陶瓷基板作为一种关键的电子材料，广泛应用于电子器件的热管理中，尤其是在高功率电子设备和LED照明领域。随着电子设备的性能不断提升，对散热材料的需求也日益增大。陶瓷基板以其优异的热导性和机械强度，成为了这一领域的热门选择。

陶瓷基板

对于陶瓷基板而言，其制备方式在一定程度上影响和决定了它的最终性能，如热导性能、机械强度和稳定性等。因此，深入了解不同的制备方法，对于选择适合的陶瓷基板材料和优化产品性能具有重要意义。

目前大功率器件所使用的陶瓷基板多为平面状，平面陶瓷基板的制造工艺主要分为成型、烧结、加工等步骤。

一、成型

成型工艺对陶瓷基板的性能有着重要影响，如致密度、强度、表面质量、尺寸等。目前常见的成型工艺及特点如下所示。

1、干压成型

干压成型是通过使用冲头或活塞在单向方向施加压力，将陶瓷粉末压入刚性模具中，形成生胚。这是一种简单且高度自动化的工艺，适用于大规模生产。然而，干压成型存在一个缺点，即不同区域的压力可能不均，导致生胚的均匀性较差。

干压成型流程

2、等静压成型

等静压成型将陶瓷粉末置于柔性橡胶或塑料模具中，通过液体介质在均匀方向上施加高压，最终将粉体压成紧实均匀的生胚。与干压成型相比，等静压成型具有更高的均匀性，但其效率较低且成本高。

3、注浆成型

注浆成型是通过将陶瓷浆料注入模具中，利用浆料的沉积和脱水等过程，最终形成固体陶瓷件。该工艺的优点是能耗低且步骤简单，但其成型时间较长，模具易损坏，而且收缩率较高，导致成型的精度较差。

4、流延成型

流延成型将陶瓷浆料涂覆在平整的基底表面，通过控制浆料的厚度和干燥等过程，最终得到薄且均匀的陶瓷片材。此工艺具有高度自动化的优势，可堆叠形成不同厚度的生胚，且单层厚度可低至3μm。但流延成型的缺点是粘结剂含量较高，坯体收缩率较大。

流延成型流程

5、注射成型

注射成型是将陶瓷粉末与粘合剂混合后，注入模具中，并通过加热后冷却形成生胚。此方法适用于大规模生产小型复杂陶瓷部件，并且容易实现自动化。然而，注射成型对模具的要求较高，且如果工艺不合理，可能产生较多的缺陷。

6、挤出成型

挤出成型是将陶瓷粉末与粘合剂混合后，通过喷嘴将其挤出，形成一定形状的生胚。该工艺过程简单，自动化程度高，但初胚容易变形，且生产出的形状精度较低。

7、压延成型

压延成型是将陶瓷粉末制成浆料，通过多道压延滚轴形成平板状生胚。此工艺高效且成本较低，适合大批量生产。然而，压延成型无法生产小于10μm厚度的陶瓷，因此在精度要求较高的应用中不适用。

8、增材制造

增材制造通过将光敏树脂与陶瓷粉末混合，利用3D打印机逐层打印并固化形成生胚。此工艺能够生产形状复杂的生胚，适用于需要高度定制的应用。然而，增材制造效率较低，且无法进行大规模生产。

其中，干压成型和流延成型广泛用于陶瓷基板的工业化生产。采用干压成型的话，施加压力和保压时间是干压过程中最重要的参数。而流延成型被认为是制造大尺寸平面陶瓷基板的一种经济、连续和自动化的工艺，在制备多层材料及器件方面具有低成本和高效率的特性，广泛用于制造诸如低温共烧陶瓷基板、电容器和微波介电陶瓷器件。

二、烧结

陶瓷的烧结是将陶瓷粉末在高温下形成致密陶瓷块体的过程。高导热的SiC、AlN和Si₃N₄等陶瓷因其具有特别强的共价键而难以使用纯的陶瓷粉末烧结成致密的陶瓷块体。通常通过掺入低熔点的添加剂并混合成型再一起烧结，以提高烧结体致密度。

烧结按烧结过程是否形成液相分为固相烧结和液相烧结，两者的驱动力都是总表面能的减少。

l 固相烧结是一种无需液相参与的陶瓷致密化方法，该过程主要通过三种机制实现：蒸气传输、表面-晶格-晶界扩散以及由位错迁移驱动的塑性变形，这些机制共同促进陶瓷内部颗粒间有效的致密连接。

l 液相烧结是添加剂在高温下转变成液态，形成固体颗粒和液相处于化学平衡的系统[，并且随着烧结的进行，陶瓷的晶粒生长和致密化同时发生的一种烧结工艺。

若按照工艺区分，烧结工艺还可以分为无压烧结(Pressureless Sintering，PLS)、气压烧结(Gas Pressure Sintering，GPS)、热压烧结(Hot Press Sintering，HPS)、热等静压烧结(Hot IsostaticPressure Sintering，HIPS)、放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering，SPS)等。其中SPS、HPS和HIPS由于条件要求高或工艺复杂，不适合大规模生产陶瓷基板。

三、后处理和加工

在导热陶瓷基板的制造过程中，除了成型和烧结工艺，后处理工艺同样对其最终性能起着至关重要的作用。通过一系列的后处理工艺，可以进一步提升陶瓷基板的表面质量、尺寸精度等。常见的后处理工艺包括机械加工和表面处理。

1、机械加工

机械加工是导热陶瓷基板后处理中的常见工艺，主要包括以下几种：

l 切割与磨削：通过使用钻石刀具或其他硬质工具，对陶瓷基板进行切割和磨削，以调整其尺寸和形状。

l 钻孔：采用高精度钻孔技术，在陶瓷基板上进行钻孔处理。

2、表面处理

表面处理工艺主要用于提高导热陶瓷基板的功能性和性能。常见的表面处理方式包括：

l 涂层：在陶瓷基板表面涂覆金属等材料，可以改善陶瓷电路板表面的焊接性能等。

l 抛光：通过化学或机械方式对陶瓷表面进行抛光，减少表面粗糙度，提高表面平整光洁度。

精密抛光

四、总结

通过对陶瓷基板制备工艺的介绍，可以看出各种成型方法、烧结工艺、加工方法对最终基板的性能起着至关重要的作用。每种工艺有其独特的优势与局限，如何选择合适的工艺，不仅取决于陶瓷基板的性能要求，还受到生产规模、成本控制及精度要求的影响。

不过随着技术的不断发展，新兴的其他创新工艺正在推动导热陶瓷基板的生产方式向更高精度的方向发展。未来，随着材料科学与制造技术的进步，导热陶瓷基板的制备工艺将更加高效、精细化，满足日益增长的电子设备散热需求。

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