LTCC材料是LTCC技�(shù)(低溫共燒陶瓷)中作為基板的材料�(tǒng)�,LTCC材料的介電常�(shù)可以在很大范圍內(nèi)變動,增加了電路�(shè)�(jì)的靈活�。目前,LTCC材料在日�、美國等�(fā)�(dá)國家已�(jìn)入產(chǎn)�(yè)�、系列化和可�(jìn)行材料設(shè)�(jì)的階��
LTCC器件對材料性能的要求包括電性能、熱�(jī)械性能和工藝性能三方��
介電常數(shù)是LTCC材料最�(guān)健的性能。由于射頻器件的基本單元———諧振器的長度與材料的介電常�(shù)的平方根成反�,當(dāng)器件的工作頻率較低時(如數(shù)百兆赫茲),如果用介電常數(shù)低的材料,器件尺寸將大得無法使用。因�,能使介電常�(shù)系列化以適用于不同的工作頻率�
介電損耗也是射頻器件設(shè)�(jì)時一個重要考慮參數(shù),它直接與器件的損耗相�(guān)。理論上希望越小越好� 介電常數(shù)的溫度系�(shù),這是決定射頻器件電性能的溫度穩(wěn)定性的重要參數(shù)�
為了保證LTCC器件的可靠性,在材料選擇時還必須考慮到許多熱�(jī)械性能。其中最�(guān)健的是熱膨脹系數(shù),應(yīng)盡可能與其要焊接的電路板相匹�。此外,考慮到加工及以后的應(yīng)�,LTCC材料還應(yīng)滿足許多�(jī)械性能的要�,如彎曲�(qiáng)度�、硬度Hv、表面平整度、彈性模量E及斷裂韌性KIC等等�
工藝性能大體可包括如下方面:,能�900℃以下的溫度下燒�(jié)成致�、無氣孔的顯微結(jié)�(gòu)。第�,致密化溫度不能太低,以免阻止銀漿料和生帶中有機(jī)物的排出。第�,加入適�(dāng)有機(jī)材料后可流延成均�、光滑、有一定強(qiáng)度的生帶�
目前,LTCC陶瓷材料主要是兩個體�,即“微晶玻璃”系和“玻�+ 陶瓷”系。采用低熔點(diǎn)氧化物或低熔�(diǎn)玻璃的摻雜可以降低陶瓷材料的燒結(jié)溫度,但是降低燒�(jié)溫度有限,而且不同程度會損壞材料性能,尋找自身具有燒�(jié)溫度低的陶瓷材料引起研究人員的重視。此類材�,正在開�(fā)的主要品種為硼酸錫鋇(BaSn(BO3)2)系和鍺酸鹽和碲酸鹽�� BiNbO4系、Bi203-Zn0-Nb205�、ZnO-TiO2系等陶瓷材料。近年來,清華大�(xué)周濟(jì)課題組一直致力于這方面的研究�
LTCC�(chǎn)品性能好壞完全依賴所用材料的性能。LTCC陶瓷材料主要包括,LTCC 基板材料、封裝材料和微波器件材料。介電常�(shù)是LTCC材料最�(guān)健的性能。要求介電常�(shù)�2�20000范圍�(nèi)系列化以適用于不同的工作頻率。例如相對介電常�(shù)�3.8的基板適用于高速數(shù)字電路的�(shè)�(jì);相對介電常�(shù)�6�80的基板可很好地完成高頻線路的�(shè)�(jì);相對介電常�(shù)高達(dá)20000的基�,則可以使高容性器件集成到多層�(jié)�(gòu)�。高頻化是數(shù)�3C�(chǎn)品發(fā)展比然的趨勢,發(fā)展低介電常數(shù)(ε≤10)的LTCC材料以滿足高頻和高速的要求是LTCC材料如何適應(yīng)高頻�(yīng)用的一個挑�(zhàn)。FerroA6和DuPont�901系統(tǒng)介電常數(shù)�5.2�5.9,ESL公司�4110-70C�4.3�4.7,NEC公司LTCC基板介電常數(shù)�3.9左右,介電常�(shù)低達(dá)2.5的正在開�(fā)�
諧振器的尺寸大小與介電常�(shù)的平方根成反�,因此作為介�(zhì)材料時,要求介電常數(shù)要大,以減小器件尺寸。目�,超低損耗的極限或超高Q�、相對介電常�(shù)�>100)乃�>150的介�(zhì)材料是研究的熱點(diǎn)。需要較大電容量的電路,可以采用高介電常�(shù)的材�,也可在LTCC介質(zhì)陶瓷基板材料層中夾入有較大介電常�(shù)的介�(zhì)材料層,其介電常�(shù)可在20�100之間選擇。介電損耗也是射頻器件設(shè)�(jì)時一個重要考慮參數(shù),它直接與器件的損耗相�(guān),理論上希望越小越好。目�,生�(chǎn)用于射頻器件的LTCC材料主要有DuPont(951 ,943�,F(xiàn)erro(A6M,A6S�,Heraeus(CT700,CT800和CT2000)和Electro-science Laboratories。他們不僅可以提供介電常�(shù)系列化的LTCC生瓷�,而且也提供與其相匹配的布線材��
LTCC材料研究中的另一個熱�(diǎn)問題就是共燒材料的匹配�。將不同介質(zhì)層(電容、電�、電�,導(dǎo)體等)共燒時,要控制不同界面間的反應(yīng)和界面擴(kuò)�,使各介�(zhì)層的共燒匹配性良�,界面層間在致密化速率、燒�(jié)收縮率及熱膨脹速率等方面盡量達(dá)到一�,減少層裂、翹曲和裂紋等缺陷的�(chǎn)��
一般說�,利用LTCC技�(shù)的陶瓷材料收縮率大約�15�20%左�。若兩者燒�(jié)無法匹配或兼�,燒�(jié)之后將會出現(xiàn)界面層分裂的�(xiàn)象;如果兩種材料�(fā)生高溫反�(yīng),其生成的反�(yīng)層又將影響原來各自材料的特�。對于不同介電常�(shù)和組成的兩種材料的共燒匹配性以及如何減少相互間的反�(yīng)活性等是研究的重點(diǎn)。在LTCC�(yīng)用于高性能系統(tǒng)時,對收縮行為的�(yán)格控制關(guān)鍵在于對LTCC共燒體系燒結(jié)收縮率的控制,LTCC共燒體系沿X-Y方向的收縮一般為12%~16�。借助無壓燒結(jié)或助壓燒�(jié)技�(shù),獲得沿X-Y方向零收縮率的材料[17,18]燒結(jié)�,在LTCC共燒層的頂部和下部放置于壓片作為收縮率控制層。借助控制層與多層之間一定的粘結(jié)作用及控制層�(yán)格的收縮�,限制了LTCC�(jié)�(gòu)沿X、Y方向的收縮行�。為了補(bǔ)充基板沿X-Y方向的收縮損�,基板將沿Z方向�(jìn)行收縮補(bǔ)�。結(jié)�,LTCC�(jié)�(gòu)在X、Y方向上的尺寸變化只有0.1%左右,從而保證了燒結(jié)�,布線及孔的位置和精�,保證了器件的質(zhì)��
綜上所�,LTCC材料�(jīng)歷了從簡單到�(fù)�、從低介電常�(shù)到高介電常數(shù)和使用頻段不斷增加等�(fā)展過程。從技�(shù)成熟程度、產(chǎn)�(yè)化程度及�(yīng)用廣泛程度等角度來評�(jià),目前LTCC技�(shù)是無源集成的主流技�(shù)。LTCC屬于高新科技的前沿產(chǎn)品,廣泛�(yīng)用于微電子工�(yè)的各個領(lǐng)�,具有十分廣闊的�(yīng)用市場和�(fā)展前景。同時LTCC技�(shù)也將面臨來自不同技�(shù)的競爭與挑戰(zhàn),如何繼�(xù)保持在無線通訊組件�(lǐng)域的主流地位,還必須繼續(xù)�(qiáng)化自身技�(shù)�(fā)展和大力降低制造成�,不斷完善或亟待開發(fā)相關(guān)技�(shù)。如美國 (ITRI)正積極主�(dǎo)開發(fā)可埋入電�、電容的PCB技�(shù),并�(yù)�(jì)2�3年后�(dá)到成熟階�,屆時將以MCM-L形式與LTCC/MLC技�(shù)在高頻通信模塊�(lǐng)域成為強(qiáng)有力競爭對手。至于以微電子技�(shù)為核心開�(fā)的MCM-D技�(shù)來制作高頻通信模塊,也正在美、日、歐各大公司�(nèi)積極展開。如何繼�(xù)保持LTCC技�(shù)在無線通訊組件�(lǐng)域的主流地位,還必須繼續(xù)�(qiáng)化自身技�(shù)�(fā)展和大力降低制造成本,不斷完善或亟待開�(fā)相關(guān)技�(shù),如解決與器件集成化制備工藝中異�(zhì)材料的匹配共�,化�(xué)兼容性及�(jī)電性能與界面行為等問題�
我國對低�?zé)Y(jié)的低介電常數(shù)的介�(zhì)材料的研究明顯落�。開展低�?zé)Y(jié)介質(zhì)材料與器件的大規(guī)模國�(chǎn)化工�,不僅具有重要的社會效益而且具有顯著的經(jīng)�(jì)利益。目前,如何在國際上先�(jìn)國家已有一定范圍知識產(chǎn)�(quán)保護(hù)壟斷的形勢下,開�(fā)/�(yōu)化及擁有自主知識�(chǎn)�(quán)地利用新原理、新技�(shù)、新工藝或新材料制造具有新功能、新用途、新�(jié)�(gòu)的新型低�?zé)Y(jié)介質(zhì)材料和器�,大力開展LTCC器件�(shè)�(jì)與加工技�(shù)、應(yīng)用LTCC器件的大�(guī)模產(chǎn)品生�(chǎn)�,盡快促�(jìn)我國LTCC技�(shù)�(chǎn)�(yè)的形成與�(fā)展是今后研究的主要工��
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