在5G高頻通信時(shí)代，電子產(chǎn)品向微小型化和多功能化方向發(fā)展，對(duì)電子元器件的集成和封裝提出了更高的要求，同時(shí)也帶動(dòng)了與之密切相關(guān)的電子封裝技術(shù)的發(fā)展。電子封裝技術(shù)直接影響著電子器件和集成電路的高速傳輸、功耗、復(fù)雜性、可靠性和成本等，因此成為電子領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。低溫共燒陶瓷( LTCC) 技術(shù)作為無(wú)源元器件集成的關(guān)鍵技術(shù)，在開發(fā)高頻、高性能、高集成度的電子元器件方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，對(duì)我國(guó)高頻通信的發(fā)展有著舉足輕重的作用。

為了獲得更大的帶寬和更快的傳輸速率，無(wú)線通信系統(tǒng)的工作頻率越來越高，5G 和毫米波技術(shù)是正在大力發(fā)展的通信技術(shù)。同時(shí)，手機(jī)、智能可穿戴設(shè)備等消費(fèi)電子產(chǎn)品的功能越來越復(fù)雜，體積也越來越小，這些因素均使得 LTCC 組件不斷向模塊化、小型化及高頻化等方向發(fā)展。因此，開發(fā)具有更好溫度穩(wěn)定性、更低介電損耗、更低燒結(jié)溫度的可適用于高頻場(chǎng)景的低溫共燒介質(zhì)陶瓷材料，提升 LTCC 工藝技術(shù)水平和內(nèi)部線路設(shè)計(jì)能力，減小 LTCC 元器件尺寸并進(jìn)行更高密度集成是未來 LTCC 技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

（來源：晶弘科技）

一、低溫共燒陶瓷（LTCC）材料

目前低溫共燒陶瓷（LTCC）材料有三大類：微晶玻璃系，玻璃+陶瓷復(fù)合系和非晶玻璃系。其中玻璃／陶瓷復(fù)合體系和微晶玻璃體系是產(chǎn)業(yè)內(nèi)研究的重點(diǎn)。

來源：日本電氣硝子

1、微晶玻璃系

微晶玻璃是由一定組成的玻璃通過受控晶化制得的由大量微小晶體和少量殘余玻璃相組成的復(fù)合體。它具有配方易調(diào)節(jié)，工藝簡(jiǎn)單且性能較優(yōu)的特點(diǎn)，如低介電損耗，適用于制作工作頻率在20～30GHz的器件，以堇青石、鈣硅石及鋰輝石應(yīng)用最為廣泛。微晶玻璃按基礎(chǔ)玻璃組成一般可分為硅酸鹽系統(tǒng)、鋁硅酸鹽系統(tǒng)、硼硅酸鹽系統(tǒng)、硼酸鹽系統(tǒng)以及磷酸鹽系統(tǒng)等五大類。微晶玻璃采用硅酸鹽類的玻璃——陶瓷材料，添加1種或多種氧化物，如ZrO?、ZnO、SnO?，燒結(jié)溫度在850～1050 ℃，介電常數(shù)和熱膨脹系數(shù)小。

2、玻璃+陶瓷復(fù)合系

這是目前最常用的LTCC材料。在陶瓷中加入低熔點(diǎn)的玻璃相，燒結(jié)時(shí)玻璃軟化，粘度下降，從而可以降低燒結(jié)溫度。玻璃主要是各種晶化玻璃，陶瓷填充相主要是Al2O3、SiO2、堇青石、莫來石等。燒結(jié)溫度在900℃左右，工藝簡(jiǎn)單靈活，容易控制調(diào)節(jié)復(fù)合材料的燒結(jié)特性和物理性能，介電常數(shù)及其溫度系數(shù)小，電阻率高，化學(xué)穩(wěn)定性好。

3、非晶玻璃系

將形成玻璃的氧化物進(jìn)行充分混合，在800～ 950℃之間煅燒，然后球磨過篩，按照陶瓷工藝成型燒結(jié)成為致密的陶瓷基板。這種體系的工藝簡(jiǎn)單，成分容易控制，但陶瓷基板的綜合性能不太理想，如機(jī)械強(qiáng)度較低，介質(zhì)損耗較大，目前很少采用。

二、低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)

