LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic LTCC)技術即低溫共燒陶瓷技�,是是一種先進的無源集成及混合電路封裝技�,它可 將三大無源元器件(包�電阻��電容器和電感器)及其 各種無源組件(如濾波��變壓�等)封裝于多層布線基 板中,并與有源器件(如:功率MOS�晶體�、IC電路模塊 等)共同集成為一完整的電路系�(tǒng)。它是近年發(fā)展起來的令人矚目的整合組件技�,已經成為無源集成的主流技術,成為無源元件領域的發(fā)展方向和新的元件產業(yè)的經濟增長點�
LTCC技術是�1982年休斯公司開�(fā)的新型材料技�,是將低溫燒結陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶,在生瓷帶上利用激光打�、微孔注�、精密導體漿料印刷等工藝制出所需要的電路圖形,并將多個被動組件(如低容值電�、電�、濾波器、阻抗轉換器、耦合器等)埋入多層陶瓷基板中,然后疊壓在一�,內外電極可分別使用銀、銅、金等金屬,�900℃下燒結,制成三維空間互不干擾的高密度電路,也可制成內置無源元件的三維電路基�,在其表面可以貼裝IC和有源器�,制成無�/有源集成的功能模�,可進一步將電路小型化與高密度化,特別適合用于高頻通訊用組��
�1)LTCC單一元器�,包括片式電�、片式電�� 片式電阻和片式磁珠等��
�2)LTCC組合器件,包括以LC組合片式濾波器為� �,在一個芯片內含有多個和多種元器件的組合� ��
?�?)LTCC集成模塊,在一個LTCC芯片中不僅含� 多個和多種無源元器�,而且還包含多層布�,與� 源模塊的接口等等�
�4)集成裸芯片的LTCC模塊。在(3)的基礎上同時 內含有半導體裸芯�,構成一個整體封裝的模塊�
采用LTCC技術具有以下主要的�(yōu)點: 相對于傳�(tǒng)的器件及模塊加工工藝 1. 使用電導率高的金屬材料作為導體材�,有利于提高電路系統(tǒng)品質因子� 2. 可以制作線寬小于50μm的細線結構電�� 3. 可以制作層數很高的電路基板,并可將多種無源元件埋入其�,有利于提高 電路及器件的組裝密度� 4. 能集成的元件種類�、參量范圍大,除L/R/C�,還可以將敏感元�、EMI� 制元�、電路保護元件等集成在一�� 5. 可以在層數很高的三維電路基板�,用多種方式鍵連IC和各種有源器件,� 現無�/有源集成� 6. 一致性好,可靠性高,耐高�、高濕、沖�,可應用于惡劣環(huán)�� 7. 非連續(xù)式的生產工藝,允許對生坯基板進行檢查,從而有助于提高成品�� 降低生產成本� 8. 與薄膜多層布線技術具有良好的兼容�� 因此,LTCC技術以其優(yōu)異的電學、機械、熱學及工藝特�,成� 潛力的電子元器件小型�、集成化和模塊化的實現方��
LTCC器件按其所包含的元件數量和在電路中的作�,大體可分為LTCC元件、LTCC功能器件、LTCC封裝基板和LTCC模塊基板�
LTCC功能器件
早期通信產品內的濾波器和雙工器多為體積很大的介質濾波器和雙工�?,F在GSM和CDMA手機上的濾波器已被聲表面濾波器取代或埋入模塊基板�,而PHS手機和無繩電話上的濾波器則大多為體積�、價格低、由LTCC制成的LC濾波器,藍牙和無線網卡則從一開始就選用LC濾波��
由LTCC制成的濾波器包括帶�、高通和低通濾波器三種,頻率則從數十MHz直到5.8GHz。LC濾波器在體積、價格和溫度�(wěn)定性等方面有其無可比擬的優(yōu)�,其不斷受到廣泛重視就不難理解了�
由LTCC制作的上述射頻器件在國外和我國臺灣省已有數年的歷�,日本的村田、東光、TDK、雙信電�,我國臺灣省的華信科技、ACX,韓國的三星等都在批量生產和銷售。我國內地在2003年才從展覽會和網頁上看到,南玻電子公司和另一家公司著手開�(fā)類似產品�
LTCC片式天線
WLAN和藍牙設備通信距離�,收�(fā)功率�,對天線的功率和收發(fā)特性要求不�,但對天線所占PCB的面積及成本要求很嚴。由LTCC制備的片式天線具有體積小、便于表面貼裝、可靠性高、成本低等顯著優(yōu)�,已廣泛用于WLAN和藍牙�
LTCC模塊基板
電子元件的模塊化已成為業(yè)界不爭的事實,其中尤其以LTCC為方�??晒┻x擇的模塊基板有LTCC、HTCC(高溫共燒陶瓷)、傳�(tǒng)的PCB如FR4和PTFE(高性能聚四氟已�)�。HTCC的燒結溫度在1500℃以上,與之匹配的難熔金屬如�、鉬/錳等導電性能較差,燒結收縮不如LTCC易于控制。LTCC的介電損耗比RF4低一個數量級。PTFE的損耗較低,但絕緣性都較差。LTCC比大多數有機基板材料可更好地控制精度。沒有任何有機材料可與LTCC基板的高頻性能、尺寸和成本進行綜合比較�
國外和我國臺灣省對LTCC模塊基板的研究可謂如火如�,已經有多種LTCC模塊商業(yè)化生產和應用。僅生產手機天線開關模塊(簡稱ASM)的就有村�、三菱電工、京�、TDK、Epcos、日立、Avx等十多家。此外還NEC、村田和愛立信等公司的藍牙模塊、日立等公司的功放模塊等�,都是由LTCC工藝制成��
