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氧化铝粉体对流延法生产陶瓷基板的影响

作者: 来源: 日期:2017/11/29 16:49:57 人气:606
氧化铝因其绝缘、耐高温、导热率高、稳定性好及高性价比,是电子陶瓷基板的优良原料,随着电子产业的迅猛发展,氧化铝陶瓷基板的需求量逐年增加。但电子陶瓷基板要求较高,原料氧化铝的品质及性能指标直接关系到基板产品质量。
本文主要探讨了流延法生产电子陶瓷基板用氧化铝的性能指标,结合流延法工艺特点及陶瓷基板的质量要求,分析了氧化铝主要技术指标对流延工艺及产品质量的影响,并提出适于流延法陶瓷基板用原料氧化铝的要求。
流延工艺概述
流延法生产氧化铝陶瓷基板,目前主要有两种工艺体系:有机流延体系和水基流延体系。有机流延溶剂多采用含甲苯和二甲苯及酮类有机物作为溶剂,这些溶剂有毒会对工人身体健康和环境带来危害,成本较高,但其产品质量高。水基流延体系采用水为溶剂,加入少量的水溶性分散剂,具有无污染、绿色环保的优点,且成本相对低,是新型的陶瓷基板流延成型技术 ,但因部分关键技术不能突破,质量较难控制。
流延工艺基本过程为:浆料制备一过筛一流延一干燥一模压成型一脱脂一烧结。
其中浆料主要由陶瓷粉体、溶剂、分散剂、粘结剂、塑性剂及其它添加剂组成。作为氧化铝陶瓷基板原料一般要求氧化铝的含量在95%以上,除加入氧化铝微粉,还加入一定比例的含硅、钙等粉体。为满足流延的要求,需要加入粘结剂、分散剂、增塑剂和其他添加剂等。其中配料的原则有以下几个方面:(1)尽可能降低有机物的含量;(2)尽量提高固相含量;(3)尽量降低分散剂的含量;(4)坯体具有足够的柔韧性和强度;(5)控制合适的pH值,以提高分散剂的分散效果。氧化铝性能指标对流延工艺及产品的影响一般来说,电子陶瓷基板用于集成电路,因此要求产品有致密度(体积密度在3.7 g/cm 以上)、小的尺寸公差、表面平整度高、电学性能优良、热性能良好等。因此对原料氧化铝的要求也高。通常氧化铝分为冶金级氧化铝和非冶金级氧化铝,冶金级氧化铝是用于铝电解生产原铝 。非冶金级氧化铝是由化工合成或由冶金级氧化铝加工而成的具有特种用途的氧化铝。冶金级氧化铝以 α相为主,其中的Na通常在0.3 wt%以上,不能直接用于生产优质陶瓷。用于生产陶瓷基板的氧化铝需要经过1400℃ 以上高温煅烧,经过脱钠后,并充分研磨才能作为陶瓷基板的原料。通过长期的研究和生产应用,氧化铝的纯度、 相含量、结晶形貌、粒度分布等指标对流延工艺及基板产品质量影响较大。
氧化铝纯度的影响
一般来说,煅烧氧化铝中的杂质主要为SiO 、Fe O,、Na O、CaO、MgO、TiO:等,这 杂质总量一般不超过0.5% ,A12O3含量>99.5% 。
Na2O含量
Na2O是氧化铝指标中最为重要的一个指标,尤其是用于陶瓷生产的氧化铝。Na O在高温下和A1 O,结合生成一种稳定的高铝酸钠化合物Na2O·1 I Al2O3 ,也就是通常所说的β相氧化铝,,其结构为疏松的层状结构,Na2O 在富A12O3,的条件下,结合AI2O3的能力很强,Na2O:A12O3质量比为1:18.096,即使少量的Na2O存在,也会大量生成β相A12O3,,影响陶瓷的致密度 。且这种化合物导电率高,300℃ 时达10~S·cnl~,影Ⅱ向陶瓷基板的电性能。因此,用于陶瓷基板生产的氧化铝必须选用低钠氧化铝产品,即Na2O含量低于0.1% 的氧化铝。
Fe含量对于氧化铝中的Fe含量,一方面指其中结合的化学Fe,另一方面指夹杂在粉体中微细的游离铁(又称机械铁)。对于其中的化学Fe,通常以Fe2O3 存在。对于原料中A12O3 夹带的Fe颗粒在陶瓷烧结过程中,会在陶瓷内部或表面显色,出现红色或黑色的斑点,不但对陶瓷基板的外观带来影响,而且影响其绝缘性能,因此一但.出现斑点就会导致产品报废,降低成品率。同时Fe2O3,含量过高,也会导致陶瓷基板的颜色发黄,其原因与Fe离子替代刚玉品格中Al离子的致色反应有很大关系。
水分含量
一般来说陶瓷基板用原料A12O3 粒度较小,为精磨后的微粉,活性较高,在加工或存放过程中会吸潮,因此有微量的水分。对于水基流延l 艺,其中的H2O含量不影响工艺。但对于有机流延影响较大,通常在有机流延中用的有机溶剂(如PVB)是不溶水的,只要有少量水,都会导致料浆絮凝,产生胶状团聚,不但会造成流延困难,而且会导致成品率下降。因此,用于有机流延的氧化铝要严格控制水分含量。
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