中國粉體網訊 高純氧化鋁陶瓷基板因其生產加工技術成熟、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如下問題：
（1）高純氧化鋁粉體經過流延、干燥剪裁、多層疊片、等溫靜壓處理、燒結等多道復雜工序的得到的薄膜氧化鋁陶瓷基板，材質純度低，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品在組裝和試驗過程中出現裂紋、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，線條邊緣毛刺等質量問題，影響電路信號質量，甚至造成產品多余物。
因衛星在軌不可維修性和高可靠性要求，種種問題限制了國產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重要。
高純氧化鋁基板制備要點
經研究實踐可知，溶劑體系、流延膜帶厚度以及脫粘燒結工藝參數等是制備過程的關鍵，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、流延膜片表面狀態及成膜效果。在分散劑、粘結劑和塑化劑固定的前提下，不同溶劑體系的流延成型狀態差異較多。
流延成型工藝流程圖
比如，無水乙醇空氣中易揮發，漿料在流延過程中很容易結膜，流延膜片也容易開裂。經過反復試驗，開發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。可用于制備漿料可獲得高固含量漿料，且能夠獲得性能穩定的膜片。
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。經試驗結果表明，流延膜片厚度主要受漿料狀態和流延刀口高度的影響，隨著流延漿料固含量的提高，燒結基板平均密度逐漸變大，寬度和厚度方向收縮率趨于穩定。根據這一規律，精細調控固含量和燒結溫度可精確控制燒結基板的最終尺寸。
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，影響基板外觀和平整度的因素很多，其中疊層、脫粘和燒結是關鍵環節。
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表面缺陷和平整度的問題，經多次實驗對比，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，基板素壞在爐膛內是采取疊放脫粘方式。經過多種實驗表明，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，進一步優化了脫粘過程疊層層數，最高層數最終確定為5層。
3.3 燒結工藝控制
燒結是氧化鋁陶瓷基板制備的較為關鍵的一道工序，由于燒結溫度較高，雜質容易碳化，為避免基板被污染，蓋板和墊板的選擇很重要。經試驗確定，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。
不同燒結方式基板狀態統計
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，燒結基板也容易剝離，且燒結基板具有較高的平整度。優化后的燒結方式，保證了基板產品的外觀質量和平整度，通過進一步調節燒結溫度，實現了與進口基板性能相近的高純氧化鋁基板的制備。
燒結基板的表面（左）和斷面（右）顯微結構
近年來，隨著我國陶瓷材料研制技術水平的提升國產高純氧化鋁陶瓷基板性能已達到或超越國際同類產品。雖然國產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
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.宇航材料工藝
中國粉體網：陶瓷流延成型好壞，往往“料”說了算
（中國粉體網編輯整理/空青）
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