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    氧化鋁粉體對流延法生產陶瓷基板的影響

    類別:行業新聞   發布時間:2018-01-05 10:02:57   瀏覽:2014 次

      氧化鋁因其絕緣、耐高溫、導熱率高、穩定性好及高性價比,是電子陶瓷基板的優良原料,隨著電子產業的迅猛發展,氧化鋁陶瓷基板的需求量逐年增加。但電子陶瓷基板要求較高,原料氧化鋁的品質及性能指標直接關系到基板產品質量。
      本文主要探討了流延法生產電子陶瓷基板用氧化鋁的性能指標,結合流延法工藝特點及陶瓷基板的質量要求,分析了氧化鋁主要技術指標對流延工藝及產品質量的影響,并提出適于流延法陶瓷基板用原料氧化鋁的要求。
      流延工藝概述
      流延法生產氧化鋁陶瓷基板,目前主要有兩種工藝體系:有機流延體系和水基流延體系。有機流延溶劑多采用含甲苯和二甲苯及酮類有機物作為溶劑,這些溶劑有毒會對工人身體健康和環境帶來危害,成本較高,但其產品質量高。水基流延體系采用水為溶劑,加入少量的水溶性分散劑,具有無污染、綠色環保的優點,且成本相對低,是新型的陶瓷基板流延成型技術 ,但因部分關鍵技術不能突破,質量較難控制。
      流延工藝基本過程為:漿料制備一過篩一流延一干燥一模壓成型一脫脂一燒結。
      其中漿料主要由陶瓷粉體、溶劑、分散劑、粘結劑、塑性劑及其它添加劑組成。作為氧化鋁陶瓷基板原料一般要求氧化鋁的含量在95%以上,除加入氧化鋁微粉,還加入一定比例的含硅、鈣等粉體。為滿足流延的要求,需要加入粘結劑、分散劑、增塑劑和其他添加劑等。其中配料的原則有以下幾個方面:(1)盡可能降低有機物的含量;(2)盡量提高固相含量;(3)盡量降低分散劑的含量;(4)坯體具有足夠的柔韌性和強度;(5)控制合適的pH值,以提高分散劑的分散效果。氧化鋁性能指標對流延工藝及產品的影響一般來說,電子陶瓷基板用于集成電路,因此要求產品有致密度(體積密度在3.7 g/cm 以上)、小的尺寸公差、表面平整度高、電學性能優良、熱性能良好等。因此對原料氧化鋁的要求也高。通常氧化鋁分為冶金級氧化鋁和非冶金級氧化鋁,冶金級氧化鋁是用于鋁電解生產原鋁 。非冶金級氧化鋁是由化工合成或由冶金級氧化鋁加工而成的具有特種用途的氧化鋁。冶金級氧化鋁以 α相為主,其中的Na通常在0.3 wt%以上,不能直接用于生產優質陶瓷。用于生產陶瓷基板的氧化鋁需要經過1400℃ 以上高溫煅燒,經過脫鈉后,并充分研磨才能作為陶瓷基板的原料。通過長期的研究和生產應用,氧化鋁的純度、 相含量、結晶形貌、粒度分布等指標對流延工藝及基板產品質量影響較大。
      氧化鋁純度的影響
      一般來說,煅燒氧化鋁中的雜質主要為SiO 、Fe O,、Na O、CaO、MgO、TiO:等,這 雜質總量一般不超過0.5% ,A12O3含量>99.5% 。Na2O含量Na2O是氧化鋁指標中最為重要的一個指標,尤其是用于陶瓷生產的氧化鋁。Na O在高溫下和A1 O,結合生成一種穩定的高鋁酸鈉化合物Na2O·1 I Al2O3 ,也就是通常所說的β相氧化鋁,,其結構為疏松的層狀結構,Na2O 在富A12O3,的條件下,結合AI2O3的能力很強,Na2O:A12O3質量比為1:18.096,即使少量的Na2O存在,也會大量生成β相A12O3,,影響陶瓷的致密度 。且這種化合物導電率高,300℃ 時達10~S·cnl~,影Ⅱ向陶瓷基板的電性能。因此,用于陶瓷基板生產的氧化鋁必須選用低鈉氧化鋁產品,即Na2O含量低于0.1% 的氧化鋁。
      Fe含量
