專利名稱：：陶瓷基板的流延法制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種陶瓷基板的流延法制備工藝，屬陶瓷材料
技術(shù)領(lǐng)域：
。陶瓷基板廣泛用于作為電子元器件的絕緣襯底、混合集成電路(HIC)的基片和封裝外殼等。目前，大多采用流延法制備陶瓷基板，而獲得物料分散均勻、粘度適中的流延漿料是流延法制備技術(shù)的關(guān)鍵。通常，流延漿料是由一定組成、配比的陶瓷原料粉體與溶劑和多種有機成型助劑，按照一定的工藝過程先后加入，采用球磨的方法，在一定的時間內(nèi)均勻混合而成。有機成型助劑通常包括粘結(jié)劑、分散劑、增塑劑和除泡劑等。依據(jù)漿料中溶劑的種類不同，流延漿料體系主要包括水系、非水系兩大類；非水系又分為苯系和非苯系兩種。在以水和非苯有機化合物作為溶劑的水系和非苯系漿料中，由于水和非苯有機化物的揮發(fā)速度慢等原因，所以大都用于微米量級厚度的陶瓷膜材料或非連續(xù)片式陶瓷生產(chǎn)中；苯系漿料大多采用苯和甲苯作為溶劑，由于苯或甲苯易于揮發(fā)，有利于流延坯片的在機快速干燥等因素，因此目前國內(nèi)外均采用苯或甲苯漿料體系生產(chǎn)厚度在毫米量級的陶瓷基板。但是，由于苯和甲苯的沸點很低，揮發(fā)速度快，因此干燥速度不易控制，成本也較高；同時，苯和甲苯有毒，會對環(huán)境造成污染，危害人體健康。本發(fā)明的目的是研究一種陶瓷基板的流延法制備工藝，使其可用于工業(yè)化大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)的陶瓷基板成本低，而且流延漿料無毒。本發(fā)明設(shè)計的陶瓷基板的流延法制備工藝，由以下各步驟組成1.制備流延漿料漿料組成(重量組份)由30～60wt％、半徑為1.2～2.5μm的陶瓷粉體與0～48wt％的添加劑相混的陶瓷漿料55～70溶劑20～30粘結(jié)劑2.5～4.5分散劑0.8～3增塑劑3.5～5.5除泡劑0.01～0.1上述組份中的添加劑為CaO-Al2O3-SiO3、MgO-Al2O3-SiO2、CaO-MgO-Al2O3-SiO2、Y2O2、Dy2O3、CaO、B2O3、YF3、CaF2中的任何一種，溶劑為二甲苯與無水乙醇的混合物，其比例為1～2∶1，粘結(jié)劑為聚乙烯醇縮丁醛，分散劑為油酸或三油酸甘油酯，增塑劑為鄰苯二甲酸二丁脂和聚乙二醇的混合物，其比例為1∶2～3，除泡劑為磷酸三丁酯、有機硅油或醇類混合物中的任何一種，其中的醇類混合物是體積百分比為42～50％正丁醇、55～40％乙二醇、2～7％無水乙醇和1～3％辛醇的混合物，上述組份的混合過程為將上述配比的陶瓷粉體和添加劑加入溶劑中，再加入分散劑，進行一次球磨，球磨時間為24～48小時，然后加入粘結(jié)劑和增塑劑進行二次球磨，球磨時間為24～48小時，最后加入除泡劑在真空度為-0.95Mpa的真空密封攪拌罐中進行真空除泡，攪拌速度為60～120轉(zhuǎn)/分，攪拌時間為15～30分鐘，制得流延漿料；2.用流延成型機對流延漿料進行流延，同時在60～120℃下干燥1～2小時，制備成厚度為20μm～1.5mm的坯片；3.在550～650℃下排膠，升溫速度為60～80℃/時，然后在1200～1850℃下燒結(jié)0.5～5小時，即成為陶瓷基片。