烧结炉与退火炉培训

烧结炉与退火炉工艺技术部卢正险2007年8月8日12/6/2023P-1主要内容一、根本知识二、COC量产烧结炉三、COC烧结工艺介绍四、COC退火工艺介绍P-2基本知识P-3根本知识－PDP用玻璃基板简介PDP应用的玻璃都是采用浮法工艺生产出来的。浮法就是在平板玻璃的生产过程中，熔融的玻璃液流漂浮在熔融的金属〔一般采用锡〕上生产的方法。当前的使用的玻璃基板都是形变较小的PD200〔应变点达570℃，退火点达620℃〕等高品质玻璃。浮法工艺示意图P-4根本知识－烧结炉的作用烧结炉的温度要求很严格，在保温区内，样品有效面内的温度偏差小于±3℃。为了改善烧结炉内的洁净度，炉内的传输机构由高铝陶瓷棍柱式替代了网带式，减少了传输局部带来的污染。此外，炉膛内壁均有耐热玻璃制作的内胆。另外，烧结炉使用了多路排气系统防止有机成分的燃烧不完全造成的炭化。

印刷的样品只有经过烧结才能去除浆料中的有机载体，才能使低熔点玻璃粉熔化并粘住浆料中的固体成分。P-5根本知识－扇形形变在连续式烧成炉中，由高温区到低温区，前边先冷却凝固，并带动后边凝固，逐级带动后边冷却，而形成“扇形形变〞。因此烧结炉的徐冷部〔600～350℃〕采用间歇传送方式。玻璃弯曲

P-6设备的主要组成

〔1〕炉体〔2〕装载部〔3〕加热器〔4〕温度控制系统〔5〕传送系统〔6〕送气和排气系统〔7〕载板根本知识－烧结炉结构P-7烧结炉可以是单层，双层，甚至是3层。目的是为了缩短节拍时间，减小炉子的长度。根本知识－烧结炉结构P-8炉温曲线的第一个保温区为“脱气区〞，目的是让浆料内部的有机载体稳定地挥发，这时的温度较低还没有到达低熔点玻璃粉熔融的温度，有利于降低浆料内部气泡的产生。同时该区参加一定流量的压缩空气，让载体迅速地离开炉内防止有机成分的燃烧不完全造成的炭化。脱气区

根本知识－炉温曲线P-9根本知识－炉温曲线保温区

根据材料的配方选择适宜的温度使浆料中的低熔点玻璃粉稳定融化并粘结浆料中固体成份。由于有机载体在脱气区已挥发完毕，为了保证较高的温度均匀性，该区不需要额外的供排气系统。间歇区为了防止玻璃基板出现扇形形变，选择整个玻璃基板同时降温。P-10根本知识－退火炉的作用

