2023 01月04日
作者: 小白哥
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LTCC技术

近几十年来,随着通讯技术领域的高速发展,用于军用与民用的电子产品,武器装备等都加快了更新换代速度。大到雷达卫星的研发,小到便于穿戴的人工智能设备都实现了井喷式的发展;移动通信技术从2G、3G、4G到如今的5G,更新换代周期不断缩短。与此同时,各行各业也对电子元器件提出了更高的要求。为了便于电路的大规模集成,具有更好的系统稳定性,要求器件具有高的传输速度、低损耗且便于小型化。从而使得器件的封装尺寸大幅度减小,电路的密度进一步提高,逐渐形成了从单一电子元器件到电路模块化的发展趋势。目前,国内外实现电路封装集成的方法主要包含了多层电路板技术、硅片半导体技术、薄膜技术、共烧陶瓷技术。其中采用共烧陶瓷技术进行封装集成的器件由于具有高的热导率、高可靠性、结构致密、低成本等特点,使得共烧陶瓷技术受到了科研工作者的广泛关注,逐渐成为了主要的集成封装技术之一。

共烧陶瓷技术分为低温共烧陶瓷(LTCC)技术与高温共烧陶瓷(HTCC)技术。在工艺流程上最主要的区别是烧结温度不同。LTCC在制备陶瓷浆料的环节中引入适量的玻璃来降低烧结温度,在950℃以下实现致密化。而HTCC则需要在高温下完成烧结,不能与具有低电阻率的Ag、Cu等实现匹配共烧。因此,相比之下LTCC技术的性价比更高,具有更为广阔的应用前景。

1.LTCC技术简介

LTCC技术是1982年美国休斯公司开发出来的一种新型材料技术。其原理是将设计好的电路结构采用厚膜技术把电极材料、电子陶瓷材料等一次性烧结成型。具体方式为将流延好的生瓷带通过打孔、填充、内电路印刷等工艺制成生瓷薄片,然后经过叠片、等静压,在低温下烧结为陶瓷基板,最后涂上电极材料再次烧结,完成器件制作。该技术能够实现多种无源元件(如电容、耦合线、电感、微带线等)制作在不同的陶瓷介质层中,充分利用了三维结构布线的优势,多层陶瓷片采用通孔互联的方式将各类无源元件连接在一起,实现高度集成化。将含有无源元件的基板表面贴装IC芯片和有源器件,实现无源与有源集成的功能模块。这种方式很大程度上完成了电路的小型化,同时也提高了电路的密度,非常适合射频无线通讯领域的应用。

LTCC工艺详细流程如下图所示:

1.png

(1)粉体与粘合剂的混合:将原料与有机物添加剂均匀的混合,使其形成具有粘性的浆料;

(2)流延与切割:把上一步制备好的浆料注入传输带上,然后进行干燥成型,形成致密且厚度均匀的生瓷带,然后按照设计好的尺寸进行切割;

(3)打孔:按照各层电路的设计需求进行打孔,为了保证精确性,通常采用激光打孔的方式来实现;

(4)通孔填充:把金属浆料注入通孔中,完成通孔的填充,使得各层之间相互连通;

(5)印刷电路:根据设计好的网板,采用丝网印刷的方式,将电路印刷到生瓷带上并烘干;

(6)叠片与等静压:将印刷好的带有电路的膜片按一定顺序放入叠模中,然后静压成型,在操作时要注意各个孔位对齐;

(7)生瓷切片:将静压后的多个器件切割成为单个器件;

(8)烧结:按照预设的烧结曲线对器件进行烧结,需要注意排出有机物的时间与升降温时的速率,降低烧结过程中产生的气孔对器件性能的影响;

(9)测试:对烧结完成的器件进行电气特性、结构等方面的测试。

2.LTCC技术特点

目前在众多小型化技术中,LTCC技术以其众多优点而成为当前无源器件小型化的主流技术。此外,在手机,汽车等领域内均能见到LTCC小型化产品,可见其技术的优越性是其他小型化技术无法比拟的。因此,从4个方面重点阐述LTCC技术特点:

1.电路设计灵活多样化。根据生产LTCC原材料的配料比例的差异性,使得生产出的LTCC材料的介电常数变化幅度较大,在此基础上配合高电导率的金属材料,使得电路系统的品质因数大幅提高,增加了电路设计的灵活性。

2.散热性。由于陶瓷材料具有较强的导热性,使得生产出来的成品具备强大的散热能力,提升器件性能的可靠性,可应用于高温等恶劣环境。

3.低成本高集成性。由于LTCC 技术将无源器件埋入基板中进行多层电路布局排线,则免去了对各个子组件的封装成本。同时可在基板表面贴装有源器件,实现无源和有源的高集成性。

4.非连续性。在生产多层LTCC基板前,可对任何子基板进行单独质量检验,同时也可以对有问题的子基板单独重新设计,以保证其良品率,同时也降低了生产成本。



  

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