本發(fā)明的該流延漿料體系不僅適用于Al2O3陶瓷基板的流延法生產(chǎn)，而且適用于AlN、莫來石、玻璃陶瓷、Si3N4、BeO等陶瓷基板的流延法生產(chǎn)。將按一定配比的陶瓷原料和助燒結(jié)劑粉體加入溶劑中、再加入一定量的分散劑，通過球磨機進行一次球磨，達(dá)到混合均勻的目的。根據(jù)陶瓷原料性質(zhì)和顆粒尺寸的不同，球磨時間可在24-48小時之間選擇。然后，再加入一定量的粘結(jié)劑和增塑劑進行二次球磨。經(jīng)24-48小時球磨就得到了流延毛漿。流延毛漿中含有大量的氣泡，必須對流延毛漿進行真空除泡處理。真空除泡在密封攪拌罐中進行，要加入少量的除泡劑，攪拌速度為60-120轉(zhuǎn)/分，真空度為-0.95MPa，攪拌時間可根據(jù)漿料的重量和粘度等特性在15-30分鐘之間選擇。經(jīng)過真空除泡處理后就獲得適于流延成型的流延漿料。根據(jù)所需流延陶瓷基板的厚度，考慮燒結(jié)過程的收縮率、流延漿料的粘度和流延環(huán)境的溫度和濕度等因素，精確設(shè)定儲料槽中漿料的液面高度、調(diào)節(jié)流延刮刀的刀口的高度以及流延機的走帶速度來控制坯片的厚度。即儲料槽中的漿料液面高度、刮刀刀口高度和流延走帶速度三個流延控制參數(shù)必須綜合考慮、精密匹配，才能獲得所需陶瓷基板的精確厚度尺寸。然后，根據(jù)流延漿料的特性和流延坯帶的厚度、濕度，設(shè)定流延機各干燥溫區(qū)的干燥溫度，形成一連續(xù)變化的干燥溫度分布。在上述準(zhǔn)備工作完成后，將流延漿料倒入流延成型機上的儲料槽中，即可啟動流延機，漿料就自動在被傳動的聚酯塑料薄膜上平鋪而形成流延坯片并被干燥。將干燥后的坯片從聚酯塑料薄膜上取下，可采用連續(xù)式窯爐一次完成排膠和燒成生產(chǎn)所需的陶瓷基板。排膠溫度在0-600℃區(qū)間，升溫速度根據(jù)坯片的厚度進行調(diào)整，一般為60-80℃/小時。根據(jù)不同的陶瓷基板的原料和配方的性質(zhì)制定不同的燒成溫度，一般情況下從600℃到最高燒成溫度，升溫速度可設(shè)定在100-150℃/小時范圍內(nèi)。排膠之后的高溫?zé)?，對于氧化物陶瓷基板，可在空氣氣氛中燒結(jié)；對于氮化物陶瓷基板，必須在氮氣氣氛保護下進行燒成。或者，排膠工藝和燒成工藝過程分立進行，可采用石墨高溫電阻爐、氮氣保護進行燒成。由本發(fā)明制備的流延漿料，由于混合溶劑二甲苯/無水乙醇無毒性，所以不會對環(huán)境造成污染和人體造成危害，且成本比傳統(tǒng)漿料體系低10％左右。此外，混合溶劑具有適中的沸點，流延坯帶的干燥速率易于控制，可實現(xiàn)在機干燥的陶瓷基板的流延法制備。由于同時采用兩種增塑劑，其組成比例可在較大的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，所以干燥后的流延素坯具有高的柔韌性和耐久性。下面介紹具體實施例方式實施例195％Al2O3陶瓷基板的制備。采用添加MgO-Al2O3-SiO2助燒結(jié)劑系統(tǒng)流延法制備95％Al2O3陶瓷基板。各種陶瓷粉體原料α-Al2O3、燒滑石、CaCO3的平均顆粒尺寸分別為1.9、2.0、1.2微米。按α-Al2O3∶燒滑石∶CaCO3＝95∶4∶1的比例配制6.5kg陶瓷原料，再加入0.1kg三油酸甘油脂，2.5kg二甲苯和無水乙醇的混合溶劑，其中二甲苯/無水乙醇＝3/2。