Pemanasan thick film pada tungku listrik

Latar belakang

Kadang-kadang terjadi masalah kualitas produk thick film base keramik yg cacat ditemukan pada saat keluar dari tungku pembakar misalnya, kotor atau nilai resistansi yang menyimpang dari yang diharapkan. Oleh karena itu perlu pemahaman tentang proses yang terjadi di dalam tungku pembakaran

Sasaran

Memberikan pemahaman proses di dalam tungku pembakar untuk pembakaran thick film

Proses dan Mekanisme 

Seperti diketahui  pasta konduktor  thick film terdiri  3 konstituen yang berungsi utama
1.  metal powders (serbuk logam),

yang memberikan sifat konduktif;
2. glasses or oxides, 

Yang nerperan sebagai  binder(pengikat) pemanen dan juga menmenigkatkan (promote)  proses sintering logam selama pembakaran(firing)  dan menguatkan n ikatan antara logam dengan alumina substrat

3. organic phases (thinner/pelarut), yang men-dispersi-kan  logaml dan

binder sifat yang dinginkan pada -pasta terpenuhi untuk proses printing, drying dan firing

Proses pembakaran thick film bertujuan  untuk menghilangkan  bahan organik dengan penguapan, mematangkan logam thick film, dan melakukan proses sintering   "glass frit" pada suhu tinggi sehingga pasta yang menjadi logam tersebut akan menempel sangat kuat ke substrat (keramik). Peristiwa apa yang terjadi selama proses pemanasan dalam tungku terlihat pada grafik di bawah ini

Pada proses pembakaran thick film, ada 3 tahapan proses:
1. Pemanasan awal(burn out)
2. Zona panas
3.Pendinginan

1.Proses yg terjadi pada pemanasan awal(burn-out):
bahan organik akan bereaksi dengan O2--> menjadi CO2+H2O + abu
temperatur di zona in : 350-425'C.

2. Proses yang terjadi pada zona panas
Mulai terjadi sintering pada partikel logam
Glass frit mulai soft dan sedikit bergerak (mengalir)
dan secara berangsur-angsur terbentuklah film dengan ketebalan tertentu.
 temperatur di zona ini: 800-1000'C  (tergantung jenis film yang akan dibuat) dan waktu tunggu 10 menit
Reaksi yang terjadi: oksidasi logam, dan  interaksi antara glass frit dan
Selain itu, perlu banyak suplai udara kering  yang bersih .

Selama proses sintering, ventilasi dan exhaust haruslah cukup. Ada 2 Fungsi dari atmosfer tungku pembakaran.
 1. Untuk suplai udara yang kaya oksigen yang perlu untuk proses pirolisis binder organik.
 2. Untuk  blow spent binder agar residu-nya tidak menempel ke produk

Waktu tunggu, suhu, atau aliran udara tidak cukup, beberapa cacat produk mungkin akan terjadi diantaranya:
daya adhesi yang kurang,konduktifitas termal rendah,resistivity tinggi, terjadi ketidakbalansing di area intermetalic dan ketebal film yang tidak diharapkan.

Proses  material yang berlangsung selama firing/pembakaran memerlukan adanya oksigen yang cukup di atmosfer tungku pembakaran/furnace.Jika produk burn-out masih tersisa (akibat tidak sempurna-nya proses burn-out) memasuki pada zona/fase suhu puncak,dapat menyebabkan masalah yang serius pada lapisan thick film.

3.Proses pendinginan

 Setelah film terbentuk, substrat yang tersintering masuk
zona pendinginan dan selanjutnya keluar dari tungku pembakaran di suhu ruang. kecepatan pendinginan substrate di zona ini bekisar 50 hingga 100'C/min yang dihitung dari suhu puncak hingga suhu 300'C. pendinginan dari 300'C ke suhu kamar umumnya dengan kecepatan yang lebih rendah karena variasi struktur mikro konduktor, dan juga jangan terlalu cepat (setidaknya 15 menit), untuk mencegah kristalisasi logam dan masalah termal shock.

profil suhu bisa dilihat seperti di bawah

Setting aliran udara yang menuju ke dalam tungku pemanasan.
 
Setting aliran udara yang masuk ke tungku pemanas haruslah sesuai dan cukup untuk terjadinya proses sintering dalam membentuk logam.Perlu keseimbangan  suplai udara ke berbagai tirai maupun zona untuk memastikan tidak adanya udara ambient yang tersedot masuk ke dalam tungku pemanas (furnace). Untuk memastikan ini, gunakan asap rokok di area entrance (tempat masuk) dan Exit (tempat keluar), dan perhatikan asapnya. Jika asapnya masuk ke dalam furnace(tungku pemanas), aliran udara perlu di setting hingga asapnya tidak masuk.