陶瓷劈刀毛坯加工工艺

陶瓷劈刀以成本低廉、工艺操作简单、适用于多种封装过程而在半导体封装技术中占据着主导地位，近年来受到国内的广泛关注。但是目前国内基本上只能对陶瓷劈刀毛坯进行后续机械加工处理，而陶瓷劈刀毛坯本身则大多依赖进口，掌握制备陶瓷劈刀毛坯的核心技术已经是各陶瓷劈刀生产厂家的第一道门槛。为此，本论文在系统分析国外劈刀毛坯的基础上，首先通过模压成型工艺确定了陶瓷劈刀的原料组分，进而通过优化陶瓷劈刀的注射成型工艺，制备了综合性能与国外水平相当的陶瓷劈刀毛坯。首先，采用模压成型确定Al2O3陶瓷劈刀的最佳配方。其次陶瓷劈刀加工设备也极其复杂，需要很多道后续加工工艺相互配合才能完成陶瓷劈刀的整个生产过程。在陶瓷劈刀外锥度加工及端面研磨都需要极高的同轴度加工设备完成。

系统研究了添加剂对Al2O3陶瓷微观组织及性能的影响。结果表明，15　wt.%氧化锆，0.5　wt.%氧化镁及84.5　wt.%氧化铝的陶瓷原料粉体经模压成型，在1550℃烧结4h，得到气孔率为2.6%的氧化铝陶瓷，其抗弯强度达561MPa，硬度达22.9GPa，断裂韧性为6.2　MPa?m1/2；通过研究在Al2O3陶瓷中添加ZrO2和MgO后样品性能的变化，发现MgO的加入能够有效抑制晶粒的异常长大，而ZrO2则通过相变增韧的方式提高材料的综合力学性能。随后，以上述Al2O3基陶瓷粉体为原料，采用注射成型工艺制备陶瓷劈刀。系统研究了陶瓷粉体的固含量、注射压力及注射温度对成型坯体微观结构及性能的影响，并制定相应的热脱脂工艺。

研究表明，陶瓷粉体固含量为80wt%，在70MPa的注射压力及120℃注射温度下成型所得坯体微观结构和性能达到最佳；经66h分12步升温到600℃，粘结剂经分解、扩散、渗透及传质后脱脂完全，坯体组织均匀，无缺陷；在1600℃烧结4h，所得陶瓷劈刀毛坯平均晶粒尺寸为2.9μm，硬度为22.5GPa，断裂韧性为5.4　MPa?m1/2。与国外产品相比，硬度达到了国外产品水平，但尚需进一步细化晶粒以改善其断裂韧性。