電子封裝技術(shù)工藝主要有直接電鍍陶瓷技術(shù)、高溫共燒陶瓷(HTCC)技術(shù)、低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)等。其中，低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)多層陶瓷封裝高標(biāo)準(zhǔn)、高要求的最優(yōu)方法之一。此外，低溫共燒陶瓷技術(shù)（LTCC）是一種多層陶瓷微波材料技術(shù)，可以將無(wú)源元件內(nèi)埋置到基板內(nèi)部同時(shí)將有源元件貼裝在基板表面、實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)，在制成無(wú)源/有源器件、功能模塊集成等方面有靈活性，具有操作簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、低損耗、優(yōu)良的高頻Q值、小型化等優(yōu)勢(shì)，可用于制作基板、器件及功能模塊。例如，基于LTCC制造高頻通訊模組具備高Q、允許大電流及耐高溫、熱傳導(dǎo)性更好、可將被動(dòng)元器件埋入多層電路中增加電路密度、小CTE等優(yōu)點(diǎn)，更適于5G高頻天線的應(yīng)用。

以下是低溫共燒陶瓷技術(shù)（LTCC）工藝的具體步驟：

(a)HTCC陶瓷基板產(chǎn)品(b)LTCC陶瓷基板產(chǎn)品

LTCC制備電子封裝陶瓷具體步驟如下：

（1）陶瓷漿料的準(zhǔn)備和配制，將陶瓷粉加入有機(jī)黏結(jié)劑，并加入一定量玻璃粉（一般占漿料的40%～60%）來降低燒結(jié)溫度，混合均勻后流延得到最大可達(dá)幾毫米的生瓷帶料；

（2）生瓷帶被裁切為單獨(dú)的小片，通過機(jī)械或激光的方法沖制需要的通孔；

（3）利用絲網(wǎng)印刷、微孔注漿等技術(shù)將金屬導(dǎo)體（Cu、Ag和Au等）填充生瓷帶上的孔，并制作導(dǎo)電圖形。

（4）將單層的生瓷帶按工藝要求堆疊在一起，經(jīng)單軸和等靜壓力層壓而結(jié)合在一起，低溫（900～1000℃）燒結(jié)成型，最終制成高密度集成電路，也可以內(nèi)置無(wú)源元件，或在表面貼裝IC和有源元件，或無(wú)源／有源的混合集成功能模塊。

LTCC制備工藝流程圖

1、LTCC工藝改進(jìn)：表面金屬化

表面金屬化是利用表面改性技術(shù)在非金屬表面上覆蓋金屬涂層，電鍍和化學(xué)鍍是最常用的方法。金屬化能使LTCC材料表面具優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及可焊性等金屬特性。電鍍需要對(duì)材料的非金屬表面進(jìn)行復(fù)雜的鍍前處理以使材料具有導(dǎo)電性，從而滿足后續(xù)電鍍需求，但金屬化后的孔隙較大，且會(huì)造成較重程度的污染。化學(xué)鍍則是在陶瓷材料表面通過沉積不同的金屬以實(shí)現(xiàn)陶瓷表面金屬化。

表面金屬化可改善陶瓷的可焊性，使絕緣的陶瓷材料獲得良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱等物理性能和優(yōu)異的化學(xué)性能，從而滿足電子信息技術(shù)各方面的要求，進(jìn)而滿足LTCC材料的性能需要。

三、應(yīng)用

與其他封裝技術(shù)相比，LTCC技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于:①LTCC材料具有優(yōu)良的高頻、高速傳輸和寬帶通的特性。其介電常數(shù)可通過改變材料配方來調(diào)控，增加了電路設(shè)計(jì)的靈活性;②以電導(dǎo)率高的金屬材料作為布線導(dǎo)體，有利于提高電路系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù);③熱傳導(dǎo)性比普通PCB電路板好，熱膨脹系數(shù)低，有助于提高集成系統(tǒng)的可靠性及耐高溫和承受大電流的能力;④可通過多層互聯(lián)內(nèi)埋多個(gè)無(wú)源器件，并結(jié)合表面貼裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)有源無(wú)源集成，極大地提高電路的組裝密度;⑤與其他多層布線技術(shù)兼容性好，可進(jìn)行混合多芯片組件技術(shù)的開發(fā);⑥非連續(xù)性生產(chǎn)工藝，便于進(jìn)行質(zhì)量檢查，有利于提高成品率，降低成本。

