陶瓷基板及其金属化(可伐片瓷片膨胀系数

水作为溶剂： 优点：成本低、使用安全卫生和便于大规模生产。 缺点：
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对粉料颗粒的湿润性能较差，挥发慢、干燥时间长；
浆料除气困难，气泡的存在会影响素胚膜的质量； 水基浆料所用粘结剂多为乳状液，市场上产品较少，使粘 结剂的选择受限制； 某些陶瓷材料，如氮化物和碳化物能与水反应在其表面生 成一层氧化膜，而和CaO、MgO等材料具有吸湿性，不宜 采用水作溶剂。
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4、陶瓷基板的金属化
（1）厚膜法印刷 形成导体（电路布线）及电阻等，经烧结 形成及引线接点等。
厚膜浆料： 粒度1-5微米的金属粉末； 玻璃粘结剂 （10%)； 有机载体 （有机溶剂、增稠剂、表面活 性剂等）； 球磨混联而成。
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玻璃系
（玻璃结合）
氧化物系 （化学结合） 玻璃与氧化物混 合系 （混合结构)

设备简单，生产效率高，可连续操作，自 动化水平高； 坯体致密，膜片弹性好，致密度高； 工艺稳定，生产的膜片厚度范围较宽且可 控，因此在陶瓷工业得到广泛的应用。
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（2）流延法主要成分及其作用机理 原料：原始陶瓷粉料、溶剂、分散剂、粘结剂以及 增塑剂等。 对这些材料的选择非常重要，将直接影响流延浆 料的性能，从而影响最终烧结成品的性能。
对不同的陶瓷基板， 金属化配方是不一样的，许多的 试验研究都是围绕这方面进行的。
金属化配方设计原则 ----活化剂玻璃相的膨胀系数
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陶瓷与金属以及金属化层骨架材料中Mo颗粒与活化剂 玻璃相的膨胀系数的匹配均至关重要： σ封 = σ 瓷- σ应力 σ封 ：陶瓷-金属封接强度； σ 瓷：陶瓷强度； σ应力：陶瓷-金属封接界面所产生的应力（主要来源 于异种材料的膨胀差） 为了提高σ封， 应尽量减小σ应力，是十分必要的。
4、陶瓷基板的金属化
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3、流延成型工艺
（1）流延法 (Tape Casting)基本概念

流延法也称刮刀成型法； 在陶瓷粉料中加入溶剂、分散剂、粘结 剂、增塑剂等成分，得到分散均匀的浆 料，然后在流延机上制得一定厚度陶瓷 片的一种成型方法。
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流延法于1947年被Howatt等首次来生产陶瓷 片层电容器，并于1952年取得专利。 流延法的特点：
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常用增塑剂： 在粉体颗粒间形成有机桥，能
聚乙二醇
增加浆料的粘度。
润滑粉体颗粒，降低浆料粘度。
邻苯二甲酸脂
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常用的粘结剂和增塑剂
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（3）流延设备
TTC-1200
Single Blade Assemblies
Double Blade Assemblies
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(4) 流延浆料的制备： 第一步：球磨混料（粉料、溶剂、分散剂； 第二步：球磨浆料 + 结剂）、去渣。 功能性添加剂(增塑剂、粘
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（4）陶瓷金属化电阻控制
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对于厚膜与薄膜来说，可以使用各种不同的导体材 料，通过控制膜厚，可以获得较低的电阻率； 在普通共烧中，由于陶瓷烧结温度高，导体的材料 必须选用熔点高的W、Mo等难熔金属，导致电阻率 较高。
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（5）陶瓷基板质量的可靠性控制
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陶瓷基板本身质量
微观上：陶瓷晶粒的大小的影响
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(5) 流延膜的厚度：
a :
湿坯干燥时厚度的收缩系数， 浆料的粘度，
h和L: 分别是刮刀刀刃间隙的高度和长度，
h:
△P: (通常由浆料的高度决定)为料斗中的压力， v。: 为流延装臵和支撑载体的相对速度。
(6) 获得优质流延膜的措施:
刮刀的表面光洁度 浆料的均匀性
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第一节 陶瓷基板概论
1、陶瓷基板具备条件 2、陶瓷基板的制造方法 3、流延成型工艺 4、陶瓷基板的金属化


所采用的物质五公害、无毒性；在使用温度范围 内晶体结构不变化；
原材料丰富；技术成熟；制造容易；价格低。

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（5）陶瓷材料的种类

Al2O3 3Al2O3 · 2SiO2 莫来石 2Al2O3· 2MgO· 5SiO2 堇青石 MgO· 2 块滑石 SiO 2MgO· 2 镁橄榄石 SiO AlN、SiC、 BeO
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晶粒较大，容易金属化，封接强度随着氧化物晶粒增 大而增大；
但是晶粒过大，粘接强度反而降低；
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对每个批次瓷件都抽样做金相检验，确保微观的一致 性。
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宏观上：陶瓷基板的表面光洁度
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金属化面应研磨到0.8微米以下； 用粗糙度测量仪直接对陶瓷基板进行 100％的封接面检验测量。
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p
金属化配方
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(b) 溶剂：

