LTCC：电子器件模块化介绍

介电常数是LTCC材料最关健的性能。由于射频器件的基本单元———谐振器的长度与材料的介电常数的平方根成反比，当器件的工作频率较低时(如数百兆赫兹)，如果用介电常数低的材料，器件尺寸将大得无法使用。因此，最好能使介电常数系列化以适用于不同的工作频率。

介电损耗也是射频器件设计时一个重要考虑参数，它直接与器件的损耗相关。理论上希望越小越好。

介电常数的温度系数，这是决定射频器件电性能的温度稳定性的重要参数。

为了保证LTCC器件的可靠性，在材料选择时还必须考虑到许多热机械性能。其中最关健的是热膨胀系数，应尽可能与其要焊接的电路板相匹配。此外，考虑到加工及以后的应用，LTCC材料还应满足许多机械性能的要求，如弯曲强度σ、硬度Hv、表面平整度、弹性模量E及断裂韧性KIC等等。

工艺性能大体可包括如下方面：第一，能在900℃以下的温度下烧结成致密、无气孔的显微结构。第二，致密化温度不能太低，以免阻止银浆料和生带中有机物的排出。第三，加入适当有机材料后可流延成均匀、光滑、有一定强度的生带。

目前，国际上有duPont、Ferro和Heraeus三家提供数种介电常数小于10的生带，国内开发LTCC器件的研究所也都在采用这些生带。这些生带存在两个问题：首先，介电常数未系列化，不利于设计不同工作频率的器件。第二，这些生带开发商并无实际使用生带进行设计和生产的经验，比较注重生带与银浆料的匹配性和工艺性能，对于设计对生带的要求的掌握并不详尽。Heraeus目前似乎更着重于银浆和介电粉料的开发，似有退出生带生产之势，不知是否代表一种趋势。

内目前LTCC材料基本有两个来源，一是购买国外生带，二是器件生产厂从原料开发起。这些都不利于快速、低成本的开发出LTCC器件。因为，第一种方式会增加生产成本，第二种方式会延缓器件的开发时间。目前清华大学材料系、上海硅酸盐研究所等单位正在实验室开发LTCC用陶瓷粉料，尚未到批量生产的程度。国内现在亟须开发出系列化的、最好有自主知识产权的LTCC用陶瓷粉料，专业化的生产系列化LTCC用陶瓷生带，为LTCC器件的开发奠定基础。南玻电子公司正在用进口粉料，开发出介电常数为9.1、18.0和37.4的三种生带，厚度从10μm到100μm，生带厚度系列化，介电常数半系列化，为不同设计、不同工作频率的器件开发奠定了基础。

设计 　　LTCC器件的设计包括电性设计、应力设计和热设计等诸多方面，其中以电性设计最为关键。由于LTCC器件中包括多个等效分立元件，互相间耦合非常复杂，工作频率往往较高，更多的是采用电磁场而不是电路的概念。用过去的集总参数电路设计的方法是无法设计LTCC器件的。国内尚未看到有关LTCC器件电性设计的报道，这大概是制约LTCC器件开发的另一个重要因素。香港青石集成微系统公司(CiMS)长期从事微波电磁场的研究与LTCC器件的设计，颇有造诣。CiMS采用先进的电磁场模拟优化软件为南玻电子设计了多款LC滤波器和模块，取得了良好的效果。

由电磁场模似设计软件可对生带和银电极的频率响应、损耗等进行定量分析，从而指导实际研发，缩短研发周期和成本。

工艺设备 　　LTCC器件的显著优点之一是其一致性好、精度高。而这完全有赖于所用材料的稳定性和工艺设备的精度。国内目前尚没有生产厂可制造与LTCC有关的成型设备。据不完全统计，国内南玻电子引进了一条完整的LTCC生产线，另外约有4家研究所已经或正在引进LTCC中试设备，开发军工用LTCC模块。

LTCC设备的关健是其精度和自动控制程度。南玻电子每台LTCC设备均是当今世界精度最高、全自动控制的。