LTCC技术介绍及应用前景

的发展提供良好的市场契机。

　　LTCC器件的开发与生产，必须兼顾材料、设计及工艺与设备三个

　　方面。

　　材料

　　LTCC器件对材料性能的要求包括电性能、热机械性能和工艺性能三方面。

　　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。

　　国内目前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是今后发展趋势

LTCC是今后元件制造工艺的一个趋势，集成的趋势非常明显。据业内专家介绍，与其他集成技术相比，LTCC具有以下特点：根据配料的不同，LTCC材料的介电常数可以在很大范围内变动，增加了电路设计的灵活性；陶瓷材料具有优良的高频、高Q特性和高速传输特性；使用高电导率的金属材料作为导体材料，有利于提高电路系统的品质因数；制作层数很高的电路基板，减少连接芯片导体的长度与接点数，并可制作线宽小于50μm的细线结构电路，实现更多布线层数，能集成的元件种类多，参量范围大，易于实现多功能化和提高组装密度；可适应大电流及耐高温特性要求，具有良好的温度特性；与薄膜多层布线技术具有良好的兼容性，二者结合可实现更高组装密度和更好性能的混合多层基板和混合型多芯片组件；易于实现多层布线与封装一体化结构，进一步减小体积和重量，提高可靠性