低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)采用厚膜材料,根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu),將電極材料、基板、電子器件等一次性燒成,是一種用于實(shí)現(xiàn)高集成度、高性能的電子封裝技術(shù)。
LTCC技術(shù)有以下幾種形式:其一,將低溫?zé)Y(jié)陶瓷粉制成厚度精確且致密的生瓷帶,再在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿、精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝制出所需電路圖形,然后將多層加工過(guò)的生瓷帶疊壓在一起,在900℃以下燒結(jié),制成片式器件;其二,把多個(gè)無(wú)源元件埋入其中,制成單塊三維陶瓷多層電路基板;其三,可在其表面貼裝IC和有源器件,制成無(wú)源/有源集成的功能模塊。
低溫?zé)Y(jié)技術(shù)最早是1982年由休斯公司開(kāi)發(fā)的新型材料技術(shù),以各種玻璃-陶瓷的低溫?zé)Y(jié)為主,通過(guò)改進(jìn)配方、改善工藝條件實(shí)現(xiàn)基板與金屬布線的共燒。我國(guó)在這方面起步較晚。目前世界上能提供LTCC相關(guān)產(chǎn)品的有IBM、Motolora、Murata、TDK、Rockwell和Kyolera等國(guó)際公司。據(jù)報(bào)道現(xiàn)已有50層、16英寸、應(yīng)用頻率為50MHz~5GHz的LTCC集成電路產(chǎn)品,另外日本富士通已研制出61層、245mm的共燒結(jié)構(gòu),而美國(guó)IBM公司已研制出66層LTCC基板的多芯片組件。
1.LTCC技術(shù)的特點(diǎn)
2.LTCC技術(shù)中的工藝流程
圖1.LTCC技術(shù)流程圖 via網(wǎng)絡(luò)
①流延:由陶瓷漿料制作出陶瓷基板坯料;
②裁片:將坯料切割成一定尺寸的陶瓷薄片,每一片將成為多層陶瓷基板的一層。過(guò)程中,對(duì)流延不良的薄片進(jìn)行剔除;
③沖孔:在薄片上以機(jī)械沖孔/激光沖孔的方式制作出用以進(jìn)行電氣互聯(lián)的過(guò)孔、通孔;
④填孔:將過(guò)孔填充劑填入過(guò)孔中,作為層與層之間電路連接的垂直通路,以制備多層陶瓷基板內(nèi)部的過(guò)孔;
⑤印刷:使用絲網(wǎng)印刷方法,將導(dǎo)電漿料或介質(zhì)材料印刷在陶瓷片上,用以制作電氣互聯(lián)的導(dǎo)線及印制元器件(電阻、電容、壓敏電阻等);
⑥疊片:將已印刷電路圖形的陶瓷片按照次序,依次疊放在一起,使得圖形復(fù)合電路結(jié)構(gòu)要求,并揭除印刷時(shí)的PET膜;
⑦靜壓:將疊片后的生瓷片利用高壓使之粘接牢固;
⑧切割:將較大面積的生瓷基板,按照各元件、模塊的切割邊界進(jìn)行切割分離,便于進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)后的陶瓷片將不易切割;
⑨燒結(jié):將生瓷基板加熱燒結(jié)成熟瓷,使其瓷材硬化、內(nèi)部漿料固化、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。對(duì)LTCC基板,加熱溫度一般低于900℃;
⑩調(diào)阻:對(duì)通過(guò)印刷制成的電阻等元器件進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié),以修正印刷誤差、適配器參數(shù)差異,已達(dá)到最佳系統(tǒng)性能;
?測(cè)試:產(chǎn)品加工過(guò)程中,對(duì)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)察,避免不良品流入下道工序。主要包括外觀檢查、電氣特性測(cè)量、內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢查。
3.LTCC材料及產(chǎn)品應(yīng)用
從化學(xué)成分上來(lái)看,目前使用的,能夠?qū)崿F(xiàn)低溫?zé)Y(jié)的陶瓷材料主要包括微晶玻璃體系、玻璃+陶瓷復(fù)合體系和非晶玻璃體系,其中微晶玻璃系和玻璃+陶瓷復(fù)合體系是近年來(lái)人們研究的重點(diǎn),開(kāi)發(fā)了(Mg、Ca)TiO3系,BaO- TiO2系,ZnO- TiO2系,BaN-Nd2O3- TiO2系,(Zr, Sn)·TiO3系,(Zn, Sn)·TiO3系,(Ba, Nb) TiO3系以及硼硅酸鹽系等許多LTCC材料體系。
(1)當(dāng)前已開(kāi)發(fā)的LTCC基板材料大致可分為以下三類(lèi):
①陶瓷-玻璃系(微晶玻璃):低介電損耗,適合制作20~30GHz的器件;
②玻璃加陶瓷填充料的復(fù)合系:填充物的主要作用是用來(lái)改善陶瓷的抗彎強(qiáng)度、熱導(dǎo)率等,在燒結(jié)過(guò)程中玻璃和填充料反應(yīng)形成高Q值晶體。
③單相陶瓷系:低燒結(jié)溫度,高致密化,以減小材料的介電常數(shù)和介電損耗,以滿足多層電路性能的要求。
(2)LTCC技術(shù)在產(chǎn)品中的應(yīng)用可粗略地分為以下四種:
①高精度片式元件:如高精度片式電感器、電阻器、片式微波電容器等,以及這些元件的陣列等。隨著手機(jī)、多種電子設(shè)備的小型化、多功能化,對(duì)用于高頻電路/高頻模塊中的積層芯片電感器小型化和高Q特性提出要求,這也使得LTCC技術(shù)為基礎(chǔ)的片式元件向多層片式發(fā)展。
②無(wú)源集成功能器件:如片式射頻無(wú)源集成組件,包括LC濾波器及其陣列、定向耦合器、功分器、功率合成器、Balun(平衡-不平衡變換器)、天線、延遲線、衰減器,共模扼流圈及其陣列等。LTCC技術(shù)的重要應(yīng)用就是無(wú)源器件的功能化集成,包括電感、電容、濾波器以及天線和雙工器等。
③無(wú)源集成基板:如藍(lán)牙模塊基板、手機(jī)前端模塊基板、集中參數(shù)環(huán)行器基板等。
④功能模塊:如藍(lán)牙模塊、手機(jī)前端模塊、天線開(kāi)關(guān)模塊、功放模塊等。
由此可見(jiàn),LTCC產(chǎn)品在電子元件集成中應(yīng)用十分廣泛,如:各種制式的手機(jī)、藍(lán)牙模塊、全球定位系統(tǒng)(GPS)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、數(shù)碼相機(jī)、WLAN、汽車(chē)電子、光驅(qū)等,LTCC產(chǎn)品在手機(jī)中的用量占據(jù)主要部分,約達(dá)80%以上;其次是藍(lán)牙模塊和WLAN。
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