將其進行一次球磨均混，球磨時間為30小時。球磨后再加入0.4kg聚乙烯醇縮丁醛，0.5kg鄰苯二甲酸二丁脂和聚乙二醇的混合料，其中鄰苯二甲酸二丁脂/聚乙二醇＝2/3。然后，進行二次球磨制備流延毛漿，球磨時間為40小時。將混合好的流延毛漿倒入漿料罐中，加入0.004kg醇類混合物除泡劑，除泡劑由正丁醇/乙二醇/無水乙醇/辛醇四種醇類物質(zhì)按體積百分比為40∶54∶5∶1混合。然后密閉漿料罐后對流延毛漿進行真空除泡處理，保持漿料罐的真空度為-0.95MPa，邊攪拌邊進行真空除泡。攪拌速度為100轉(zhuǎn)/分，真空除泡時間為20分鐘。經(jīng)過真空除泡處理后的流延漿料粘度為16Pa·s。精確設(shè)定儲料槽中漿料的液面高度、調(diào)節(jié)流延刮刀的刀口的高度以及流延機的走帶速度和各干燥溫區(qū)的溫度后，啟動流延漿料輸送系統(tǒng)，將流延漿料輸入流延成型機上的儲料槽，開動機器，漿料自動在聚酯塑料薄膜上平鋪形成流延坯片，在機干燥最高溫度為98℃，獲得干燥后的流延坯片的厚度為1.2mm。將干燥后的坯片從聚酯塑料薄膜上取下，利用沖壓機沖制成片，放入連續(xù)式窯爐中進行排膠和燒成。排膠溫度為0-600℃，升溫速度為75℃/小時。排膠后在1560℃，升溫速度為120℃/小時，恒溫1小時條件下進行燒成，最后經(jīng)1450℃，10分鐘高溫整平獲得95％Al2O3陶瓷基板。基板性能見表1。表1.流延法制備的95％Al2O3陶瓷基板性能實施例299％Al2O3陶瓷基板的制備。采用添加MgO為助燒結(jié)劑流延法制備99％Al2O3陶瓷基板。各種陶瓷粉體原料α-Al2O3、MgO的平均顆粒尺寸分別為1.5、1.2微米。按α-Al2O3∶MgO＝99∶1.0的比例配制6.5kg陶瓷原料，再加入0.13kg三油酸甘油脂，2.8kg二甲苯和無水乙醇的混合溶劑，其中二甲苯/無水乙醇＝3/2。將其進行一次球磨均混，球磨時間為36小時。球磨后再加入0.35kg聚乙烯醇縮丁醛，0.5kg鄰苯二甲酸二丁脂和聚乙二醇的混合料，其中鄰苯二甲酸二丁脂/聚乙二醇＝2.2/3。然后，進行二次球磨制備流延毛漿，球磨時間為48小時。將混合好的流延毛漿倒入漿料罐中，加入0.004kg醇類混合物除泡劑，除泡劑由正丁醇/乙二醇/無水乙醇/辛醇四種醇類物質(zhì)按體積百分比為41∶53∶5∶1混合。然后密閉漿料罐后對流延毛漿進行真空除泡處理。保持漿料罐的真空度為-0.95MPa，邊攪拌邊進行真空除泡。攪拌速度為100轉(zhuǎn)/分，真空除泡時間為20分鐘。獲得經(jīng)過真空除泡處理后的流延漿料粘度為17Pa.s。精確設(shè)定儲料槽中漿料的液面高度、調(diào)節(jié)流延刮刀的刀口的高度以及流延機的走帶速度和各干燥溫區(qū)的溫度后，啟動流延漿料輸送系統(tǒng)，將流延漿料輸入流延成型機上的儲料槽，開動機器，漿料自動在聚酯塑料薄膜上平鋪形成流延坯片。在機干燥最高溫度為90℃，獲得干燥后的流延坯片的厚度為0.8mm。將干燥后的坯片從聚酯塑料薄膜上取下，利用沖壓機沖制成片，放入連續(xù)式窯爐中進行排膠和燒成。排膠溫度為0-600℃，升溫速度為75℃/小時。排膠后在1780℃，升溫速度為120℃/小時，恒溫1小時條件下進行燒成，最后經(jīng)1620℃，10分鐘高溫整平獲得99％Al2O3陶瓷基板?；逍阅芤姳?。表2.