薄膜電路用大尺寸精密氧化鋁陶瓷基片

大(da)尺寸精密(mi)氧化鋁陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)基(ji)片是當前混合集成(cheng) 電路的(de)(de)優選(xuan)材料(liao)，對(dui)(dui)IC技(ji)術的(de)(de)提(ti)高與(yu)發(fa)展(zhan)具有 重(zhong)要的(de)(de)意義。中國建(jian)筑材料(liao)科(ke)學(xue)研(yan)究(jiu)(jiu)總院(yuan)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)科(ke) 學(xue)研(yan)究(jiu)(jiu)院(yuan)對(dui)(dui)氧化鋁陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)基(ji)片的(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)較早可(ke)追溯到(dao) 上世(shi)紀70 年代，制備工藝是采用流延法和注漿 法。“九五(wu)”至“十一五(wu)”期(qi)間，針(zhen)對(dui)(dui)用戶需求， 相(xiang)繼(ji)開(kai)展(zhan)并完成(cheng)了(le)“低表(biao)面粗糙(cao)度陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)基(ji)片”和 “特種(zhong)微晶陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)基(ji)片”等(deng)項目(mu)的(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)，解(jie)決了(le)包 括凝(ning)膠注模等(deng)多(duo)項關鍵制備技(ji)術，獲得了(le)表(biao)面粗 糙(cao)度小于Ra=0.006μm的(de)(de)材料(liao)，為批(pi)量(liang)制備氧 化鋁陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)基(ji)片奠定了(le)技(ji)術基(ji)礎。

針對(dui)國內高等級(ji)薄(bo)膜電路用大(da)(da)尺(chi)寸氧化(hua)(hua)鋁陶瓷(ci)基片 （4”、5”）主要(yao)依賴(lai)進口的現狀，結合(he)多年以來的技術(shu)積 累，陶瓷(ci)科學研究院開展了氧化(hua)(hua)鋁陶瓷(ci)基片產(chan)業(ye)化(hua)(hua)研究， 產(chan)品規(gui)格(ge)品種(zhong)和應用領域進一步(bu)拓寬，產(chan)能規(gui)模得到了 有效擴大(da)(da)。

成果簡介

成果(guo)一(yi)：高質量、大尺寸(cun)陶瓷素坯成型技術(shu)

氧(yang)化(hua)鋁陶瓷(ci)基(ji)片(pian)生產的(de)(de)(de)核心技術(shu)是高(gao)質(zhi)量陶瓷(ci)坯(pi)片(pian) 的(de)(de)(de)成型, 要(yao)求成形坯(pi)片(pian)表(biao)面平(ping)整光滑，厚(hou)度均勻一致，燒 結收縮率穩定，而且具有(you)良好的(de)(de)(de)柔(rou)韌性(xing)以滿足(zu)后(hou)續沖切、 加工的(de)(de)(de)需(xu)要(yao)。氧(yang)化(hua)鋁陶瓷(ci)坯(pi)片(pian)成型方法有(you)多種：干(gan)壓(ya)法 和(he)熱壓(ya)鑄法不能(neng)制備厚(hou)/ 徑比小的(de)(de)(de)薄型坯(pi)片(pian)，且表(biao)面質(zhi) 量較差；軋膜法生產的(de)(de)(de)坯(pi)片(pian)不可(ke)避免會形成方向(xiang)性(xing)，造 成燒結后(hou)縱橫向(xiang)尺寸難以控制, 性(xing)能(neng)也會出現各向(xiang)異性(xing)；

