中國粉體網(wǎng)訊  高純氧化鋁陶瓷基板因其生產(chǎn)加工技術(shù)成熟、成本低廉，耐熱沖擊和電絕緣性好以及與金屬附著性良好等優(yōu)點，是目前應用較為廣泛的基板材料，也被廣泛應用于星載微波信號傳輸通道、有源器件安裝載體以及功率芯片的散熱通道等電子載荷單機中。

來源：艾森達

作為組成航天器的最基本單元，航天器材料的性能水平將直接影響航天器在軌的可靠性。而高純氧化鋁基板制備過程中往往會出現(xiàn)如下問題：

（1）高純氧化鋁粉體經(jīng)過流延、干燥剪裁、多層疊片、等溫靜壓處理、燒結(jié)等多道復雜工序的得到的薄膜氧化鋁陶瓷基板，材質(zhì)純度低，將會增大介電損耗導致電路性能降低。

（2）材料機械強度弱，則會導致薄膜電路產(chǎn)品在組裝和試驗過程中出現(xiàn)裂紋、材料本體剝落等問題。

（3）陶瓷基板表面缺陷會造成在其上制作的電路膜層的局部附著力惡化，線條邊緣毛刺等質(zhì)量問題，影響電路信號質(zhì)量，甚至造成產(chǎn)品多余物。

因衛(wèi)星在軌不可維修性和高可靠性要求，種種問題限制了國產(chǎn)氧化鋁基板在星載微波組件中的應用。因此高純氧化鋁基板的特性對于微波電路的使用至關(guān)重要。

高純氧化鋁基板制備要點

經(jīng)研究實踐可知，溶劑體系、流延膜帶厚度以及脫粘燒結(jié)工藝參數(shù)等是制備過程的關(guān)鍵，其控制是否妥當會影響最終基板的厚度及厚度均勻性、外觀質(zhì)量和表面粗糙等工程應用指標。

高純氧化鋁基板的制備工藝流程

1、流延漿料溶劑體系的優(yōu)化

溶劑的主要作用是溶解粘接劑、增塑劑和其它添加劑，分散粉粒，并為漿料提供合適的粘度。不同溶劑體系對環(huán)境的適應性不同，且會影響配制漿料的固含量、流延膜片表面狀態(tài)及成膜效果。在分散劑、粘結(jié)劑和塑化劑固定的前提下，不同溶劑體系的流延成型狀態(tài)差異較多。

流延成型工藝流程圖

比如，無水乙醇空氣中易揮發(fā)，漿料在流延過程中很容易結(jié)膜，流延膜片也容易開裂。經(jīng)過反復試驗，開發(fā)出新的復合體系溶劑。如，固定溶劑為無水乙醇+乙酸丁酷的復合體系溶劑，固含量在56 wt.%附近，漿料粘度在5Pa·s左右，流變性能好，適合流延�？捎糜谥苽錆{料可獲得高固含量漿料，且能夠獲得性能穩(wěn)定的膜片。

2、流延膜片的厚度控制

單層流延膜片的厚度影響到最終基板的厚度公差。經(jīng)試驗結(jié)果表明，流延膜片厚度主要受漿料狀態(tài)和流延刀口高度的影響，隨著流延漿料固含量的提高，燒結(jié)基板平均密度逐漸變大，寬度和厚度方向收縮率趨于穩(wěn)定。根據(jù)這一規(guī)律，精細調(diào)控固含量和燒結(jié)溫度可精確控制燒結(jié)基板的最終尺寸。

3、基板的外觀和平整度控制

良好的外觀和平整度是高純氧化鋁基板工程應用的基礎(chǔ)，影響基板外觀和平整度的因素很多，其中疊層、脫粘和燒結(jié)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.1 流延膜片的疊層工藝控制

為避免流延膜片在疊層和溫等靜壓處理過程中出現(xiàn)表面缺陷和平整度的問題，經(jīng)多次實驗對比，確定采用以下途徑：1）采取寬膜帶疊層、等靜壓后裁剪中間部位，避開流延膜帶邊緣的缺陷和不平整區(qū)域；2）采用鋼化玻璃板作為疊層載體，將流延素坯平鋪在鋼化玻璃板上，疊層時控制載帶上取下的每張膜片上下表面均保持統(tǒng)一方向。鋼化玻璃載體等措施明顯減少了膜片表面微觀缺陷，有效提高外觀質(zhì)量和平整度。

3.2 素坯脫粘工藝控制

脫粘的作用是去除素坯內(nèi)的有機物。為有效利用爐膛空間，同時解決素坯脫粘過程的翹曲和開裂問題，基板素壞在爐膛內(nèi)是采取疊放脫粘方式。經(jīng)過多種實驗表明，最終確定疊層無蓋板模式可兼顧效率和防止翹曲開裂，采用疊層+無蓋板脫粘方式，進一步優(yōu)化了脫粘過程疊層層數(shù)，最高層數(shù)最終確定為5層。

3.3 燒結(jié)工藝控制

燒結(jié)是氧化鋁陶瓷基板制備的較為關(guān)鍵的一道工序，由于燒結(jié)溫度較高，雜質(zhì)容易碳化，為避免基板被污染，蓋板和墊板的選擇很重要。經(jīng)試驗確定，蓋板采用多孔高純氧化鋁陶瓷，墊板采用致密高純氧化鋁陶瓷，使用前均需超聲清洗。

不同燒結(jié)方式基板狀態(tài)統(tǒng)計

從上表可以看出，采用多片疊加并用多孔蓋板進行隔離，不僅可以提高爐膛利用率，燒結(jié)基板也容易剝離，且燒結(jié)基板具有較高的平整度。優(yōu)化后的燒結(jié)方式，保證了基板產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和平整度，通過進一步調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度，實現(xiàn)了與進口基板性能相近的高純氧化鋁基板的制備。

燒結(jié)基板的表面（左）和斷面（右）顯微結(jié)構(gòu)

近年來，隨著我國陶瓷材料研制技術(shù)水平的提升國產(chǎn)高純氧化鋁陶瓷基板性能已達到或超越國際同類產(chǎn)品。雖然國產(chǎn)高純氧化鋁基板的制造水平明顯提高，但其是否滿足星載產(chǎn)品的高可靠應用需求，還需大量試驗驗證。

參考來源：

王平等：高純氧化鋁基板的制備要求與宇航應用驗證實踐.空間電子技術(shù)

王平等：星載微波電路用高純氧化鋁基板的工藝適用性驗證技術(shù).宇航材料工藝

中國粉體網(wǎng)：陶瓷流延成型好壞，往往“料”說了算

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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