      對于氧化鋁中的Fe含量,一方面指其中結合的化學Fe,另一方面指夾雜在粉體中微細的游離鐵(又稱機械鐵)。對于其中的化學Fe,通常以Fe2O3 存在。對于原料中A12O3 夾帶的Fe顆粒在陶瓷燒結過程中,會在陶瓷內部或表面顯色,出現紅色或黑色的斑點,不但對陶瓷基板的外觀帶來影響,而且影響其絕緣性能,因此一但.出現斑點就會導致產品報廢,降低成品率。同時Fe2O3,含量過高,也會導致陶瓷基板的顏色發黃,其原因與Fe離子替代剛玉品格中Al離子的致色反應有很大關系水分含量
      一般來說陶瓷基板用原料A12O3 粒度較小,為精磨后的微粉,活性較高,在加工或存放過程中會吸潮,因
    此有微量的水分。對于水基流延l 藝,其中的H2O含量不影響工藝。但對于有機流延影響較大,通常在有機流延中用的有機溶劑(如PVB)是不溶水的,只要有少量水,都會導致料漿絮凝,產生膠狀團聚,不但會造成流延困難,而且會導致成品率下降。因此,用于有機流延的氧化鋁要嚴格控制水分含量。
      其他雜質(污染物)
      除上面所提到的雜質,由于陶瓷基板屬于精細電子陶瓷范疇,對原料氧化鋁粉體的潔凈度要求較高,粒度通常在3000目以下,一但 昆入可見的雜質或污染物也會對牛產工藝及產品質量造成很大的影響。因此要求原料氰化鋁在』J【j工過程中,避免外部雜質對氧化鋁的污染,提高產品的潔凈度。
      結晶形貌的影響
      氧化鋁在高溫煅燒過程中,因加入的礦化劑不同,結晶形貌也有所不同,有球形、片狀、蠕蟲狀等微觀形貌 ]。流延法工藝要求高的漿體濃度且具有良好的流動性,要求流延膜均勻度高。因此,氧化鋁顆粒在有機溶劑中的分散性能越好,就越有利于生產。當氧化鋁結晶不完整,且球形度不高時,顆粒表面活性提高,表面能大,其吸油率就高,從而導致漿體粘度增加,流動性變差,降低流延膜的均勻性,導致流延膜開裂、局部包裹瓷皰,從而降低成品率。實踐證明,當氧化鋁的形貌球形度越高,制備的漿體的粘度越低,流動性越好,流延性能越好,產品的成品率也就越高。
      相轉化率的影響
      流延法生產陶瓷基板的厚度小,尺寸也小,且要求高的致密度和高的平整度。因此要求原料燒結活性要高,且不能產生大的變形量。對于煅燒αAL2O3 α相轉化率越高,結晶越完整,真密度越高,燒結活性就越低。而α相轉化率越低,結晶缺陷就多,真密度越低,燒結活性就越高收縮率就越大,過大的收縮率就會造成基板變形跫大,翹曲度大。但α相轉化率太高時,燒結活性就低,盡管收縮率小,但致密度相對低,需要更高的燒結溫度,不利于控制生產成本。因此,用于制備陶瓷基板的α氧化鋁不但要控制適宜的α相轉化率,且要保證其轉化率穩定,這樣才有利于生產高質量陶瓷基板。
      粉體團聚的影響
      氧化鋁在從氫氧化鋁制備過程中,每一個氫氧化鋁顆粒在脫水后成為若干個微小顆粒團聚體,并且在后期煅燒中仍保持團聚體形貌,通過充分研磨后,團聚體分散為單個晶粒的微粉,在α氧化鋁,研磨過程中,若不能完全將團聚粒研磨分散,就會存在一部分團聚粒,這些未被研磨開的小團聚在流延過程中會形成空洞,從而降低陶瓷致密度和陶瓷基板的強度。因而,用于流延法陶瓷基板的氧化鋁粉體必須為全研磨粉體,不能有顆粒團聚現象。
      綜上所述,用于流延法陶瓷基板的氧化鋁中雜質含量、結晶形貌、 .相轉化率、粒度分布均對流延工藝及陶瓷基板的質量有較大的影響,因此一般要求:
      (1)Na2O含量低于0.1% ,Fe及Fe2O H2O含量盡可能低;
      (2)結晶形貌以球形為好;
      (3)原料氧化鋁的α相轉化率應控制適宜,且保持穩定;
      (4)氧化鋁應經過充分研磨,減少團聚顆粒。

     

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