作用：减少玻璃基板在高温烧结时的变形量。玻璃在生产、加工、储存和运输等过程中均可造成玻璃内部的应力集中，因此，在彩色PDP基板玻璃还没有涂敷任何涂层前，应对该基板玻璃以较高温度退火〔该退火温度要比以后PDP任何涂层的烧结温度都高〕，使得PDP在退火时将因应力的原因使玻璃易发生变形的地方在涂敷前充分变形，这样在以后较低的烧结温度下玻璃变形将大大减小。P-11COC量产用烧结炉P-12COC量产用烧结炉－目的烧结炉用于PDP中国量产线烧结工艺，以印刷/枯燥工艺结束后的基板外表形成的材料为目标的温度进行加热、排气从而完全消除Binder均匀的烧结。烧结炉退火炉退火处理炉为了FHD生产，在烧结工艺前对玻璃面板提前进行高温处理，使得烧结工艺后面板的变形最小化。P-13COC量产用烧结炉－玻璃基板尺寸玻璃基板尺寸42〞×850〞×6前玻璃基板（mm）1964*2252*2.8/1.82328*1950*2.8/1.8后玻璃基板（mm）1926*2328*2.8/1.82288*2010*2.8/1.8P-14COC量产用烧结炉－设备清单设备名称数量Layer备注Pre-AnnealingFurnace_F14Total：8台Pre-AnnealingFurnace_R14BS&BUSElectodeFiringFurnace13FrontDielectricFiringFurnace13AddressElectrodeFiringFurnace13RearDielectricFiringFurnace13BarrierRibFiringFurnace13Phosphor&SealLineFiringFurnace13P-15COC量产用烧结炉－根本规格区分规格与内容备注制作数量8台退火处理炉:2台,烧结炉:6台结构烧结2层，Ruturn1层退火处理炉:烧结3层,Return1层TactTime100Sec/SetterSetterSize2500mmW×2200mmL×5mmT单边方向进行温度Profile炉出口温度:60℃以下排气方式利用Fan直接排气有机排气炉体长度温度准于ProfileHeater电源1Φ380V50HzMotor电源3Φ220V50Hz控制及冷却Fan电源UPS(1Φ220V50Hz)COC提供Heater配置上部配置下部Heater必要时考虑T/C配置入口~2次维持区间:左,中(上),右冷却区间:左,中(上),右Setter间隙100mmP-16COC量产用烧结炉－烧结炉结构COC一期“烧结炉和退火炉〞〔共8台〕选定的制造商为Hanwha公司，下面主要以Hanwha的设计方案为依据进行讲解。1)COC所用烧结炉为2段加热式烧结炉〔2段加热式烧结炉：共3层，上2层加热，最下层返回。〕。2)炉体主要分为入口Buffer区、1次升温区、1次保温区、2次升温区、2次保温区、徐冷区、快速冷却区、ReturnC/V、反面Cleaner。P-17COC量产用烧结炉－炉体介绍1〕为了防止在烧结过程中炉体产生灰尘对基板造成污染，在烧结炉炉体的1、2层炉体顶部和两侧均采用Neoceramglass做muffle，而入口C/V和返回部采用SUS304制作muffle；2〕为了隔热每层炉体底部均采用coating材质制作;3〕为了防止setter在传送过程中同roller摩擦产生灰尘从而到达改善炉体内部的洁净度的目的，1、2层roller采用陶瓷材质，而返回部为了到达良好的冷却效果，采用不锈钢和陶瓷材质制作；4〕炉体的cover采用SUS和涂装材料制作；在cover和内壁间的隔热材料采用陶瓷材质制作。5〕设备cover外表温度：roomtemp＋20℃以下。Neoceramglass：陶瓷微晶玻璃或陶瓷结晶化玻璃。优点：1、良好的耐热冲击性能；2、低膨胀系数；3、电气导热性佳。P-18升温区、保温区剖面图

COC量产用烧结炉－炉体介绍P-19徐冷区剖面图徐冷下部组成COC量产用烧结炉－炉体介绍P-20COC量产用烧结炉－加热器、T/C炉体内温度探测T/C的设置：加热区T/C是3个/Zone来进行温度控制〔在宽度方向左、中、右方向设置，分为三个区进行控制〕；在加热区过渡到保温区的分界处T/C设置为6个/Zone；在退火区温度T/C设置左、中、右×4列12个/Zone来进行控制〔分为12个区进行温度控制〕。

加热器设置：陶瓷红外加热，上部设置。加热器数量：4EA/zoneP-21炉体内温度探测T/C的设置COC量产用烧结炉－加热器、T/CP-22COC量产用烧结炉－温度控制系统

