 10%, preferably by +/- 5% and / or deviations in the form of changes that are insignificant for the function.
„Hochtemperatur-Bonden” bedeutet im Sinne der Erfindung ein Bonden oder Verbinden bei hoher Temperatur, d. h. bei einer Temperatur über 600°C."High-temperature bonding" in the context of the invention means a bonding or bonding at high temperature, d. H. at a temperature above 600 ° C.
„Mehrschichtprodukte” sind im Sinne der Erfindung solche Produkte, die aus wenigstens einem ersten Element aus Metall oder Keramik, beispielsweise in Form einer Metall- oder Keramikschicht oder Metall- oder Keramikplatte, und aus wenigsten einem zweiten Element aus Metall, beispielsweise in Form einer Metallschicht oder Metallplatte bestehen, wobei diese Elemente durch Hochtemperatur-Bonden mit einander verbunden sind."Multilayer products" in the sense of the invention are those products which consist of at least one first element made of metal or ceramic, for example in the form of a metal or ceramic layer or metal or ceramic plate, and at least one second element made of metal, for example in the form of a metal layer or metal plate, wherein these elements are connected by high-temperature bonding with each other.
„Vollflächige oder im Wesentlichen vollflächige Auflage” bedeutet im Sinne der Erfindung, dass das jeweilige Behandlungsgut mit seiner dem Transportelement unmittelbar benachbarten Seite vollflächig oder im Wesentlichen vollflächig auf dem Transportelement aufliegt."Full-surface or essentially full-surface support" in the sense of the invention means that the respective item to be treated, with its side immediately adjacent to the transport element, rests on the transport element over the entire surface or essentially over the entire surface.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Tunnelofen beispielsweise so ausgebildet,
dass das Ofengehäuse den wenigstens einen Ofenraum zumindest an sämtlichen, sich in Transportrichtung erstreckenden Umfangsseiten gasdicht zu einer Umgebung hin verschließt,
und/oder
dass der Tunnelofen für ein DCB-Bonden von Metall mit Metall, beispielsweise von Metall- oder Kupferfolien mit Metall- oder Kupferfolien, oder für ein DCB-Bonden oder Aktivlöten von Metall mit Keramik, beispielsweise von Metall- oder Kupferfolien mit Keramik oder für das Einbrennen von Dickfilm- oder Metalldickfilmpasten ausgebildet ist,
und/oder
dass die Wälzkörper sowie vorzugsweise auch Lager und/oder Lagerwälzkörper und/oder Führungen für die Wälzkörper und/oder Lagerwälzkörper aus keramischem Werkstoff bestehen,
und/oder
dass die Transportelementgleitmittel von einer Vielzahl von Wälzkörpern in Form von Walzen gebildet sind, die in Transportrichtung aufeinander folgend eine Walzen- oder Rollenbahn für den Transporteur oder für das wenigstens eine Transportelement bilden,
und/oder
dass die Rollen oder Walzen aus dem keramischen Werkstoff in dem wenigstens einen Ofenraum an ebenfalls in dem wenigstens einen Ofenraum angeordneten Lagern, vorzugsweise mit Wälz- oder Kugellagern aus dem keramischen Werkstoff frei drehbar gelagert sind,
und/oder
dass die Wälz- oder Kugellager Lagerwälzkörper aufweisen, die unmittelbar gegen von den Walzen gebildete Lager- oder Laufflächen anliegen,
und/oder
dass die Wälz- oder Kugellager Lagerwälzkörper aufweisen, die frei, d. h. ohne einen Kugel- oder Wälzkörperkäfig zwischen der jeweiligen Walze und einer Lager- oder Lauffläche eines Lagerkörpers angeordnet sind,
und/oder
dass die Transportelementgleitmittel, insbesondere die Rollenbahn aus mehreren in Transportrichtung des Transporteurs an einander anschließenden Segmenten besteht, von denen jedes mehrere Wälzkörper, vorzugsweise Walzen und zugehörigen Lager mit Lagerwälzkörpern aufweist,
und/oder
dass die an zwei gegenüber liegenden Seiten eines Segments angeordneten Lagerkörper durch wenigstens eine vorzugsweise lösbare Halteklammer mit einander verbunden sind,
und/oder
dass die Transportelementgleitmittel von Rollen oder Walzen gebildet sind, die am Transporteur oder an dessen Transportelementen frei drehbar gelagert sind, und dass die Walzen oder Rollen aus dem keramischen Werkstoff bestehen und vorzugsweise mit ebenfalls aus dem keramischen Werkstoff gefertigten Führungen des Tunnelofens zusammenwirken,
und/oder
dass die Transportelemente Gleitmittel in Kugelführungen geführte Kugeln sind, auf denen sich der Transporteur oder das wenigstens eine Transportelement abstützt, und dass die Kugeln sowie vorzugsweise auch die Kugelführungen aus dem keramischen Werkstoff bestehen,
und/oder
dass Düsenöffnungen zum Einbringen eines gasförmigen Mediums vorgesehen sind, beispielsweise in Form eines Schutzgases und/oder in Form von Sauerstoff, in den wenigstens einen Ofenraum, wobei die Düsenöffnungen zumindest zum Teil an Führungen für die Transportelementgleitmittel bildenden Verteilerrohren, beispielsweise an die Kugelführungen bildenden Verteilerrohren vorgesehen sind,