选择溶剂主要考虑的因素：
必须能溶解分散剂、粘结剂和增塑剂等添加成分； 在浆料中能保持化学稳定性，不与粉料发生反应；
易于挥发与烧除等。
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常用溶剂：
有机溶剂：乙醇、甲乙酮、三氯乙烯、 甲苯、二甲苯等。
优点： 缺点： 所得的浆料粘度低、溶剂挥 发快和干燥时间短。 易燃和有毒。
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射出成形
将浆料粒以定量、间 歇的方式，自进料漏 斗加入，送至加热管 中加热使其融化后， 透过活塞柱或推头向 前推进，经过喷嘴射 入模具的模穴中。
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（2）陶瓷基板的主要生产工艺 工艺方法
Ø干压成型
特点
典型应用
粘接量含低，成本低， 适于大面积不可弯曲 表面粗糙，密度波动， 的片层厚度> 250 mm 气孔大小不一 不含粘接剂，大面积， 适于不能弯曲的单层 可能成型弯曲和某种 结构厚度> 100 mm 结构的表面，显微结 构均匀浆料必须分析 温定，只适合分批操 作，不会造成分层， 注浆效率低

粉末压制成型（模压成型、等静压成型） 挤压成型 流延成型 射出成型
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等静压成型

将待压试样臵于高压容器中，利用液 体介质不可压缩的性质和均匀传递压 力的性质从各个方向对试样进行均匀 加压。 当液体介质通过压力泵注入压力容器 时，根据流体力学原理，其压强大小 不变且均匀地传递到各个方向。此时 高压容器中的粉料在各个方向上受到 的压力是均匀的和大小一致的。 通过上述方法使粉料成型致密坯体的 方法称为等静压法。
阴离子表面活性剂主要用于颗粒表面带 正电的中性或弱碱性浆料；
阳离子型表面活性剂主要用于颗粒表面 带负电的中性或弱酸性浆料。

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(d)
粘结剂、增塑剂：
素胚膜的厚度;
所选溶剂类型及匹配性，有利于溶剂挥发和 不产生气泡; 应易烧除，不留有残余物; 能起到稳定浆料和抑制颗粒沉降的作用;
选择粘结剂需考虑的主要因素:
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氧化物系特点：
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选用与陶瓷发生反应形成固溶体的氧化物； （例如：对于Al2O3，采用CuO或Bi2O3)
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氧化物系比玻璃系更容易获得较高的结合力，导电层 的焊接性能好；
烧成温度较高； 使用含有Bi2O3的玻璃粘结剂，焊接性能优良； 焊接过程中，焊料主要成分Sn发生反应：
l l l
2 Bi2O3 + 3SnO2 → 4 Bi + 3SnO2
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(a)
粉料：

在选择粉料时，既要考虑产品的特性 要求，也要考虑制备工艺因素。 流延法中陶瓷粉料的纯度、粒度、比 表面积、颗粒形状等特性对材料的性 能及制备工艺影响很大。 粉末的粒度和比表面积决定制备过程 中各添加剂的加入量，影响到流延浆 料的分散性和流变稳定性，从而最终 影响素胚膜及烧成品的微结构与致密 性。
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Ø流延成型
水基和有机基组分可 连续化生产，表面光 滑，小批量和大批均 可，自支撑带粘接剂 含较高，浆料组成复 杂，需要干燥和脱脂
适于单层和多层技 术的可弯曲的带， 适于大型和小型设 备，厚度100-1500 mm
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第一节 陶瓷基板概论
1、陶瓷基板具备条件
2、陶瓷基板的制造方法
3、流延成型工艺
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Ø注浆成型
Ø挤出成型 +压制
无沉降和分层，连续 化工艺，自支撑片层， 表面光滑，粘接剂含 量高，长度/侧面收缩 不一，易翘曲，磨损 大
结构层较薄，表面比 较光滑一般不连续， 面积小，特殊油墨体 系，粘接剂含量高
适于有限宽度的可 弯曲片层的大量生 产，厚度 100-1500 mm
Ø丝网印刷
适于单层或多层结 构的优先厚膜技术
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细颗粒有好的烧结性，可使烧结温度 降低和烧结制品更致密，但粉料过细 则使得所需分散剂、粘结剂与增塑剂 的量相应增加，这就给干燥和烧结过 程带来麻烦，使烧成品质量下降。

球形颗粒有好的填充性能，使烧结后 的产品结构致密且机械强度高而条状 和片状颗粒在刮刀剪切应力作用下可 择优取向，适宜于制备有定向要求的 压电材料。
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（6）陶瓷材料的应用分类

高速器件： 采用介电常数低、易于多层化的基 板(Al2O3 、玻璃陶瓷共烧基板)

高散热： 采用高热导率的基板（AlN、BeO基 板等）
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第一节 陶瓷基板概论
1、陶瓷基板具备条件
2、陶瓷基板的制造方法
3、流延成型工艺 4、陶瓷基板的金属化
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2、陶瓷基板的制造方法
（1）烧成前的成型
第三章 陶瓷基板制造技术
第一节 陶瓷基板概论
1、陶瓷基板具备条件
2、陶瓷基板的制造方法
3、流延成型工艺 4、陶瓷基板的金属化
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1、陶瓷基板具备条件
（1）机械性质

有足够高的机械强度，除搭载元件外，也 能作为支持构件使用；加工性好，尺寸精 度高；容易实现多层化； 表面光滑，无翘曲、弯曲、微裂纹等。