1〕加热区温度的控制方式：SCR采用PID连续性反响方式，控制温度均匀性好，由于价格昂贵只能选择性地使用在heating1＃和heating2#；SSR采用PIDon/off反响方式，因此用在温度较容易控制的保温区和退火区。2〕快速冷却区：在每个区的顶部和底部设置冷却板并导入冷却水〔pcw〕来实现基板的冷却，同时中部通入低压CDA。Return部、急速冷却部、入口部3处(左、中、右)安装可测量基板温度的非接触式温度Sensor并在面板上进行温度显示。PID：Proportional-Integral-Derivative，即比例积分微分。PID是依据瞬时误差〔设定值与实际值的差值〕随时间的变化量来对加热器的控制进行相应修正的一种方法。P-23COC量产用烧结炉－送气与排气系统1〕进气系统：高压CDA由COC提供进气管材料：不锈钢材质；进气控制：流量计＆valve。2〕徐冷区冷却气体进气系统：冷却气体由安装在设备上的fan从cleanroom采集；进气管材料：不锈钢材质；进气控制：节气闸。3〕returnC/V冷却气体进气系统：安装在设备上的fan从cleanroom采集；进气管材料：Al;进气控制：节气闸。P-241〕有机排气系统：直接排气；排气管材料：不锈钢；排气控制：节气闸。2〕热排气系统：直接排气系统；排气管材料：不锈钢。3〕returnC/V热排气系统：直接排气系统排气管材料：不锈钢。4〕设备外表的供排气系统：直接进气和排气；导管材料：螺旋输送管。COC量产用烧结炉－送气与排气系统P-25供气/排气数、Valve位置Zone供气数排气数Valve风速CheckHole备注EA/ZoneEA/ZoneEA/ZoneEA/Zone1次升温2222排气：直接排气左-1、右-11次保温22222次升温22222次保温退火1111急速冷却供气使用的Air是洁净间的AirCOC量产用烧结炉－送气与排气系统P-26有机排气System及工程Scope概略图检查口密封机排气FANCOC1次生温1次Keep2次升温2次Keep退火Zone急速冷却LifterDamperValve제작처COC量产用烧结炉－送气与排气系统P-27COC量产用烧结炉－载板1〕载板的作用：PDP基板玻璃在烧结后的变形、翘曲对印刷封接非常有害，严重影响显示图象质量。减小变形的方法是烧成时在基板玻璃下垫一块衬板。2〕载板的种类a〕大理石衬板：平整度高、热容量适中，但热冲击性能差、寿命短。b〕球墨铸铁衬板：热稳定性好，但热容量太大。c〕微晶玻璃衬板：热容量小、轻便，但热稳定性较差，屡次烧结会变形。P-28适用Setter的尺寸22002550COC量产用烧结炉－载板P-29COC量产用烧结炉－各局部的功能、温度与规格入口Buffer区功能：为C/R的空气不流入到炉内做好充分的对策。规格：①Setter移送:连续驱动；②炉内壁材质:用Neoceram防止炉内污染；③外部气体流入防止对策:入口处安装Shutter。P-30COC量产用烧结炉－各局部的功能、温度与规格1次升温区常用温度:23～350℃最高温度：400℃

1次保温区常用温度：350～450℃2次升温区常用温度：350～580℃2次保温区常用温度：580℃规格：①炉内壁材质：用Neoceram防止炉内污染；②温度控制方式：PID控制；③Setter移送方式：连续驱动；④Setter移送速度：600～1000mm/min〔基准：690mm/min〕；⑤HeaterMax设计规格:Tact(100Sec/Setter)×115%；⑥Heater位置:上(左-中-右)Zone个别控制。P-31COC量产用烧结炉－各局部的功能、温度与规格徐冷区常用温度：580～320℃上部：加热下部：冷却规格：①炉内壁材质：用Neoceram防止炉内污染；②温度控制方式：PID控制；③Setter移送方式：间歇驱动；④Setter移送速度：4000～7200mm/min；⑤冷却最大设计规格:Tact(100Sec/Setter)×115%〔出口温度350℃以下〕；⑥外部气体流入防止对策：出口安装Shutter。P-32急速冷却区常用温度：320～250℃以下冷却组成：上部/下部冷却规格：①温度控制方式：冷却水&高效空气过滤器过的空气〔Inverter控制〕；②Setter移送方式：间歇驱动；③Setter移送速度：4000～7200mm/min；④冷却最大设计规格:Tact(100Sec/Setter)×115%〔出口温度250℃以下〕。COC量产用烧结炉－各局部的功能、温度与规格P-33ReturnC/V&反面Cleaner常用温度：60℃以下规格：①Setter移送方式：连续驱动；②排放前CenteringUnit安装；③确保BufferZone5个以上。COC量产用烧结炉－各局部的功能、温度与规格P-34COC量产用烧结炉－根本流程Flow基本作用与内容备注入口BufferC/V与1次升温同期驱动的同时移送到1次升温区,安装能够阻断在C/R中流入的气流的shutter连续驱动1次升温用已具备的HeatingRate加热的同时,供气/排气，进行BinderBurnout,使得炉内部总是保持Clean状态连续驱动1次Keeping同Profile一起进行1次维持,供气/排气，进行BinderBurnout,使得炉内部总是保持Clean状态连续驱动2次升温用已具备的HeatingRate加热的同时,供气/排气，进行BinderBurnout,使得炉内部总是保持Clean状态。连续驱动2次Keeping同Profile一起进行2次维持，材料烧结，使得炉内部总是保持Clean状态连续驱动冷却区（徐冷+急速冷却）用Tact驱动冷却到Setting后的温度Tact驱动Lifter将冷却区间里被移送到的Setter&Panel搬运到ReturnConveyor,移送到最小80Sec/Setter的Tact返回C/V（急速冷却区+C/V）处理时注意不要让异物从外部流入,并维持水压,用HepaFilterBlower供应CleanAir

