【原创】一文了解电子陶瓷基片用流延成型工艺

流延成型是生产电子陶瓷基片材料的一种重要的成型工艺，为电子设备、电子元件的微型化以及超大规模集成电路的实现提供了技术支持，在日益发展的电子陶瓷行业中占很重要的地位。
 

流延成型工艺包括浆料制备、流延成型、干燥、脱脂、烧结等工序，其中最关键的是浆料的制备和流延工艺的控制。

流延浆料是个比较复杂的系统，浆料一般由粉料、溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂和功能助剂组成。一种合适的流延浆料必须满足以下几个条件：（1）干燥过程中没有缺陷（如裂纹等）；（2）流延片干燥后要有一定的强度，如可切割、钻孔等；（3）流延片要有非常均匀的微观结构和光滑平整的表面；（4）流延片中的有机物可以通过热分解后完全排除；（5）流延片要有好的叠层性能，可用于叠层工艺；（6）流延片要有非常好的烧结性能等。

陶瓷粉体

流延成型的关键是粉体，陶瓷粉体的化学组成和特性能够影响甚至控制最终烧结材料的收缩和显微结构。陶瓷粉体中不能有硬团聚，否则会影响颗粒堆积以及材料烧结后的性能。

粉体的选择必须考虑到以下技术参数：（1）化学纯度；（2）颗粒大小、尺寸分布和颗粒形貌；（3）硬团聚和软团聚程度；（4）组分的均一性；（5）烧结活性；（6）规模生产的能力；（7）制造成本。

溶剂

在溶剂的选择上首先要考虑如下几个因素：（1）必须能够溶解分散剂、粘结剂、增塑剂和其他添加剂成份；（2）在浆料中具有一定的化学稳定性，能够充分分散粉料而不与粉料发生反应；（3）能够提供浆料系统合适的粘度；（4）易于挥发与烧除；（5）保证素坯无缺陷的固化；（6）使用安全卫士和对环境污染少且价格便宜。

目前最为常用的溶剂为有机溶剂和水，非水基流延成型工艺最大的缺陷在于所使用的有机溶剂（如甲苯、二甲苯等）具有毒性；水基流延成型工艺存在浆料中气泡较多，不易除泡；陶瓷膜片柔韧性较差，强度不高，容易出现裂纹等缺陷。

分散剂

粉料在流延浆料中的分散均匀性直接影响着素胚膜的质量，从而影响材料的致密性、气孔率和力学性能等一系列特性。陶瓷颗粒在浆料中可靠地分散主要依靠两个因素。一个是利用电荷粒子间的排斥力，另一个是利用分散剂吸附于粒子表面的位阻作用。当采用前一种时，控制粒子表面的电位是决定浆料稳定性非常重要的一点。

水基系统中常用的分散剂为磷酸盐、磷酸复盐、天然钠芳基磺酸、丙烯酸聚合物，有机系统中常用的分散剂为脂肪（三油酸甘油酯）、鱼油、鲱鱼鱼油、磷酸盐脂等。

粘结剂

此选择粘结剂应考虑的因素有：（1）素胚膜的厚度；（2）所选溶剂类型及匹配性，有利于溶剂挥发和不产生气泡；（3）应易烧除，不留有残余物；（4）能起到稳定料浆和抑制颗粒沉降的作用；（5）要有较低的塑性转变温度，以确保在室温下不发生凝结；（6）考虑所用基板材料的性质，要不相粘结和易于分离。

粘结剂按起作用的官能团类型分为非离子、阴离子和阳离子3类。在流延工艺中使用最多的是阴离子与非离子型的粘结剂，主要有乙烯基与丙烯基2类。在非水基料浆中常用的粘结剂PVB，聚丙烯酸甲脂和乙基纤维素等。在水基介质中常用的粘结剂有聚乙烯醇、丙烯酸乳剂和聚丙烯酸胺盐等。

增塑剂

电子陶瓷生带用增塑剂需要的性能为：（1）与树脂粘结剂具有良好的相容性；（2）高的沸点和低的蒸汽压；（3）高的可塑效率；（4）热、光、化学的稳定；（5）低温下良好的弯曲性；（6）增塑剂与其它材料接触时不快速移动等。

常用的增塑剂有聚乙二醇、邻苯二甲酸酯和乙二醇等。

参考资料：
周建民等.制备电子陶瓷基片用的流延成型工艺
李婷婷等.电子封装陶瓷基片材料的研究进展