陶瓷基板生產(chǎn)流程演講人：日期:CATALOGUE目錄01原材料準(zhǔn)備02成型工藝03燒結(jié)過程04表面處理05金屬化處理06質(zhì)量檢測01原材料準(zhǔn)備陶瓷粉末選擇粉末特性檢測通過激光粒度分析儀、BET比表面積測試和XRD物相分析等手段，確保粉末的粒徑分布、比表面積（3-5m2/g）和晶型符合工藝要求。氮化鋁粉末（AlN）用于高導(dǎo)熱場景，需選用氧含量低于1%、粒徑分布窄（D50約1μm）的粉末，其導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)170-200W/(m·K)，但需嚴(yán)格管控水解問題。氧化鋁粉末（Al2O3）作為陶瓷基板的主要原料，需選擇高純度（99%以上）、粒徑均勻（0.5-1.5μm）的α相氧化鋁粉末，以確保燒結(jié)后的基板具有高機(jī)械強(qiáng)度和低介電損耗。添加1-3wt%的Y2O3或CaO-MgO-SiO2系玻璃粉，可降低氧化鋁燒結(jié)溫度（從1600℃降至1500℃），同時抑制晶粒異常長大。添加劑混合燒結(jié)助劑加入0.5-1.5%的聚乙烯醇縮丁醛（PVB）或丙烯酸酯類分散劑，改善漿料流變特性，防止粉末沉降和結(jié)團(tuán)。流變調(diào)節(jié)劑采用鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）與聚乙二醇（PEG400）復(fù)合配方（比例3:1），總添加量4-6%，可增強(qiáng)生坯柔韌性（抗彎強(qiáng)度≥10MPa）。塑化劑體系漿料制備球磨工藝采用氧化鋯球磨罐，固含量控制在65-75%，球料比3:1，轉(zhuǎn)速200-300rpm，球磨時間12-24小時，使?jié){料粘度穩(wěn)定在3000-5000cP（25℃）。除氣處理通過真空脫泡機(jī)在-0.095MPa條件下處理30分鐘，消除漿料中微氣泡，避免燒結(jié)后基板出現(xiàn)氣孔（目標(biāo)孔隙率＜2%）。粘度調(diào)控采用旋轉(zhuǎn)粘度計實時監(jiān)測，通過添加乙醇/二甲苯共沸溶劑（7:3）調(diào)整粘度，確保流延成型時厚度偏差＜±5μm。02成型工藝流延法通過擠出機(jī)將熔融陶瓷漿料均勻擠出至傳送帶，經(jīng)氣刀精確控制厚度并配合冷卻輥筒快速定型，最終經(jīng)切邊、牽引和卷取形成連續(xù)片材。其核心設(shè)備包括高精度螺桿擠出機(jī)、多級溫度控制系統(tǒng)和閉環(huán)張力調(diào)節(jié)裝置。流延成型法工藝原理與設(shè)備配置需精確調(diào)控漿料粘度（通?？刂圃?000-5000cP）、流延速度（0.5-5m/min）及干燥溫度梯度（40-120℃分段升溫），氣刀壓力波動需控制在±0.5kPa以內(nèi)以保證厚度公差±2μm。關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)控制多層共擠流延技術(shù)可實現(xiàn)3-7層功能梯度材料同步成型，如LTCC基板中導(dǎo)體/介質(zhì)/保護(hù)層的集成制造，層間界面結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)15MPa以上。高端應(yīng)用拓展粉體預(yù)處理工藝采用雙向加壓模式（壓力50-200MPa），保壓時間30-120秒，模具設(shè)計需考慮8-15%的燒結(jié)收縮率。先進(jìn)系統(tǒng)配備伺服電機(jī)驅(qū)動，壓制速度可達(dá)60次/分鐘。壓制過程優(yōu)化缺陷控制措施通過模壁潤滑（硬脂酸鋅涂層）和階梯式卸壓可降低分層風(fēng)險，生坯密度均勻性偏差需控制在±0.05g/cm3以內(nèi)，抗彎強(qiáng)度應(yīng)＞10MPa。采用噴霧造粒技術(shù)制備流動性粉體（粒徑D50=50-100μm），添加0.5-3wt%聚乙烯醇粘合劑，通過V型混料機(jī)實現(xiàn)2小時以上的均勻混合，確保松裝密度1.2-1.8g/cm3。