急速冷却Setter背面CleanerSetter下部的异物，随着Setter移动，用含有水分的SpongeRoller自动清洗P-35COC量产用烧结炉－烧结炉示意图一个温度曲线

P-36505050①②③④⑤⑥⑦⑧⑨502,3281,926九点温度测定法COC量产用烧结炉－温度均一性规格P-37区分①②③④⑤⑥⑦⑧⑨备注Panel左中右Panel左中右Panel左中右1次升温±5℃±5℃±5℃连续驱动1次Keeping±3℃±3℃±3℃2次升温±5℃±5℃±5℃2次Keeping±3℃±3℃±3℃退火±5℃±5℃±5℃Tact驱动①～⑨：±5℃(全面积)急速冷却COC量产用烧结炉－温度均一性规格P-38COC量产用烧结炉－设备的维护及维修1〕在设备运转初期，对炉体内部的清洁采用1次/月〔前三个月〕，主要对炉体内部四周和roller的清洁；以后采用1次/2～3月〔一年内〕；一年后采用1次/半年；2〕供排气管道采用便于清理的设计；3〕设备内关键零部件〔roller、sensor和heater〕采用台架容易更换的方式。P-39COC烧结工艺介绍P-40COC烧结工艺介绍－烧结工艺的使用工序1.前基板制造工序1〕BUS电极制作2〕前介质制作2.后基板制造工序1〕ADD电极制作2〕后介质制作3〕障壁制作4〕荧光粉烧结P-41ITEMFurnaceProfileReturnLineStartRising

toBBOBBO

KeepRising

toFiringFiring

KeepCooling

to350℃Cooling

to320℃Cooling

to200℃BUS

&

ADD.Time(min)Interval01910252026.33.310Accumulation019295474100.3103.6113.6Temperature(℃)20350350580580350320200Rising/CoolingVel.(℃/min)-17.4-9.2--8.7-9.1-12.0FDTime(min)Interval02218202026.33.310Accumulation022406080106.3109.6119.6Temperature(℃)20400400580580350320200Rising/CoolingVel.(℃/min)-17.3-9.0--8.7-9.1-12.0RDTime(min)Interval02210202028.33.310Accumulation022325272100.3103.6113.6Temperature(℃)20400400560560350320200Rising/CoolingVel.(℃/min)-17.3-8.0--7.4-9.1-12.0COC烧结工艺介绍－相关工序烧结工艺参数〔1〕P-42ITEMFurnaceProfileReturnLineStartRising

toBBOBBO

KeepRising

toFiringFiring

KeepCooling

to350℃Cooling

to320℃Cooling

to200℃BRTime(min)Interval02120252026.33.310Accumulation021416686112.3115.6125.6Temperature(℃)20380380560560350320200Rising/CoolingVel.(℃/min)-17.1-7.2--8.0-9.1-12.0PH

&

SLTime(min)Interval0.022.020.018.015.021.03.310Accumulation02242607596.099.3109.3Temperature(℃)20400400510510350320200Rising/CoolingVel.(℃/min)-17.3-6.1--7.6-9.1-12.0COC烧结工艺介绍－相关工序烧结工艺参数〔2〕P-43COC烧结工艺介绍－BUS&ADD电极烧结温度曲线580℃-20min9.2℃/min-8.7℃/min350℃-10min17.4℃/minP-44COC烧结工艺介绍－FD烧结温度曲线17.3℃/min400℃-10min8.0℃/min580℃-20min-8.7℃/minP-45COC烧结工艺介绍－RD烧结温度曲线17.1℃/min400℃-10min8.0℃/min560℃-20min-7.4℃/minP-46COC烧结工艺介绍－

烧结时升温速率与介质外表状态和介质缺陷的关系介质烧结时会产生以下反响:CxHyOz+O2CO2+H2O假设升温速率太慢,那么烧结时间太长，不利于生产；假设升温度速太快，介质里边的气体会冲出介质外表形成空洞，或由于介质外表有机树脂挥发太快而使外表过早固化，包住了介质里边的气体使介质内部产生气泡；使介质里边的树脂因缺少氧气而无法氧化、分解成气体，造成介质层绝缘性能下降，在放电时易产生打火。P-47COC烧结工艺介绍－BR烧结温度曲线17.1℃/min380℃-20min8.6℃/min560℃-20min-8.0℃/minP-48COC烧结工艺介绍－PH&SL烧结温度曲线17.3℃/min400℃-20min6.1℃/min510℃-15min-7