und/oder
dass das Transportelement ein Transportband ist, welches eine in sich geschlossene und umlaufend antreibbare Schlaufe bildet und mit einer Schlaufenlänge durch den wenigstens einen Tunnelraum hindurchreicht,
und/oder
dass der Transporteur von mehreren aneinander anschließenden Transportelementen oder Aufnahmen gebildet ist, dass die Aufnahmen als nicht miteinander verbundene Einzelelemente von einem Tunnelofeneinlass an einen Tunnelofenauslass bewegt und vom Tunnelofenauslass an den Tunnelofeneinlass zurückgeführt werden, oder dass die Aufnahmen kettengliederartig miteinander zu einem umlaufenden Transportelement miteinander verbunden sind,
und/oder
dass die mit dem Transporteur oder mit dessen Transportelementen oder Aufnahmen von einem Tunnelofeneinlass an einen Tunnelofenauslass in den Kugelbahnen mitgeführten Kugeln von dem Tunnelofenauslass an den Tunnelofeneinlass zurückgeführt werden,
und/oder
dass die Düsen an wenigstens einem Verteilerrohr aus einem keramischen Werkstoff vorgesehen sind,
und/oder
dass der keramische Werkstoff Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid ist, wobei die vorgenannten Merkmale jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination verwendet sein können.In a further development of the invention, the tunnel kiln, for example, is designed
the furnace housing seals the at least one furnace chamber in a gastight manner towards an environment at least at all circumferential sides extending in the transport direction,
and or
that the tunnel kiln for a DCB bonding of metal to metal, for example, metal or copper foils with metal or copper foils, or for a DCB bonding or active brazing of metal with ceramic, for example, metal or copper foils with ceramic or for baking is formed by thick-film or metal thick-film pastes,
and or
that the rolling elements and preferably also bearings and / or Lagerwälzkörper and / or guides for the rolling elements and / or Lagerwälzkörper consist of ceramic material,
and or
that the transport element sliding means are formed by a plurality of rolling elements in the form of rollers, which in the transport direction successively form a roller or roller track for the conveyor or for the at least one transport element,
and or
the rollers or rollers made of the ceramic material are freely rotatably mounted in the at least one furnace chamber on bearings likewise arranged in the at least one furnace chamber, preferably with rolling or ball bearings made of the ceramic material,
and or
that the rolling or ball bearings have bearing rolling bodies which bear directly against bearing or running surfaces formed by the rollers,
and or
that the rolling or ball bearings have bearing rolling bodies which are arranged freely, ie without a ball or roller cage between the respective roller and a bearing or running surface of a bearing body,
and or
that the transport element sliding means, in particular the roller conveyor, consists of a plurality of segments adjoining one another in the transport direction of the conveyor, each of which has a plurality of rolling elements, preferably rollers and associated bearings with bearing rolling elements,
and or
the bearing bodies arranged on two opposite sides of a segment are connected to one another by at least one preferably releasable retaining clip,
and or
that the Transportelementgleitmittel are formed by rollers or rollers which are freely rotatably mounted on the conveyor or on its transport elements, and that the rollers or rollers made of the ceramic material and preferably with also made of the ceramic material guides of the tunnel kiln,
and or
that the transport elements are lubricants guided in ball guides balls, on which the feed dog or the at least one transport element is supported, and that the balls and preferably also the ball guides are made of the ceramic material,
and or
that nozzle openings are provided for introducing a gaseous medium, for example in the form of an inert gas and / or in the form of oxygen, into the at least one furnace chamber, wherein the nozzle openings are provided at least partially on guides for the transport element sliding means forming manifolds, for example on the ball guides forming manifolds are,
and or
that the transport element is a conveyor belt, which forms a self-contained loop which can be driven in rotation and passes through the at least one tunnel space with a loop length,
and or
the conveyor is formed by a plurality of adjoining transport elements or receptacles such that the receptacles are moved as non-interconnected individual elements from a tunnel oven inlet to a tunnel oven outlet and returned from the tunnel oven outlet to the tunnel oven inlet, or the receptacles are connected to one another in a chain-link fashion to form a circulating transport element .