流延法制備的99％Al2O3陶瓷基板性能實施例3低溫?zé)Y(jié)流延AlN陶瓷基板的制備。采用添加YF3-Y2O3-CaF2助燒結(jié)劑系統(tǒng)流延法制備AlN陶瓷基板。各種陶瓷粉體原料AlN、YF3、Y2O3和CaF2的平均顆粒尺寸分別為1.5、1.6、2.0和1.8微米。按AlN∶YF3∶Y2O3∶CaF2＝94∶2∶1∶2的比例配制6.0kg陶瓷原料，再加入0.14kg三油酸甘油脂，2.8kg二甲苯和無水乙醇的混合溶劑，其中二甲苯/無水乙醇＝3.1/2。將其進行一次球磨均混，球磨時間為28小時。球磨后再加入0.38kg聚乙烯醇縮丁醛，0.6kg鄰苯二甲酸二丁脂和聚乙二醇的混合料，其中鄰苯二甲酸二丁脂/聚乙二醇＝2/3。然后，進行二次球磨制備流延毛漿，球磨時間為28小時。將混合好的流延毛漿倒入漿料罐中，加入0.004kg醇類混合物除泡劑，除泡劑由正丁醇/乙二醇/無水乙醇/辛醇四種醇類物質(zhì)按體積百分比為44∶53∶2∶1混合。然后密閉漿料罐后對流延毛漿進行真空除泡處理。保持漿料罐的真空度為-0.95MPa，邊攪拌邊進行真空除泡。攪拌速度為100轉(zhuǎn)/分，真空除泡時間為20分鐘。獲得經(jīng)過真空除泡處理后的流延漿料粘度為20Pa·s。精確設(shè)定儲料槽中漿料的液面高度、調(diào)節(jié)流延刮刀的刀口的高度以及流延機的走帶速度和各干燥溫區(qū)的溫度后，啟動流延漿料輸送系統(tǒng)，將流延漿料輸入流延成型機上的儲料槽，開動機器，漿料自動在聚酯塑料薄膜上平鋪形成流延坯片。在機干燥最高溫度為95℃，獲得干燥后的流延坯片的厚度為1mm。將干燥后的坯片從聚酯塑料薄膜上取下，利用沖壓機沖制成片，置于電爐中進行排膠。排膠最高溫度為580℃，升溫速度為75℃/小時。將排膠后的素坯置于高溫石墨電阻爐中，流動N2氣氛保護，在1650℃，升溫速度為150℃/小時，恒溫4小時的條件下進行燒成AlN陶瓷基板?；逍阅芤姳?。表3.流延法制備的1650℃燒成的AlN陶瓷基板性能實施例4高溫?zé)Y(jié)流延AlN陶瓷基板的制備。采用添加Dy2O3-CaO助燒結(jié)劑系統(tǒng)流延法制備AlN陶瓷基板。各種陶瓷粉體原料AlN、Dy2O3和CaO的平均顆粒尺寸分別為18、15和18微米。按AlN∶Dy2O3∶CaO＝97∶2∶1的比例配制6.0kg陶瓷原料，再加入0.13kg三油酸甘油脂，2.8kg二甲苯和無水乙醇的混合溶劑，其中二甲苯/無水乙醇＝3/2。將其進行一次球磨均混，球磨時間為28小時。球磨后再加入0.45kg聚乙烯醇縮丁醛，0.58kg鄰苯二甲酸二丁脂和聚乙二醇的混合料，其中鄰苯二甲酸二丁脂/聚乙二醇＝2/3。然后，進行二次球磨制備流延毛漿，球磨時間為28小時。將混合好的流延毛漿倒入漿料罐中，加入0.004kg醇類混合物除泡劑，除泡劑由正丁醇/乙二醇/無水乙醇/辛醇四種醇類物質(zhì)按體積百分比為43∶53∶3∶1混合。然后密閉漿料罐后對流延毛漿進行真空除泡處理。保持漿料罐的真空度為-0.95MPa，邊攪拌邊進行真空除泡。攪拌速度為100轉(zhuǎn)/分，真空除泡時間為20分鐘。獲得經(jīng)過真空除泡處理后的流延漿料粘度為16Pa·s。精確設(shè)定儲料槽中漿料的液面高度、調(diào)節(jié)流延刮刀的刀口的高度以及流延機的走帶速度和各干燥溫區(qū)的溫度后，啟動流延漿料輸送系統(tǒng)，將流延漿料輸入流延成型機上的儲料槽，開動機器，漿料自動在聚酯塑料薄膜上平鋪形成流延坯片。