氧化铝因其绝缘、耐高温、导热率高、稳定性好及高性价比，是電(diàn)子陶瓷基板的优良原料，随着電(diàn)子产(chǎn)业的迅猛发展，氧化铝陶瓷基板的需求量逐年增加。但電(diàn)子陶瓷基板要求较高，原料氧化铝的品质(zhì)及性能(néng)指标直接关系到基板产(chǎn)品质(zhì)量。
  本文(wén)主要探讨了流延法生产(chǎn)電(diàn)子陶瓷基板用(yòng)氧化铝的性能(néng)指标，结合流延法工(gōng)艺特点及陶瓷基板的质(zhì)量要求，分(fēn)析了氧化铝主要技(jì )术指标对流延工(gōng)艺及产(chǎn)品质(zhì)量的影响，并提出适于流延法陶瓷基板用(yòng)原料氧化铝的要求。
  流延工(gōng)艺概述
  流延法生产(chǎn)氧化铝陶瓷基板，目前主要有(yǒu)两种工(gōng)艺體(tǐ)系：有(yǒu)机流延體(tǐ)系和水基流延體(tǐ)系。有(yǒu)机流延溶剂多(duō)采用(yòng)含甲苯和二甲苯及酮类有(yǒu)机物(wù)作(zuò)為(wèi)溶剂，这些溶剂有(yǒu)毒会对工(gōng)人身體(tǐ)健康和环境带来危害，成本较高，但其产(chǎn)品质(zhì)量高。水基流延體(tǐ)系采用(yòng)水為(wèi)溶剂，加入少量的水溶性分(fēn)散剂，具(jù)有(yǒu)无污染、绿色环保的优点，且成本相对低，是新(xīn)型的陶瓷基板流延成型技(jì )术 ，但因部分(fēn)关键技(jì )术不能(néng)突破，质(zhì)量较难控制。
  流延工(gōng)艺基本过程為(wèi)：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(zhōng)浆料主要由陶瓷粉體(tǐ)、溶剂、分(fēn)散剂、粘结剂、塑性剂及其它添加剂组成。作(zuò)為(wèi)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、钙等粉體(tǐ)。為(wèi)满足流延的要求，需要加入粘结剂、分(fēn)散剂、增塑剂和其他(tā)添加剂等。其中(zhōng)配料的原则有(yǒu)以下几个方面：(1)尽可(kě)能(néng)降低有(yǒu)机物(wù)的含量；(2)尽量提高固相含量；(3)尽量降低分(fēn)散剂的含量；(4)坯體(tǐ)具(jù)有(yǒu)足够的柔韧性和强度；(5)控制合适的pH值，以提高分(fēn)散剂的分(fēn)散效果。氧化铝性能(néng)指标对流延工(gōng)艺及产(chǎn)品的影响一般来说，電(diàn)子陶瓷基板用(yòng)于集成電(diàn)路，因此要求产(chǎn)品有(yǒu)致密度(體(tǐ)积密度在3．7 g／cm 以上)、小(xiǎo)的尺寸公(gōng)差、表面平整度高、電(diàn)學(xué)性能(néng)优良、热性能(néng)良好等。因此对原料氧化铝的要求也高。通常氧化铝分(fēn)為(wèi)冶金级氧化铝和非冶金级氧化铝，冶金级氧化铝是用(yòng)于铝電(diàn)解生产(chǎn)原铝 。非冶金级氧化铝是由化工(gōng)合成或由冶金级氧化铝加工(gōng)而成的具(jù)有(yǒu)特种用(yòng)途的氧化铝。冶金级氧化铝以 α相為(wèi)主，其中(zhōng)的Na通常在0．3 wt％以上，不能(néng)直接用(yòng)于生产(chǎn)优质(zhì)陶瓷。用(yòng)于生产(chǎn)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(fēn)研磨才能(néng)作(zuò)為(wèi)陶瓷基板的原料。通过長(cháng)期的研究和生产(chǎn)应用(yòng)，氧化铝的纯度、 相含量、结晶形貌、粒度分(fēn)布等指标对流延工(gōng)艺及基板产(chǎn)品质(zhì)量影响较大。
  氧化铝纯度的影响
  一般来说，煅烧氧化铝中(zhōng)的杂质(zhì)主要為(wèi)SiO 、Fe O，、Na O、CaO、MgO、TiO：等，这 杂质(zhì)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(zhōng)最為(wèi)重要的一个指标，尤其是用(yòng)于陶瓷生产(chǎn)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(wù)Na2O·1 I Al2O3 ，也就是通常所说的β相氧化铝，，其结构為(wèi)疏松的层状结构，Na2O 在富A12O3，的条件下，结合AI2O3的能(néng)力很(hěn)强，Na2O：A12O3质(zhì)量比為(wèi)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(wù)导電(diàn)率高，300℃ 时达10～S·cnl～，影Ⅱ向陶瓷基板的電(diàn)性能(néng)。因此，用(yòng)于陶瓷基板生产(chǎn)的氧化铝必须选用(yòng)低钠氧化铝产(chǎn)品，即Na2O含量低于0．1％ 的氧化铝。
