Preparazione di piastre ceramiche di allumina ad alta purezza per applicazioni aerospaziali e relative materie prime
Ceramica di allumina ad alta purezzaLe piastre sono attualmente materiali di substrato ampiamente utilizzati grazie ai loro vantaggi, quali una tecnologia di produzione e lavorazione avanzata, un basso costo, una buona resistenza agli shock termici, un eccellente isolamento elettrico e una buona adesione al metallo. Trovano inoltre ampia applicazione nelle unità di carico elettronico dei veicoli spaziali, inclusi i canali di trasmissione del segnale a microonde di bordo, i supporti per il montaggio di componenti attivi e i canali di dissipazione del calore per i chip di potenza. Essendo le unità più elementari che compongono un veicolo spaziale, il livello di prestazioni dei materiali utilizzati per i veicoli spaziali influisce direttamente sull'affidabilità in orbita del veicolo. Pertanto, le proprietà delle piastre ceramiche di allumina ad alta purezza sono cruciali per il funzionamento del veicolo spaziale.
Tuttavia, durante il processo di preparazione delle piastre ceramiche di allumina ad alta purezza si verificano spesso i seguenti problemi:
❶Alta purezzaceramica di alluminaLe piastre, prodotte da polvere di allumina ad alta purezza attraverso molteplici processi complessi, tra cui fusione a nastro, essiccazione e taglio, laminazione multistrato, pressatura isostatica e sinterizzazione, presenteranno una maggiore perdita dielettrica se la purezza del materiale è bassa, portando in ultima analisi a un calo delle prestazioni del circuito.
❷Se il materiale ha una bassa resistenza meccanica, causerà problemi quali crepe e distacco del corpo del materiale nei prodotti dei circuiti a film sottile durante i processi di assemblaggio e collaudo.
❸I difetti superficiali delle piastre ceramiche possono causare problemi di qualità, come un deterioramento dell'adesione locale degli strati di pellicola del circuito realizzati su di esse e sbavature ai bordi delle linee. Questi problemi influiscono sulla qualità dei segnali del circuito e possono persino causare la presenza di detriti estranei nel prodotto.
Punti chiave per la preparazione di piastre ceramiche di allumina ad alta purezza
①Ottimizzazione del sistema solvente per la fusione di fanghi
Diversi sistemi solventi presentano una diversa adattabilità all'ambiente e possono influenzare il contenuto solido della sospensione preparata, le condizioni superficiali del film colato a nastro e l'effetto filmogeno. Partendo dal presupposto che il disperdente, il legante e il plastificante siano fissi, si riscontrano differenze significative negli stati di stampaggio del film colato a nastro tra i diversi sistemi solventi.
②Controllo dello spessore del film fuso
Lo spessore di un film monostrato fuso a nastro influenza la tolleranza di spessore del substrato finale. Lo spessore del film fuso a nastro è influenzato principalmente dallo stato della sospensione e dall'altezza della racla di sinterizzazione. All'aumentare del contenuto solido della sospensione di sinterizzazione, la densità media del substrato sinterizzato aumenta gradualmente e i tassi di ritiro nelle direzioni di larghezza e spessore tendono a stabilizzarsi. Sulla base di questa regola, la regolazione fine del contenuto solido e della temperatura di sinterizzazione consente un controllo preciso delle dimensioni finali del substrato sinterizzato.
③Controllo dell'aspetto e della planarità del substrato
Un buon aspetto e una buona planarità sono alla base dell'applicazione ingegneristica delle piastre ceramiche in allumina ad alta purezza. Sono molti i fattori che influenzano l'aspetto e la planarità del substrato, tra cui la laminazione, il debonding e la sinterizzazione, processi chiave.
Piastre in ceramica di allumina
●Controllo del processo di impilamento del film fuso.
Per evitare difetti superficiali e problemi di planarità delle pellicole nastrate durante i processi di laminazione e pressatura isostatica a caldo (WIP), sono stati determinati i seguenti approcci attraverso molteplici confronti sperimentali:
Adottare la laminazione di strisce di pellicola larghe e, dopo la pressatura isostatica, tagliare la parte centrale per evitare difetti e aree irregolari sui bordi delle strisce di pellicola fusa su nastro; utilizzare lastre di vetro temperato come supporti di laminazione, disporre le pellicole fuse su nastro verde in piano sulle lastre di vetro temperato e, durante la laminazione, assicurarsi che le superfici superiore e inferiore di ciascuna striscia di pellicola rimossa dal nastro di supporto mantengano un orientamento costante. Misure come l'uso di supporti in vetro temperato riducono significativamente i microdifetti sulla superficie della pellicola e migliorano efficacemente la qualità dell'aspetto e la planarità.
●Controllo del processo di distacco delle materie prime.
La funzione del debonding è quella di rimuovere la materia organica dal corpo verde. Per utilizzare efficacemente lo spazio del forno e risolvere i problemi di deformazione e fessurazione durante il processo di debonding della materia prima, viene adottato il metodo di debonding a impilamento per il substrato danneggiato nel forno. Dopo molteplici esperimenti, è stato dimostrato che la modalità laminato senza copertura può bilanciare l'efficienza e prevenire deformazione e fessurazione. Adottando un metodo di debonding laminato + senza copertura, il numero di strati nel processo di debonding è stato ulteriormente ottimizzato, raggiungendo il numero massimo di strati pari a 5.
●Controllo del processo di sinterizzazione.
La sinterizzazione è un processo cruciale nella preparazione di piastre in ceramica di allumina. A causa dell'elevata temperatura di sinterizzazione, le impurità sono soggette a carbonizzazione. Per evitare la contaminazione del substrato, la selezione delle piastre di copertura e dei pad è importante. Dopo i test, è stato stabilito che la piastra di copertura è realizzata in ceramica di allumina porosa ad alta purezza, mentre la piastra del pad è realizzata in ceramica di allumina densa ad alta purezza. Entrambe richiedono la pulizia a ultrasuoni prima dell'uso.