在機干燥最高溫度為100℃，獲得干燥后的流延坯片的厚度為1.2mm。將干燥后的坯片從聚酯塑料薄膜上取下，利用沖壓機沖制成片，置于電爐中進行排膠。排膠最高溫度為580℃，升溫速度為75℃/小時。將排膠后的素坯置于高溫石墨電阻爐中，流動N2氣氛保護，在1820℃，升溫速度為150℃/小時，恒溫4小時的條件下進行燒成AlN陶瓷基板?；逍阅芤姳?。表3.流延法制備的1820℃燒成的AlN陶瓷基板性能<tablesid="table4"num="004"><tablewidth="615">性能項目性能性能項目性能體積密度3.23kg/m3體電阻率1013Ω·cm抗彎強度345Mpa介電常數(shù)8.8熱導(dǎo)率188W/m·k介質(zhì)損耗6×10-4(1MHz)</table></tables>權(quán)利要求1.一種陶瓷基板的流延法制備工藝，其特征在于該工藝由以下各步驟組成(1)制備流延漿料漿料組成(重量組份)由30～60wt％、半徑為1.2～2.5μm的陶瓷粉體與0～48wt％的添加劑相混的陶瓷漿料55～70溶劑20～30粘結(jié)劑2.5～4.5分散劑0.8～3增塑劑3.5～5.5除泡劑0.01～0.1上述組份中的添加劑為CaO-Al2O3-SiO3、MgO-Al2O3-SiO2、CaO-MgO-Al2O3-SiO2、Y2O2、Dy2O3、CaO、B2O3、YF3、CaF2中的任何一種，溶劑為二甲苯與無水乙醇的混合物，其比例為1～2∶1，粘結(jié)劑為聚乙烯醇縮丁醛，分散劑為油酸或三油酸甘油酯，增塑劑為鄰苯二甲酸二丁脂和聚乙二醇的混合物，其比例為1∶2～3，除泡劑為磷酸三丁酯、有機硅油或醇類混合物中的任何一種，其中的醇類混合物是體積百分比為42～50％正丁醇、55～40％乙二醇、2～7％無水乙醇和1～3％辛醇的混合物，上述組份的混合過程為將上述配比的陶瓷粉體和添加劑加入溶劑中，再加入分散劑，進行一次球磨，球磨時間為24～48小時，然后加入粘結(jié)劑和增塑劑進行二次球磨，球磨時間為24～48小時，最后加入除泡劑在真空度為-0.95Mpa的真空密封攪拌罐中進行真空除泡，攪拌速度為60～120轉(zhuǎn)/分，攪拌時間為15～30分鐘，制得流延漿料；(2)用流延成型機對流延漿料進行流延，同時在60～120℃下干燥1～2小時，制備成厚度為20μm～1.5mm的坯片；(3)在550～650℃下排膠，升溫速度為60～80℃/時，然后在1200～1850℃下燒結(jié)0.5～5小時，即成為陶瓷基片。全文摘要本發(fā)明涉及一種陶瓷基板的流延法制備工藝,采用無毒的二甲苯/無水乙醇作為混合溶劑,聚乙烯醇縮丁醛(PVB)作為粘結(jié)劑,鄰苯二甲酸二丁脂(DBP)和聚乙二醇(PEG)作為增塑劑,魚油、油酸或三油酸甘油脂(GTO)作為分散劑,磷酸三丁脂、有機硅油或醇類混合物作為除泡劑等。制成流延漿料后再制成流延坯片,經(jīng)干燥、排膠、燒結(jié)制成陶瓷基片。用本發(fā)明的工藝,制成的流延漿料無毒,成本低。制成的流延素坯具有高的柔韌性和耐久性。文檔編號C04B35/00GK1203206SQ98103410公開日1998年12月30日申請日期1998年7月24日優(yōu)先權(quán)日1998年7月24日發(fā)明者周和平,吳音,陳浩,陳虎,劉耀誠,陳克新申請人:清華大學(xué)