  Fe含量
  对于氧化铝中(zhōng)的Fe含量，一方面指其中(zhōng)结合的化學(xué)Fe，另一方面指夹杂在粉體(tǐ)中(zhōng)微细的游离铁(又(yòu)称机械铁)。对于其中(zhōng)的化學(xué)Fe，通常以Fe2O3 存在。对于原料中(zhōng)A12O3 夹带的Fe颗粒在陶瓷烧结过程中(zhōng)，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(néng)，因此一但．出现斑点就会导致产(chǎn)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(zhōng)Al离子的致色反应有(yǒu)很(hěn)大关系水分(fēn)含量
  一般来说陶瓷基板用(yòng)原料A12O3 粒度较小(xiǎo)，為(wèi)精(jīng)磨后的微粉，活性较高，在加工(gōng)或存放过程中(zhōng)会吸潮，因
此有(yǒu)微量的水分(fēn)。对于水基流延l 艺，其中(zhōng)的H2O含量不影响工(gōng)艺。但对于有(yǒu)机流延影响较大，通常在有(yǒu)机流延中(zhōng)用(yòng)的有(yǒu)机溶剂(如PVB)是不溶水的，只要有(yǒu)少量水，都会导致料浆絮凝，产(chǎn)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(yòng)于有(yǒu)机流延的氧化铝要严格控制水分(fēn)含量。
  其他(tā)杂质(zhì)(污染物(wù))
  除上面所提到的杂质(zhì)，由于陶瓷基板属于精(jīng)细電(diàn)子陶瓷范畴，对原料氧化铝粉體(tǐ)的洁净度要求较高，粒度通常在3000目以下，一但 昆入可(kě)见的杂质(zhì)或污染物(wù)也会对牛产(chǎn)工(gōng)艺及产(chǎn)品质(zhì)量造成很(hěn)大的影响。因此要求原料氰化铝在』J【j工(gōng)过程中(zhōng)，避免外部杂质(zhì)对氧化铝的污染，提高产(chǎn)品的洁净度。
  结晶形貌的影响
  氧化铝在高温煅烧过程中(zhōng)，因加入的矿化剂不同，结晶形貌也有(yǒu)所不同，有(yǒu)球形、片状、蠕虫状等微观形貌 ]。流延法工(gōng)艺要求高的浆體(tǐ)浓度且具(jù)有(yǒu)良好的流动性，要求流延膜均匀度高。因此，氧化铝颗粒在有(yǒu)机溶剂中(zhōng)的分(fēn)散性能(néng)越好，就越有(yǒu)利于生产(chǎn)。当氧化铝结晶不完整，且球形度不高时，颗粒表面活性提高，表面能(néng)大，其吸油率就高，从而导致浆體(tǐ)粘度增加，流动性变差，降低流延膜的均匀性，导致流延膜开裂、局部包裹瓷疱，从而降低成品率。实践证明，当氧化铝的形貌球形度越高，制备的浆體(tǐ)的粘度越低，流动性越好，流延性能(néng)越好，产(chǎn)品的成品率也就越高。
  相转化率的影响
  流延法生产(chǎn)陶瓷基板的厚度小(xiǎo)，尺寸也小(xiǎo)，且要求高的致密度和高的平整度。因此要求原料烧结活性要高，且不能(néng)产(chǎn)生大的变形量。对于煅烧αAL2O3 α相转化率越高，结晶越完整，真密度越高，烧结活性就越低。而α相转化率越低，结晶缺陷就多(duō)，真密度越低，烧结活性就越高收缩率就越大，过大的收缩率就会造成基板变形跫大，翘曲度大。但α相转化率太高时，烧结活性就低，尽管收缩率小(xiǎo)，但致密度相对低，需要更高的烧结温度，不利于控制生产(chǎn)成本。因此，用(yòng)于制备陶瓷基板的α氧化铝不但要控制适宜的α相转化率，且要保证其转化率稳定，这样才有(yǒu)利于生产(chǎn)高质(zhì)量陶瓷基板。
  粉體(tǐ)团聚的影响
  氧化铝在从氢氧化铝制备过程中(zhōng)，每一个氢氧化铝颗粒在脱水后成為(wèi)若干个微小(xiǎo)颗粒团聚體(tǐ)，并且在后期煅烧中(zhōng)仍保持团聚體(tǐ)形貌，通过充分(fēn)研磨后，团聚體(tǐ)分(fēn)散為(wèi)单个晶粒的微粉，在α氧化铝，研磨过程中(zhōng)，若不能(néng)完全将团聚粒研磨分(fēn)散，就会存在一部分(fēn)团聚粒，这些未被研磨开的小(xiǎo)团聚在流延过程中(zhōng)会形成空洞，从而降低陶瓷致密度和陶瓷基板的强度。因而，用(yòng)于流延法陶瓷基板的氧化铝粉體(tǐ)必须為(wèi)全研磨粉體(tǐ)，不能(néng)有(yǒu)颗粒团聚现象。
  综上所述，用(yòng)于流延法陶瓷基板的氧化铝中(zhōng)杂质(zhì)含量、结晶形貌、 ．相转化率、粒度分(fēn)布均对流延工(gōng)艺及陶瓷基板的质(zhì)量有(yǒu)较大的影响，因此一般要求：
  (1)Na2O含量低于0．1％ ，Fe及Fe2O H2O含量尽可(kě)能(néng)低；
  (2)结晶形貌以球形為(wèi)好；
  (3)原料氧化铝的α相转化率应控制适宜，且保持稳定；
  (4)氧化铝应经过充分(fēn)研磨，减少团聚颗粒。