憑借上述優(yōu)勢(shì)，LTCC現(xiàn)已成為無(wú)源集成的主流技術(shù)，廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信、消費(fèi)電子、醫(yī)療機(jī)械、汽車電子、航空航天以及國(guó)防軍工等領(lǐng)域。

（來源：晶弘科技）

1、電子通信領(lǐng)域

電子通信領(lǐng)域與人們生活緊密相連。在移動(dòng)通信設(shè)備手機(jī)、藍(lán)牙等產(chǎn)品中，相關(guān)的低溫共燒陶瓷(LTCC)產(chǎn)品得到了普遍的應(yīng)用。作為當(dāng)前的新興熱門的5G通信技術(shù)領(lǐng)域，電子封裝的技術(shù)與材料的應(yīng)用日益增多。與傳統(tǒng)通信技術(shù)相比，5G通信技術(shù)接入工作器件時(shí)，首先需滿足全頻譜接入、高頻段乃至毫米波傳輸和超高寬帶傳輸三個(gè)基本要求。因此，在封裝過程中，需要進(jìn)一步研制低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱、高絕緣、大規(guī)模集成化、高頻化和高頻譜效率的電子封裝材料來滿足當(dāng)前信息技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展需求。

濾波器基板（來源：晶弘科技）

使用場(chǎng)景：信號(hào)基站（來源：晶弘科技）

2、航天電子領(lǐng)域

如今，在飛速發(fā)展的航天領(lǐng)域中，對(duì)航天器上的電子設(shè)備的性能要求越來越高。因此，對(duì)于新材料以及新工藝的研究也越來越迫切。低溫共燒陶瓷(LTCC)材料由于其優(yōu)異的介電、熱學(xué)、力學(xué)性能和高可靠性、易于集成、設(shè)計(jì)多樣等綜合性能，已成為MCM多芯片微組裝工藝的首選材料。低溫共燒陶瓷(LTCC)不僅可以減小航天器載荷的體積與質(zhì)量，還可以適應(yīng)太空中惡劣多變、極冷極熱的苛刻環(huán)境。

MCM多芯片模塊

3、醫(yī)療機(jī)械領(lǐng)域

在與人們的身體健康密切相關(guān)的醫(yī)療機(jī)械中，由于電子封裝材料中的低溫共燒陶瓷(LTCC)材料具有體積小、可靠性高、對(duì)人體無(wú)副作用等特點(diǎn)，能完全滿足諸如心臟起搏器和助聽器等需要植入人體的醫(yī)療器械的性能要求。因此，低溫共燒陶瓷(LTCC)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療檢測(cè)和監(jiān)護(hù)設(shè)備等器械，在性能和成本方面具有極大的優(yōu)勢(shì)。

4、汽車電子領(lǐng)域

隨著人們對(duì)汽車等日常出行代步工具的工作可靠性和安全性等性能要求的不斷提高，汽車控制正向智能化和電子化的方向飛速發(fā)展。低溫共燒陶瓷(LTCC)以其耐高溫、抗振動(dòng)性和密封性能優(yōu)異等優(yōu)勢(shì)，在汽車電子電路領(lǐng)域具有重要的地位。ECU(發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊)和ABS(制動(dòng)防抱死模塊)就應(yīng)用了LTCC技術(shù)和材料來滿足對(duì)汽車高可靠性和高性能的要求。

激光器基板（來源：晶弘科技）

應(yīng)用場(chǎng)景：汽車激光雷達(dá)（來源：晶弘科技）

此外，在軍用的集成電路和聲表面波器件、晶體震蕩器件、光電器件等領(lǐng)域，電子陶瓷封裝材料也有較大的發(fā)展空間，并向多層化方向發(fā)展。可靠性好、柔性大、開發(fā)費(fèi)用低的多層陶瓷封裝外殼也是研究人員的關(guān)注重點(diǎn)。

參考來源：

1、電子封裝陶瓷的研究進(jìn)展，張光磊,郝寧,楊治剛,張誠(chéng),金華江,高珊（陶瓷學(xué)報(bào)）；

2、電子封裝陶瓷基板，程浩,陳明祥,羅小兵,彭洋,劉松坡（現(xiàn)代技術(shù)陶瓷）；

3、LTCC 材料及其器件——產(chǎn)業(yè)發(fā)展與思考，楊斌，王榮，張晗，李勃（電子元件與材料）;

4、低溫共燒陶瓷（LTCC）材料及其應(yīng)用（中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所）。

粉體圈 芷凌整理

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