中國粉體網訊 氧化鋁因其絕緣、耐高溫、導熱率高、穩定性好及高性價比，是電子陶瓷基板的優良原料，隨著電子產業的迅猛發展，氧化鋁陶瓷基板的需求量逐年增加。氧化鋁基板的制備步驟一般主要包括粉體處理、流延、干燥、剪裁、多層疊片、溫等靜壓處理、燒結等工序。
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在這些工序之前，氧化鋁粉體的制備是極其關鍵的，原料氧化鋁的品質及性能指標直接關系到基板產品質量，例如，如果純度不夠，將會增大介電損耗導致電路性能降低。此外，用于生產陶瓷基板的氧化鋁需要經過1400℃以上高溫煅燒，經過脫鈉后，并充分研磨才能作為陶瓷基板的原料，其α-相含量、結晶形貌、粒度分布等指標對流延工藝及基板產品質量影響也較大。合格的陶瓷基板用氧化鋁粉需要滿足以下要求。
氧化鋁純度
一般來說，煅燒氧化鋁中的雜質主要為SiO2、Fe2O3、Na2O、CaO、MgO、TiO2等，這些雜質總量一般不超過0.5%，Al2O3含量需要在99.5%以上。
（1）Na2O含量
Na2O是氧化鋁指標中最為重要的一個指標，尤其是用于陶瓷生產的氧化鋁。Na2O在高溫下和Al2O3結合生成一種穩定的高鋁酸鈉化合物Na2O·11Al2O3，其結構為疏松的層狀結構，因Na2O在富Al2O3的條件下，結合Al2O3的能力很強，Na2O∶Al2O3質量比為1∶18.096，即使少量的Na2O存在，也會大量生成β-Al2O3，影響陶瓷的致密度。且這種化合物導電率高，300℃時達10-1S·cm-1，影響陶瓷基板的電性能。
因此，用于陶瓷基板生產的氧化鋁必須選用低鈉氧化鋁產品，即Na2O含量低于0.1%的氧化鋁。
（2）Fe含量
對于氧化鋁中的Fe含量，一方面指其中結合的化學Fe，另一方面指夾雜在粉體中微細的游離鐵(又稱機械鐵)。對于其中的化學Fe，通常以Fe2O3存在。對于原料中Al2O3夾帶的Fe顆粒在陶瓷燒結過程中，會在陶瓷內部或表面顯色，出現紅色或黑色的斑點，不但對陶瓷基板的外觀帶來影響，而且影響其絕緣性能，因此一旦出現斑點就會導致產品報廢，降低成品率。同時Fe2O3含量過高，也會導致陶瓷基板的顏色發黃，其原因與Fe離子替代剛玉晶格中Al離子的致色反應有很大關系。
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（3）水分含量
一般來說陶瓷基板用原料Al2O3粒度較小，為精磨后的微粉，活性較高，在加工或存放過程中會吸潮，因此有微量的水分。對于水基流延工藝，其中的H2O含量不影響工藝，但對于有機流延影響較大，通常在有機流延中用的有機溶劑(如PVB)是不溶水的，只要有少量水，都會導致料漿絮凝，產生膠狀團聚，不但會造成流延困難，而且會導致成品率下降。因此，用于有機流延的氧化鋁要嚴格控制水分含量。
（4）其他雜質(污染物)
除上面所提到的雜質，由于陶瓷基板屬于精細電子陶瓷范疇，對原料氧化鋁粉體的潔凈度要求較高，粒度通常在3000目以下，一旦混入可見的雜質或污染物也會對生產工藝及產品質量造成很大的影響。
因此要求原料氧化鋁在加工過程中，避免外部雜質對氧化鋁的污染，提高產品的潔凈度。
結晶形貌
氧化鋁在高溫煅燒過程中，因加入的礦化劑不同，結晶形貌也有所不同，有球形、片狀、蠕蟲狀等微觀形貌。流延法工藝要求高的漿體濃度且具有良好的流動性，要求流延膜均勻度高。因此，氧化鋁顆粒在有機溶劑中的分散性能越好，就越有利于生產。當氧化鋁結晶不完整，且球形度不高時，顆粒表面活性提高，表面能大，其吸油率就高，從而導致漿體粘度增加，流動性變差，降低流延膜的均勻性，導致流延膜開裂、局部包裹瓷皰，從而降低成品率。
實踐證明，當氧化鋁的形貌球形度越高，制備的漿體的粘度越低，流動性越好，流延性能越好，產品的成品率也就越高。
α-相轉化率
流延法生產陶瓷基板的厚度小，尺寸也小，且要求高的致密度和高的平整度。因此要求原料燒結活性要高，且不能產生大的變形量。對于煅燒α-Al2O3，α-相轉化率越高，結晶越完整，真密度越高，燒結活性就越低。而α-相轉化率越低，結晶缺陷就多，真密度越低，燒結活性就越高收縮率就越大，過大的收縮率就會造成基板變形量大，翹曲度大。但α-相轉化率太高時，燒結活性就低，盡管收縮率小，但致密度相對低，需要更高的燒結溫度，不利于控制生產成本。
因此，用于制備陶瓷基板的α-Al2O3，不但要控制適宜的α-相轉化率，且要保證其轉化率穩定，這樣才有利于生產高質量陶瓷基板。
粉體團聚
氧化鋁在從氫氧化鋁制備過程中，每一個氫氧化鋁顆粒在脫水后成為若干個微小顆粒團聚體，并且在后期煅燒中仍保持團聚體形貌，通過充分研磨后，團聚體分散為單個晶粒的微粉。
氫氧化鋁轉變成氧化鋁及研磨后SEM照片;(a)氫氧化鋁;(b)氧化鋁團聚體;(c)研磨后微粉
在α-Al2O3研磨過程中，若不能完全將團聚粒研磨分散，就會存在一部分團聚粒。這些未被研磨開的小團聚在流延過程中會形成空洞，從而降低陶瓷致密度和陶瓷基板的強度。因而，用于流延法陶瓷基板的氧化鋁粉體必須為全研磨粉體，不能有顆粒團聚現象。
9月27日，中國粉體網將在江蘇·揚州舉辦2024全國高純氧化鋁粉體制備技術及應用交流大會。鑒于高純超細氧化鋁粉體是解決現有陶瓷基板燒結成型裝備制備996陶瓷的關鍵技術，我們邀請到了南京航空航天大學傅仁利教授現場作《高純氧化鋁粉體與996陶瓷基板》報告，屆時，傅仁利教授將詳細闡述高純氧化鋁陶瓷粉體與996陶瓷基板燒結性能之間的研究進展。
專家介紹
傅仁利教授主要從事白光LED用無機熒光材料、微電子封裝與基板材料、功率電子器件封裝基板及散熱技術和 LTCC低介電常數基板材料等方面的研究和開發工作。承擔國家自然科學基金2項，其他國家級項目2項。獲得1999年度江蘇省科技進步二等獎一項、2002年度廣東省優秀新產品三等獎一項。2017年度江蘇省科技進步三等獎一項。申請并授權國家發明專利10余項，發表學術論文120余篇。目前擔任中國硅酸鹽學會特種陶瓷分會理事；儀器儀表學會電子元器件關鍵材料與技術專委會常務委員；復合材料學會導熱材料專業委員會委員；江蘇省照明學會監事；《復合材料學報》第7屆和第8屆編委會委員；全國萬名優秀創新創業導師人才庫首批入庫導師。
（中國粉體網編輯整理/山川）
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