有機料(liao)(liao)漿流(liu)延法是(shi)(shi)目前國內外工(gong)(gong)業(ye)(ye)化(hua)(hua)生(sheng)(sheng)產(chan)高(gao)質(zhi)量氧化(hua)(hua)鋁 陶(tao)瓷(ci)坯(pi)片(pian)的(de)通用(yong)方法，但設備投資(zi)昂(ang)貴，原材料(liao)(liao)成(cheng)本(ben)高(gao)， 特別是(shi)(shi)需(xu)(xu)要使用(yong)高(gao)揮(hui)發(fa)(fa)性有毒溶劑如(ru)甲(jia)苯(ben)、二甲(jia)苯(ben)、三 氯(lv)乙烯等，會造成(cheng)嚴(yan)重的(de)環境污染(ran)，在一(yi)些發(fa)(fa)達國家已 不允許使用(yong)；水基料(liao)(liao)漿流(liu)延法是(shi)(shi)近(jin)些年來國內外研究的(de) 熱(re)點，但由(you)于水溶劑揮(hui)發(fa)(fa)困難，生(sheng)(sheng)產(chan)效率低(di)，揮(hui)發(fa)(fa)過(guo)(guo)程 中易使坯(pi)片(pian)表面出現針孔缺陷，特別是(shi)(shi)由(you)于脫水干(gan)燥(zao)過(guo)(guo) 程會產(chan)生(sheng)(sheng)較(jiao)大收縮而導致坯(pi)片(pian)開(kai)裂, 至今(jin)未能(neng)應用(yong)于工(gong)(gong)業(ye)(ye) 化(hua)(hua)大生(sheng)(sheng)產(chan)。較(jiao)近(jin)清華大學發(fa)(fa)明了一(yi)種水基料(liao)(liao)漿流(liu)延凝(ning)膠(jiao)(jiao) 法制備陶(tao)瓷(ci)坯(pi)片(pian)的(de)技(ji)術，但該工(gong)(gong)藝仍(reng)需(xu)(xu)使用(yong)昂(ang)貴的(de)流(liu)延 機設備且需(xu)(xu)進(jin)一(yi)步(bu)增加氮(dan)氣保護(hu)裝(zhuang)置，同時濕(shi)凝(ning)膠(jiao)(jiao)坯(pi)片(pian) 從(cong)載膜(mo)帶上剝離及纏卷困難很(hen)大，至今(jin)未能(neng)實(shi)現工(gong)(gong)業(ye)(ye)化(hua)(hua) 生(sheng)(sheng)產(chan)。

水(shui)基(ji)(ji)凝(ning)膠(jiao)注模(mo)法(fa)(fa)是(shi)(shi)制備氧(yang)化(hua)鋁陶(tao)瓷基(ji)(ji)片(pian)的(de)(de)(de)一種新工(gong) 藝(yi)。其工(gong)藝(yi)與(yu)傳(chuan)統的(de)(de)(de)有機(ji)料漿流(liu)延法(fa)(fa)制備坯片(pian)的(de)(de)(de)原理和思路(lu)不同之處在于：流(liu)延成形(xing)需待料漿中有機(ji)溶(rong)劑揮發 后靠粘結(jie)劑固結(jie)定形(xing)才能從(cong)載膜帶上(shang)剝(bo)離下(xia)來，而(er)凝(ning)膠(jiao) 注模(mo)法(fa)(fa)是(shi)(shi)水(shui)基(ji)(ji)料漿凝(ning)膠(jiao)固化(hua)先(xian)完成，從(cong)模(mo)板(ban)上(shang)揭(jie)下(xia)后再 自(zi)然干燥脫去水(shui)溶(rong)劑，這(zhe)就導(dao)致所(suo)用設備和工(gong)藝(yi)存在很(hen) 大(da)的(de)(de)(de)差(cha)別。與(yu)有機(ji)流(liu)延法(fa)(fa)相比，水(shui)基(ji)(ji)凝(ning)膠(jiao)注模(mo)法(fa)(fa)生產氧(yang) 化(hua)鋁陶(tao)瓷基(ji)(ji)片(pian)的(de)(de)(de)優勢表(biao)現(xian)為：目(mu)前，陶(tao)瓷科學研(yan)究(jiu)院可(ke)批量制備5”及以(yi)下(xia)不同規(gui) 格型號的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)鋁陶(tao)瓷基(ji)(ji)片(pian)（如圖1所(suo)示），其微觀結(jie)構已 接近國際較先(xian)進水(shui)平（見圖2）。