and or
in that the balls carried along with the transporter or with its transport elements or receptacles from a tunnel kiln inlet to a tunnel kiln outlet in the ball tracks are returned from the tunnel kiln outlet to the tunnel kiln inlet,
and or
that the nozzles are provided on at least one distributor tube of a ceramic material,
and or
the ceramic material is silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, it being possible for the abovementioned features to be used individually or in any desired combination.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.Further developments, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and from the figures. In this case, all described and / or illustrated features alone or in any combination are fundamentally the subject of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency. Also, the content of the claims is made an integral part of the description.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the figures of exemplary embodiments. Show it:
In den Figuren ist
Zur Herstellung des Produktes
Das Transportelement
Durch einen geeigneten Antrieb wird das Transportband
In den Ofenraum
Zur Unterstützung der oberen Schlaufenlänge
Die obere Schlaufenlänge
Zur Lagerung der Walzen
Die obere Schlaufenlänge
Die
Die
Das Behandlungsgut wird am Einlass
Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, die Transportstrecke
Die Rollen
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass die Aufnahmen
Die
Zum Behandeln des Behandlungsgutes
Entsprechend der
Zumindest die Kugeln
Die
Die
Die Walzen
Da die Lagerfläche
Eine weitere Besonderheit der Rollenbahn
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass die von den Segmenten
Behandlungsgut
Als hitzebeständiger und auch mechanisch hochfester keramischer Werkstoff, d. h. als keramischer Werkstoff, welcher nicht nur bei der maximalen Behandlungstemperatur stabil ist, sondern bei dieser Temperatur auch die erforderliche mechanische Festigkeit aufweist, eignet sich bei sämtlichen vorbeschriebenen Ausführungsformen vorzugsweise eine Keramik mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, beispielsweise wenigstens eine Keramik aus der Gruppe SiC, Si3N4, Al2O3, AlN, BN, B4C, B-SiC, Si-SiC, N-SiC und/oder Mullit. Dieser keramische Werkstoff ist insbesondere für die Walzen
Allen Ausführungen ist aber gemeinsam, dass das Transportelement eine ebene oder im Wesentlichen ebene und/oder vollflächige oder im Wesentlichen vollflächige Auflage für das Behandlungsgut
Die Erfindung wurde voranstehend an verschiedenen Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich, dass weitere Änderungen und Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.The invention has been described above in various embodiments. It is understood that further changes and modifications are possible without thereby departing from the inventive concept underlying the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Produktproduct
- 1.11.1
- Behandlungsguttreated
- 22
- Keramikceramics
- 33
- Metallfoliemetal foil
- 4, 4a, 4b, 4c4, 4a, 4b, 4c
- Tunnelofentunnel kiln
- 4.1, 4a.1, 4b.14.1, 4a.1, 4b.1
- Einlassinlet
- 4.2, 4a.2, 4b.24.2, 4a.2, 4b.2
- Auslassoutlet
- 55
- Ofengehäusen oder MuffelOven casings or muffle
- 5.15.1
- Ofenraumfurnace
- 6, 6a, 6b, 6c, 6d6, 6a, 6b, 6c, 6d
- Transportstrecketransport distance
- 7, 87, 8
- Umlenkungredirection
- 9, 9a, 9b9, 9a, 9b
- Transportelementtransport element
- 9.19.1
-
obere Schlaufenlänge des Transportelementes
9 upper loop length of thetransport element 9 - 1010
- Heizeinrichtungheater
- 11, 11c11, 11c
- Rollenbahnroller conveyor
- 11.1, 11c.111.1, 11c.1
- Walzeroller
- 11c.1.111c.1.1
- Walzenenderoll end
- 1212
- Maschinengestellmachine frame
- 13, 13a13, 13a
- Kugellagerball-bearing
- 13.1, 13.213.1, 13.2
- Lagerringbearing ring
- 13.313.3
- KugelBullet
- 1414
- Düsejet
- 1515
- Aufnahmeadmission
- 1616
- Rollerole
- 17 17
- Führungguide
- 1818
- Antriebdrive
- 1919
- Transportstrecketransport distance
- 2020
- geschützter Raumprotected space
- 2121
- KugelBullet
- 2222
- Kugelführungball guide
- 2323
- Aufnahmeadmission
- 2424
- Antriebdrive
- 2525
- Transportstrecketransport distance
- 2626
- Rohrpipe
- 26.126.1
- Düsenöffnungnozzle opening
- 2727
- Maschinenrahmenmachine frame
- 2828
- Zwischenraumgap
- 2929
- Rohrpipe
- 29.129.1
- Düsenöffnungnozzle opening
- 3030
- DruckgaspolsterPressure gas cushion
- 3131
- Lagerkörperbearing body
- 3232
- Lagercamp
- 3333
- Lagerwälzkörperbearing roller
- 34, 3534, 35
- Lagerflächestorage area
- 3636
- Ausnehmung oder LageröffnungRecess or bearing opening
- 3737
- Segmentsegment
- 3838
- Halteelement oder MontagehilfeRetaining element or mounting aid
- 38.138.1
- Abschnitt der HalteklammerSection of the retaining clip
- 3939
- ofenseitiges Abstützelementoven-side support element
- 4040
- Transportelement oder AufnahmeTransport element or recording
- 4141
- TrennschichtInterface
- A, A'A, A '
- Transportrichtungtransport direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 2319854 [0002] DE 2319854 [0002]
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- EP 153618 A [0005] EP 153618 A [0005]
- DE 202010014461 U1 [0007] DE 202010014461 U1 [0007]
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