LTCC模塊因其結構緊湊、耐機械沖擊和熱沖擊性強,目前在軍工和航天設備上受到極大關注和廣泛應�。今后其在汽車電子上的應用將會非常廣泛�
國內LTCC產品的開�(fā)比國外發(fā)達國家至少落�5�。這主要是由于電子終端產品�(fā)展滯后造成的。LTCC功能組件和模塊主要用于CSM,CDMA和PHS手機、無繩電�、WLAN和藍牙等通信產品,除40多兆的無繩電話外,這幾類產品在國內是近4年才�(fā)展起來的� 深圳南玻電子有限公司引進了目前世界上的設備,建成了國內�1條LTCC生產�,開�(fā)出了多種LTCC產品并己投產,如:片式LC濾波器系�、片式藍牙天�、片式定向耦合器、片式平�-不平衡轉換器、低通濾波器陣列�,性能己達到國外同類產品水平,并己進入市場。目前,南玻電子正在開發(fā)LTCC多層基板和無線傳輸用的多種功能模��
國內目前尚不能生產LTCC專用工藝設各。據不完全統(tǒng)�,國內南玻電子引進了一條完整的LTCC生產線,另外約有4家研究所己經或正在引進LTCC中試設備,開�(fā)LTCC功能模塊�
香港青石集成微系�(tǒng)公司(CiMS)長期從事微波電磁場的研究與LTCC產品的設計。他們采用先進的電磁場模擬優(yōu)化軟�,設計出了多款LC濾波器和LTCC模塊,取得了良好的效��
目前,清華大學材料系、上海硅酸鹽研究所等單位正在實驗室開發(fā)LTCC用陶瓷粉�,但還尚未到批量生產的程�。國內現在急需開發(fā)出系列化�、有自主知識產權的LTCC用陶瓷粉�,并化生產LTCC用陶瓷生帶系�,為LTCC產業(yè)的開�(fā)奠定基礎。南玻電子公司正在用進口粉料,開�(fā)��。為9.1�18.0�37.4�3種生�,厚度為10-100μm,生帶厚度系列化,為不同設計、不同工作頻率的LTCC產品的開�(fā)奠定了基��
1、在手機�(fā)展中的應用:
我們知�,未來手機正朝著輕型�、多功能、數字化及高可靠�、高性能的方向發(fā)展,對元器件的小型化、集成化以至模塊化要求愈來愈迫切。低溫共燒陶瓷技�(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)是近年來興起的一種令人矚目的多學科交叉的整合組件技�,它在推動手機體積和功能上的變化中都起到了巨大的作用,正是實現未來手機發(fā)展目標的有力手段。曾有人做了一個形象的比喻,將低溫共燒陶瓷制成的元器件比作一棟大廈,每一層有著不同的功能,但它們又是一個整體。LTCC 在手機中的用量約�80%以上,手機中使用的LTCC產品包括LC濾波�、雙工器、功能模�、收�(fā)開關功能模塊。平常老百姓接觸到最多的就是手機、電�、無繩電話,現在用得最多的是藍牙耳機里面的天�。只要體積小�,無線接收的設備肯定要用到濾波器、天�,這些都離不開LTCC。LTCC器件的體積很�,最小的只有1mm×0.5mm,放在手�,可以說,只要稍微打個噴嚏可能就不見��
2、基于LTCC技術的天線制作�
天線是任何無線電系統(tǒng)的基本組成部分,隨著無線通信的不斷發(fā)�,通信設備的集成度越來越高使得其體積越來越小,這就對天線的小型化提出了更高的要�,而利用LTCC技術能進一步縮小天線的體積而滿足系�(tǒng)小型化的要求。LTCC(Low-Temperature Co-fired Ceramic) 以其高耐溫�、高熱傳導率、低介質損�、優(yōu)良的高頻高Q 等特性非常適宜作為小型化天線的材料,而LTCC 工藝所具備的多層技術又使得天線的布局從二維走向三�,為天線的小型化�(chuàng)造了更加良好的工藝條��
3、LTCC在微波器件中的作用:
在眾多的微波介質板材�,LTCC相對于HTCC更具�(yōu)�。它結合了共燒技術和厚膜技術的�(yōu)點,減少了昂�、重復的燒結過程,所有電路被疊層熱壓并一次燒�,節(jié)省了時間,降低了成本,減小了電路的尺寸;對于射頻微波領域,更重要的是它具有高品質因數、高�(wěn)定�、高集成度等�(yōu)�。因此,LTCC已成為民用和軍品電子系統(tǒng)理想的選用材�。目前,基于LTCC技術的微波器件已開始應用于手機、小靈�、無繩電話等各種移動通信設備�,在藍牙、無線局域網�、天線開關等模塊中也大有用武之地。低溫陶瓷共�(LTCC)技術采用厚膜材�,根據預先設計的版圖圖形和層疊次序,將金屬電極材料和陶瓷材料一次性共燒結,獲得所需的無源器件及模塊組件。金屬帶的層疊技術可以方便地實現層與層之間電容和電感的耦合,利用交叉電容耦合的方法就可以在阻帶獲得能改善傳輸特性的傳輸零點。此�,LTCC采用高電導率的金、銀等金屬作導電介質,在燒結過程中不會氧�,因此無需電鍍保護;LTCC陶瓷基片的組成成分可�,根據配料的不同可生成具有不同電氣性能的介質材�,各參量在一定范圍內可調整,從而增加了設計的靈活��
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