干壓成型法等靜壓成型法高壓容器系統(tǒng)設(shè)計工作壓力常達(dá)100-300MPa，采用多層預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)，配備液壓伺服系統(tǒng)和PID壓力控制模塊，壓力波動＜0.5%。介質(zhì)多選用水-油乳化液或硅油，溫度控制精度±1℃。特殊材料成型優(yōu)勢適用于納米陶瓷（如Al?O?納米粉體）和硬質(zhì)合金（WC-Co）的致密化成型，相對密度可達(dá)60-65%，比常規(guī)干壓提高15-20%。彈性模具技術(shù)采用聚氨酯或天然橡膠模具（邵氏硬度60-90A），壁厚均勻性誤差＜0.1mm。復(fù)雜形狀制品需開發(fā)分體式模具，配合3D打印技術(shù)實現(xiàn)型腔精度±0.05mm。03燒結(jié)過程溫度曲線設(shè)定燒結(jié)過程需嚴(yán)格遵循多段升溫曲線，初始階段以5-10℃/min的速率升溫至300℃以排除有機(jī)黏合劑，中段以3-5℃/min升至800℃完成預(yù)燒結(jié)，最終階段以1-2℃/min升至1600-1800℃實現(xiàn)致密化，避免熱應(yīng)力導(dǎo)致基板開裂。分段升溫策略氧化鋁基板燒結(jié)峰值溫度需控制在1600±10℃，氮化鋁基板則需1750±15℃，過高會導(dǎo)致晶粒異常生長，過低則致密化不足，影響導(dǎo)熱性和機(jī)械強(qiáng)度。峰值溫度控制在峰值溫度下保溫2-4小時，確保晶界擴(kuò)散充分完成，同時需結(jié)合材料厚度調(diào)整時間，厚度超過1mm時需延長保溫時間20%-30%。保溫時間優(yōu)化惰性氣體保護(hù)燒結(jié)全程需通入高純度氮?dú)猓兌取?9.999%）或氬氣，氧含量需低于10ppm，防止銅箔氧化及陶瓷基體成分變異，尤其氮化鋁基板在高溫下易與氧氣反應(yīng)生成氧化鋁層。氣氛控制還原性氣氛調(diào)節(jié)針對銅箔鍵合工藝，需在升溫至800℃后注入含2%-5%氫氣的混合氣體，還原銅表面氧化物，確保鍵合界面無雜質(zhì)，氫氣流速控制在0.5-1.5L/min。氣壓動態(tài)平衡燒結(jié)爐內(nèi)壓力需維持在微正壓（1.05-1.1atm），防止外界空氣滲入，同時通過壓力傳感器實時監(jiān)控，避免氣壓波動導(dǎo)致基板孔隙率升高。冷卻階段管理銅箔退火同步冷卻至200℃以下時啟動銅箔再結(jié)晶退火，維持爐內(nèi)氫氣氛圍（1%-3%H2），提升銅箔延展性，使其與陶瓷基板的熱膨脹系數(shù)差異適應(yīng)性增強(qiáng)。晶界應(yīng)力釋放在800-600℃區(qū)間保持30分鐘緩冷，促進(jìn)晶界應(yīng)力松弛，減少微裂紋產(chǎn)生，尤其對大面積基板（>100mm×100mm）此步驟至關(guān)重要。梯度降溫設(shè)計高溫區(qū)（>1000℃）冷卻速率不超過3℃/min，中溫區(qū)（1000-500℃）可提升至5℃/min，低溫區(qū)（<500℃）允許自然冷卻，避免驟冷導(dǎo)致基板翹曲或銅箔剝離。04表面處理研磨技術(shù)01采用高精度研磨設(shè)備（如雙面研磨機(jī)）對陶瓷基板表面進(jìn)行粗磨和精磨，確?；搴穸染鶆蛐钥刂圃凇?.02mm以內(nèi)，同時消除基片切割后的微觀裂紋和應(yīng)力集中。精密機(jī)械研磨02針對高硬度氮化鋁（AlN）基板，使用金剛石砂輪進(jìn)行階梯式研磨，通過調(diào)整砂輪目數(shù)（從#200至#2000）逐步提升表面平整度，減少亞表面損傷層厚度至5μm以下。金剛石砂輪研磨03結(jié)合氧化鋁研磨漿料與機(jī)械拋光，實現(xiàn)納米級表面粗糙度（Ra<0.1μm），特別適用于高頻電路基板對表面光潔度的嚴(yán)苛要求?；瘜W(xué)機(jī)械研磨（CMP）拋光工藝采用聚氨酯拋光墊配合氧化鈰拋光液，通過恒壓拋光工藝（壓力0.1-0.3MPa）去除研磨殘留的微劃痕，使表面粗糙度降至Ra<10nm，滿足薄膜電路沉積需求。無紡布拋光在高真空環(huán)境下使用氬離子束轟擊基板表面，實現(xiàn)原子級平整（粗糙度<0.5nm），適用于5G通信模塊等超高頻應(yīng)用場景。離子束拋光結(jié)合超聲波振動（頻率20-40kHz）與化學(xué)拋光液，有效清除陶瓷晶界處的殘留雜質(zhì)，提升表面活性以增強(qiáng)后續(xù)金屬化層附著力。