Preparación de placas cerámicas de alúmina de alta pureza para aplicaciones aeroespaciales y sus materias primas
Cerámica de alúmina de alta purezaLas placas son materiales de sustrato ampliamente utilizados en la actualidad debido a sus ventajas, como su tecnología avanzada de producción y procesamiento, su bajo costo, su buena resistencia al choque térmico, su excelente aislamiento eléctrico y su favorable adhesión a metales. También se aplican ampliamente en las unidades de carga útil electrónica de naves espaciales, incluyendo canales de transmisión de señales de microondas a bordo, soportes para el montaje de componentes activos y canales de disipación de calor para chips de potencia. Al ser las unidades más básicas que componen una nave espacial, el rendimiento de sus materiales afecta directamente su fiabilidad en órbita. Por lo tanto, las propiedades de las placas cerámicas de alúmina de alta pureza son cruciales para el funcionamiento de las naves espaciales.
Sin embargo, durante el proceso de preparación de placas de cerámica de alúmina de alta pureza suelen surgir los siguientes problemas:
❶Alta purezacerámica de alúminaLas placas, que se producen a partir de polvo de alúmina de alta pureza a través de múltiples procesos complejos que incluyen fundición en cinta, secado y corte, laminación multicapa, prensado isostático y sinterización, tendrán una mayor pérdida dieléctrica si la pureza del material es baja, lo que en última instancia conduce a una disminución del rendimiento del circuito.
❷Si el material tiene baja resistencia mecánica, provocará problemas como grietas y desprendimiento del cuerpo del material en productos de circuitos de película delgada durante los procesos de ensamblaje y prueba.
❸Los defectos superficiales de las placas cerámicas pueden provocar problemas de calidad, como una adhesión local deteriorada de las capas de película del circuito fabricadas sobre ellas y rebabas en los bordes de las líneas. Estos problemas afectan la calidad de las señales del circuito e incluso pueden provocar la aparición de residuos extraños en el producto.
Puntos clave para la preparación de placas cerámicas de alúmina de alta pureza
①Optimización del sistema de disolventes para lodos de colada
Los diferentes sistemas de disolventes presentan una adaptabilidad variable al entorno, lo que puede afectar el contenido de sólidos de la suspensión preparada, el estado superficial de la película colada en cinta y el efecto filmógeno. Dado que el dispersante, el aglutinante y el plastificante son fijos, existen diferencias significativas en los estados de moldeo por colada en cinta entre los diferentes sistemas de disolventes.
②Control de espesor de película fundida
El espesor de una película monocapa fundida en cinta afecta la tolerancia de espesor del sustrato final. Este espesor se ve influenciado principalmente por el estado de la suspensión y la altura de la rasqueta de fundición en cinta. A medida que aumenta el contenido de sólidos de la suspensión de fundición en cinta, la densidad media del sustrato sinterizado aumenta gradualmente, y las tasas de contracción en las direcciones de anchura y espesor tienden a estabilizarse. Con base en esta regla, el ajuste preciso del contenido de sólidos y la temperatura de sinterización permite un control preciso de las dimensiones finales del sustrato sinterizado.
③Control de apariencia y planitud del sustrato
Una buena apariencia y planitud son fundamentales para la aplicación en ingeniería de placas cerámicas de alúmina de alta pureza. Existen numerosos factores que afectan la apariencia y la planitud del sustrato, entre los que destacan la laminación, el desprendimiento y la sinterización.
●Control del proceso de apilado de película fundida.
Para evitar defectos superficiales y problemas de planitud en las películas fundidas en cinta durante los procesos de laminación y prensado isostático en caliente (WIP), se han determinado los siguientes enfoques a través de múltiples comparaciones experimentales:
Adopte la laminación de tiras de película anchas y, después del prensado isostático, corte la parte media para evitar defectos y áreas irregulares en los bordes de las tiras de película fundida en cinta; utilice placas de vidrio templado como portadores de laminación, coloque las películas fundidas en cinta verde planas sobre las placas de vidrio templado y, durante la laminación, asegúrese de que las superficies superior e inferior de cada tira de película retirada de la cinta portadora mantengan una orientación constante. Medidas como el uso de portadores de vidrio templado reducen significativamente los microdefectos en la superficie de la película y mejoran efectivamente la calidad de la apariencia y la planitud.
●Control del proceso de desprendimiento de materia prima.
La función del desprendimiento es eliminar la materia orgánica del material verde. Para aprovechar eficazmente el espacio del horno y solucionar los problemas de deformación y agrietamiento durante el proceso de desprendimiento de la materia prima, se adopta el método de desprendimiento por apilamiento para el sustrato dañado en el horno. Tras múltiples experimentos, se ha demostrado que el modo laminado sin recubrimiento puede equilibrar la eficiencia y prevenir la deformación y el agrietamiento. Al adoptar un método de desprendimiento laminado sin recubrimiento, se ha optimizado aún más el número de capas en el proceso de desprendimiento, alcanzando un máximo de 5 capas.
●Control del proceso de sinterización.
La sinterización es un proceso crucial en la preparación de placas de cerámica de alúmina. Debido a la alta temperatura de sinterización, las impurezas son propensas a la carbonización. Para evitar la contaminación del sustrato, es fundamental la selección de las placas de cubierta y las almohadillas. Tras las pruebas, se determinó que la placa de cubierta está hecha de cerámica de alúmina porosa de alta pureza, y la placa de almohadilla está hecha de cerámica de alúmina densa de alta pureza. Ambas requieren limpieza ultrasónica antes de su uso.