大尺寸精密氧化鋁陶瓷基片是當(dāng)前混合集成 電路的優(yōu)選材料，對(duì)IC技術(shù)的提高與發(fā)展具有 重要的意義。中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院陶瓷科 學(xué)研究院對(duì)氧化鋁陶瓷基片的研究較早可追溯到 上世紀(jì)70 年代，制備工藝是采用流延法和注漿 法。“九五”至“十一五”期間，針對(duì)用戶需求， 相繼開展并完成了“低表面粗糙度陶瓷基片”和 “特種微晶陶瓷基片”等項(xiàng)目的研究，解決了包 括凝膠注模等多項(xiàng)關(guān)鍵制備技術(shù)，獲得了表面粗 糙度小于Ra=0.006μm的材料，為批量制備氧 化鋁陶瓷基片奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
針對(duì)國(guó)內(nèi)高等級(jí)薄膜電路用大尺寸氧化鋁陶瓷基片 （4”、5”）主要依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀，結(jié)合多年以來的技術(shù)積 累，陶瓷科學(xué)研究院開展了氧化鋁陶瓷基片產(chǎn)業(yè)化研究， 產(chǎn)品規(guī)格品種和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬，產(chǎn)能規(guī)模得到了 有效擴(kuò)大。
成果一：高質(zhì)量、大尺寸陶瓷素坯成型技術(shù)
氧化鋁陶瓷基片生產(chǎn)的核心技術(shù)是高質(zhì)量陶瓷坯片 的成型, 要求成形坯片表面平整光滑，厚度均勻一致，燒 結(jié)收縮率穩(wěn)定，而且具有良好的柔韌性以滿足后續(xù)沖切、 加工的需要。氧化鋁陶瓷坯片成型方法有多種：干壓法 和熱壓鑄法不能制備厚/ 徑比小的薄型坯片，且表面質(zhì) 量較差；軋膜法生產(chǎn)的坯片不可避免會(huì)形成方向性，造 成燒結(jié)后縱橫向尺寸難以控制, 性能也會(huì)出現(xiàn)各向異性；
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有機(jī)料漿流延法是目前國(guó)內(nèi)外工業(yè)化生產(chǎn)高質(zhì)量氧化鋁 陶瓷坯片的通用方法，但設(shè)備投資昂貴，原材料成本高， 特別是需要使用高揮發(fā)性有毒溶劑如甲苯、二甲苯、三 氯乙烯等，會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家已 不允許使用；水基料漿流延法是近些年來國(guó)內(nèi)外研究的 熱點(diǎn)，但由于水溶劑揮發(fā)困難，生產(chǎn)效率低，揮發(fā)過程 中易使坯片表面出現(xiàn)針孔缺陷，特別是由于脫水干燥過 程會(huì)產(chǎn)生較大收縮而導(dǎo)致坯片開裂, 至今未能應(yīng)用于工業(yè) 化大生產(chǎn)。較近清華大學(xué)發(fā)明了一種水基料漿流延凝膠 法制備陶瓷坯片的技術(shù)，但該工藝仍需使用昂貴的流延 機(jī)設(shè)備且需進(jìn)一步增加氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置，同時(shí)濕凝膠坯片 從載膜帶上剝離及纏卷困難很大，至今未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化 生產(chǎn)。
水基凝膠注模法是制備氧化鋁陶瓷基片的一種新工 藝。其工藝與傳統(tǒng)的有機(jī)料漿流延法制備坯片的原理和思路不同之處在于：流延成形需待料漿中有機(jī)溶劑揮發(fā) 后靠粘結(jié)劑固結(jié)定形才能從載膜帶上剝離下來，而凝膠 注模法是水基料漿凝膠固化先完成，從模板上揭下后再 自然干燥脫去水溶劑，這就導(dǎo)致所用設(shè)備和工藝存在很 大的差別。與有機(jī)流延法相比，水基凝膠注模法生產(chǎn)氧 化鋁陶瓷基片的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為：目前，陶瓷科學(xué)研究院可批量制備5”及以下不同規(guī) 格型號(hào)的氧化鋁陶瓷基片（如圖1所示），其微觀結(jié)構(gòu)已 接近國(guó)際較先進(jìn)水平（見圖2）。
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成果二：大尺寸陶瓷基片的很精冷加工技術(shù)
陶瓷基片的厚度、表面粗糙度等關(guān)鍵性能指標(biāo)通過 研磨拋光工序?qū)崿F(xiàn)。大尺寸陶瓷基片的研磨拋光與小尺 寸的陶瓷基片的加工工藝有較大差別，對(duì)2 英寸陶瓷基 片來說，當(dāng)厚度尺寸加工到0.3 毫米以下時(shí)，由于陶瓷基 片表面存在應(yīng)力，很易翹曲變形，導(dǎo)致產(chǎn)品的平行度和平整度差，而這些指標(biāo)恰恰是陶瓷基片核心的性能指標(biāo)。 通過選擇合適的拋光材料、調(diào)整研磨拋光的壓力轉(zhuǎn) 速、退火整形等工藝手段減小或消除陶瓷基片表面應(yīng)力， 以達(dá)到高性能陶瓷基片的面形精度。
陶瓷科學(xué)研究院制備的氧化鋁陶瓷基片的各項(xiàng)性能 全面很過GB/T 14639-93 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)，也高于 日本京瓷同類產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)和美國(guó)高等級(jí)（Supertrate） 薄膜電路基片標(biāo)準(zhǔn)要求。表1為該院生產(chǎn)的陶瓷基片與 國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品的性能比較。
| 國(guó)內(nèi) | CBMA | |
| Al2O3/wt% | 96、99.6 | 99.9 |
| 體積密度/g·m-3 | 3.70～3.90 | ≥ 3.95 |
| 表面粗糙度Ra/μm | 0.05～0.0125 | 0.004～0.008 |
| 表面粗糙度Ry/μm | 0.3～0.8 | 0.06～0.08 |
| 抗彎強(qiáng)度/MPa | 350～400 | 511 |
陶瓷基片屬于功能陶瓷中市場(chǎng)份額較大的一類材 料，大體占1/5以上。隨著我國(guó)電子工業(yè)特別是微電子 工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)氧化鋁陶瓷基片的需求量不斷增 大，其中高等級(jí)和特殊規(guī)格99% 氧化鋁基片基本靠進(jìn) 口，外企在中國(guó)獨(dú)資廠家如京瓷（上海）、九豪（昆山） 等廠家有少量生產(chǎn)，市場(chǎng)空缺。根據(jù)現(xiàn)有用戶和潛在用戶提供的數(shù)據(jù)，薄膜基片的用途和市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)情 況為：微波通信、雷達(dá)用T/R 組件等，（5～10）萬 套/年，（0.5～1.0）萬平方米；LSI、VLSI用數(shù)據(jù)采 集電路，高速存儲(chǔ)器等，（10～15）萬平方米；光電、 紅外等傳感器件，（3～5）萬套/年，（0.3～0.5）萬平方米；醫(yī)用混合電路，（0～1）萬套/年，0.02萬平 方米；電功率起爆電路，（5～6）萬套/ 年，（0.1～0.2） 萬平方米。預(yù)計(jì)項(xiàng)目完成后2年內(nèi)可以占有電功率起 爆電路90% 的市場(chǎng)份額，占光電、紅外等傳感器件 10%的市場(chǎng)份額。