超聲輔助拋光清洗與干燥依次采用堿性溶液（pH=9-11）、去離子水、異丙醇進(jìn)行三級超聲清洗（頻率40-120kHz），徹底去除研磨拋光殘留的顆粒和有機(jī)污染物，確保表面潔凈度達(dá)Class100級。通過射頻（RF）或微波等離子體處理，在氧氣/氬氣混合氣氛中活化表面羥基（-OH），使銅箔鍵合前的表面能提升至60mN/m以上。采用階梯式溫控紅外隧道爐（80℃→120℃→60℃），在氮?dú)獗Ｗo(hù)下快速去除表面水分，避免傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥導(dǎo)致的微裂紋問題。多級超聲清洗等離子體清洗紅外輻射干燥05金屬化處理要點(diǎn)三高精度圖形轉(zhuǎn)移通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)將金屬漿料（如鎢、鉬等）精確印刷到陶瓷基板表面，形成電路圖形，需控制漿料黏度、網(wǎng)版目數(shù)及印刷壓力以保證線條清晰度和邊緣銳利度。漿料成分優(yōu)化金屬漿料需包含導(dǎo)電相（金屬粉末）、玻璃相（助熔劑）和有機(jī)載體，比例調(diào)配直接影響燒結(jié)后的導(dǎo)電性和附著力，通常需經(jīng)過多次實驗驗證配方穩(wěn)定性。干燥工藝控制印刷后的基板需在80-150℃環(huán)境下緩慢干燥，避免快速升溫導(dǎo)致漿料開裂或收縮不均，影響后續(xù)燒結(jié)質(zhì)量。絲網(wǎng)印刷010203真空濺射鍍膜采用磁控濺射技術(shù)在陶瓷表面沉積銅、鎳等金屬薄膜，厚度通常為0.1-2μm，需調(diào)控濺射功率、氣壓和基板溫度以提升薄膜致密性和結(jié)合力。電鍍增厚金屬層通過電鍍銅將濺射薄膜增厚至10-50μm，需優(yōu)化電流密度、電解液成分（如硫酸銅體系）及添加劑（光亮劑、整平劑）以確保鍍層均勻無孔隙。界面結(jié)合強(qiáng)化在濺射或電鍍前對陶瓷表面進(jìn)行等離子清洗或化學(xué)活化處理，去除污染物并提高表面能，增強(qiáng)金屬-陶瓷界面的機(jī)械互鎖效應(yīng)。電鍍或濺射010203金屬層燒結(jié)在還原性氣氛（如H2/N2混合氣體）中加熱至900-1000℃，使金屬層與陶瓷基板形成化學(xué)鍵合，需精確控制升溫曲線（如5-10℃/min）以避免熱應(yīng)力開裂。高溫共燒工藝通過添加微量活性元素（如鈦、鉻）促進(jìn)金屬-陶瓷界面反應(yīng)，形成過渡層（如CuAlO2），顯著提升結(jié)合強(qiáng)度（可達(dá)50MPa以上）。燒結(jié)致密化調(diào)控采用分段冷卻策略（如先快冷至300℃再緩冷至室溫），減少因熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的翹曲問題，確?；迤秸取?.1mm/100mm。冷卻速率管理01020306質(zhì)量檢測尺寸精度測量平面度檢測使用激光干涉儀或光學(xué)輪廓儀測量基板表面平整度，確保偏差控制在±0.02mm以內(nèi)，避免因翹曲影響后續(xù)電路層壓合工藝。厚度均勻性測試通過高精度千分尺或非接觸式測厚儀多點(diǎn)采樣，驗證基板整體厚度一致性，公差需符合±5μm標(biāo)準(zhǔn)，以保證散熱均勻性和機(jī)械強(qiáng)度。圖形線寬/間距檢測采用自動光學(xué)檢測（AOI）設(shè)備掃描蝕刻后的銅箔線路，確保線寬誤差≤10μm，防止因線路偏差導(dǎo)致電流分布不均或短路風(fēng)險。物理性能測試熱導(dǎo)率測試通過激光閃射法（LFA）測定基板導(dǎo)熱系數(shù)，氮化鋁（AlN）基板需達(dá)到170-200W/(m·K)，氧化鋁（Al2O3）基板需滿足24-28W/(m·K)，以滿足大功率器件散熱需求?？箯潖?qiáng)度測試使用三點(diǎn)彎曲試驗機(jī)評估基板機(jī)械強(qiáng)度，要求Al2O3基板抗彎強(qiáng)度≥300MPa，AlN基板≥350MPa，確保在高溫服役環(huán)境下不易斷裂。熱膨脹系數(shù)（CTE）匹配性通過熱機(jī)械分析儀（TMA）檢測基板與銅箔的CTE差異，需控制在7-8ppm/℃范圍內(nèi)，減少熱