成(cheng)果二：大(da)尺寸(cun)陶(tao)瓷(ci)基片的很精(jing)冷加工技(ji)術

陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)基(ji)片(pian)(pian)(pian)的(de)厚度(du)、表(biao)面(mian)(mian)粗糙度(du)等關(guan)鍵性能(neng)(neng)(neng)指標(biao)通(tong)過(guo) 研(yan)(yan)磨拋光(guang)工(gong)(gong)(gong)序(xu)實現。大尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)基(ji)片(pian)(pian)(pian)的(de)研(yan)(yan)磨拋光(guang)與小尺(chi)(chi) 寸(cun)(cun)的(de)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)基(ji)片(pian)(pian)(pian)的(de)加工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝有(you)較大差別，對(dui)2 英(ying)寸(cun)(cun)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)基(ji) 片(pian)(pian)(pian)來說，當厚度(du)尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)加工(gong)(gong)(gong)到0.3 毫米(mi)以下時，由于陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)基(ji) 片(pian)(pian)(pian)表(biao)面(mian)(mian)存在應力(li)(li)(li)，很易(yi)翹曲變形(xing)，導致產品的(de)平(ping)行度(du)和平(ping)整(zheng)(zheng)度(du)差，而這些(xie)指標(biao)恰(qia)恰(qia)是陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)基(ji)片(pian)(pian)(pian)核心的(de)性能(neng)(neng)(neng)指標(biao)。 通(tong)過(guo)選(xuan)擇合適的(de)拋光(guang)材料、調(diao)整(zheng)(zheng)研(yan)(yan)磨拋光(guang)的(de)壓力(li)(li)(li)轉 速、退(tui)火(huo)整(zheng)(zheng)形(xing)等工(gong)(gong)(gong)藝手段減小或消(xiao)除(chu)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)基(ji)片(pian)(pian)(pian)表(biao)面(mian)(mian)應力(li)(li)(li)， 以達到高性能(neng)(neng)(neng)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)基(ji)片(pian)(pian)(pian)的(de)面(mian)(mian)形(xing)精度(du)。

陶(tao)瓷(ci)科學研究院(yuan)制備的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)鋁陶(tao)瓷(ci)基(ji)片的(de)(de)(de)各項性(xing)能(neng) 全面(mian)很過(guo)GB/T 14639-93 國(guo)家標準規定的(de)(de)(de)指標，也高(gao)(gao)于(yu) 日本京瓷(ci)同類(lei)產(chan)品的(de)(de)(de)技術指標和美(mei)國(guo)高(gao)(gao)等級（Supertrate） 薄(bo)膜電路(lu)基(ji)片標準要求。表(biao)1為該(gai)院(yuan)生產(chan)的(de)(de)(de)陶(tao)瓷(ci)基(ji)片與 國(guo)內同類(lei)產(chan)品的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)比較。

展望

陶瓷基(ji)片屬(shu)于功能陶瓷中市場(chang)(chang)份(fen)(fen)額較大的一類(lei)材(cai) 料，大體(ti)占(zhan)(zhan)1/5以上。隨著我(wo)國電(dian)子(zi)工(gong)業特別(bie)是微電(dian)子(zi) 工(gong)業的迅(xun)速發展，對氧化(hua)(hua)鋁陶瓷基(ji)片的需求量不斷增(zeng) 大，其中高等(deng)(deng)級和特殊規格(ge)99% 氧化(hua)(hua)鋁基(ji)片基(ji)本靠進(jin) 口(kou)，外(wai)企(qi)在(zai)中國獨資(zi)廠家(jia)(jia)如京(jing)瓷（上海(hai)）、九豪（昆(kun)山） 等(deng)(deng)廠家(jia)(jia)有少量生產，市場(chang)(chang)空(kong)缺。根據現有用(yong)(yong)戶和潛在(zai)用(yong)(yong)戶提供的數(shu)據，薄(bo)膜(mo)基(ji)片的用(yong)(yong)途(tu)和市場(chang)(chang)需求預測情 況為(wei)：微波通信、雷(lei)達用(yong)(yong)T/R 組(zu)件(jian)等(deng)(deng)，（5～10）萬(wan) 套/年(nian)(nian)，（0.5～1.0）萬(wan)平(ping)方(fang)米；LSI、VLSI用(yong)(yong)數(shu)據采 集電(dian)路(lu)(lu)，高速存儲器等(deng)(deng)，（10～15）萬(wan)平(ping)方(fang)米；光(guang)電(dian)、 紅外(wai)等(deng)(deng)傳(chuan)感器件(jian)，（3～5）萬(wan)套/年(nian)(nian)，（0.3～0.5）萬(wan)平(ping)方(fang)米；醫(yi)用(yong)(yong)混合電(dian)路(lu)(lu)，（0～1）萬(wan)套/年(nian)(nian)，0.02萬(wan)平(ping) 方(fang)米；電(dian)功率起爆(bao)電(dian)路(lu)(lu)，（5～6）萬(wan)套/ 年(nian)(nian)，（0.1～0.2） 萬(wan)平(ping)方(fang)米。預計項目完成(cheng)后2年(nian)(nian)內可以占(zhan)(zhan)有電(dian)功率起 爆(bao)電(dian)路(lu)(lu)90% 的市場(chang)(chang)份(fen)(fen)額，占(zhan)(zhan)光(guang)電(dian)、紅外(wai)等(deng)(deng)傳(chuan)感器件(jian) 10%的市場(chang)(chang)份(fen)(fen)額。