LTCC生產方案工藝和概述部分

1、LTCC生產線項目方案概述所謂低溫共燒陶瓷 （Low-temperature cofired ceramics,LTCC） 技術，就是將低溫燒結陶瓷粉制成厚 度精確而且致密的生瓷帶，作為電路基板材料，在生瓷帶上利用機械或激光打孔、微孔注漿、精密導體漿料印刷 等工藝制出所需要的電路圖形，并將多個無源元件埋入其中，然后疊壓在一起，在900C燒結，制成三維電路網絡的無源集成組件，也可制成內置無源元件的三維電路基板，在其表面可以貼裝 IC 和有源器件，制成無源 /有源 集成的功能模塊?？傊眠@種技術可以成功地制造出各種高技術LTCC產品。多個不同類型、不同性能的無源 元件集成在一個封裝內有多種方法

2、，主要有低溫共燒陶瓷（LTCC技術、薄膜技術、硅片半導體技術、多層電路板 技術等。目前，LTC C技術是無源集成的主流技術。LTCC整合型組件包括各種基板承載或內埋各式主動或被動組 件的產品，整合型組件產品項目包含零組件（component） 基板（substrates ）與模塊（modules ）。LTCC（ 低溫共燒陶瓷）己經進入產業(yè)化階段，日、美、歐洲國家等各家公司紛紛推出了各種性能的LTCC產品。LTCC在我國臺灣地區(qū)發(fā)展也很快。LTCC在 2003年后快速發(fā)展，平均增長速度達到%國內LTCC產品的開發(fā)比國外發(fā)達國家至少落后5年。這主要是由于電子終端產品發(fā)展滯后造成的。LTCC 功能組

3、件和模塊在民用領域主要用于CSMCDMA口 PHS手機、無繩電話、WLAf和藍牙等通信產品。另外，LTCC技術由于自身具有的獨特優(yōu)點，在軍事、航天、航空、電子、計算機、汽車、醫(yī)療等領域均獲得 了越來越廣泛本推薦方案集成當今世界先進的自動化設計，生產、檢測設備于一體，同時考慮軍工生產的特點和廠家的 售后服務能力，是專門為貴所量身定制的解決方案。在方案的設計中地考慮到軍工產品多品種、小批量和高質量 要求地特點，在選用設備時以完整性、靈活性、可靠性為原則，其中在一些關鍵環(huán)節(jié)采用了一些國外較先進及技 術含量較高和性能穩(wěn)定的設備。由于是多家制造商的設備連線使用，所以必須由集成供應商統(tǒng)一安裝調試和培訓，并

4、提供長期的工藝和設 備配套服務。（二）項目發(fā)展的必要性1、國家發(fā)展需要。九五期間國家投巨資建設 LSI 高密度國家重點工業(yè)性試驗基地， 其目的是進行高密度 LSI 產品的開發(fā)和生產技術研究，為封裝產品的產業(yè)化提供技術支持。它的開發(fā)和研究成果直接為產業(yè)化服務，在試 驗基礎上，盡快建設產業(yè)基地不僅是國家的需要也是市場的需要。2、微電子技術進步的需要。 信息產業(yè)是知識經濟的支柱，作為其核心的微電子技術在不斷迅猛發(fā)展，我國 的微電子技術，特別是 LSI 技術的發(fā)展卻相對滯后，除管理決策，資金等因素外，封裝技術的落后，也是一個重 要因素，建設 LSI 高密度封裝產業(yè)基地，以強大的科研和產品開發(fā)能力，以高

5、質量的封裝產品支持我國集成線路 行業(yè)的技術進步，具有十分重要的意義。3、21世紀國防戰(zhàn)略的需要。 陶瓷封裝產品以高可靠、 高性能、小型化、多功能為其特點，這正與電子裝備 短、薄、輕、小化的需求相對應，國產的導彈、衛(wèi)生、計算機、通訊、指揮系統(tǒng)。尤其以高可靠、抗干擾、長壽 命為首要指標，高密度陶瓷封裝更是首當其沖。4、市場的需要。 2010 年后中國集成電路的消費將達到 1000億美元，約占世界市場的 20%，僅以現在應用 多的移動電話、筆記本電腦為例，國內諸如LCCC勺陶瓷封裝產品的需求量10億只以上，用于聲表面波封裝的無 引線陶瓷載體，僅京、圳兩家公司年需求量就在億只以上，以目前國內兩家企業(yè)一

6、家研究所的生產能力，根本無 法滿足市場需求。（三）項目的技術支撐（四）LTCC技術優(yōu)勢現代移動通訊、無線局域網、軍事雷達等正向小型、輕、高頻、多功能及低成本化發(fā)展，對元器件提出輕 量、小型、高頻、高可靠性、價格低廉提高集成度的要求。而采取低溫共燒陶瓷（ Low Femperature Co-Fired ） 技術制造多層基板，多層片式元件和多層模塊是實現上述要求最有效途徑。用于系統(tǒng)集成的低溫共燒陶瓷（ LTCC：Low Femperature Co-Fired Ceramics ）多層基板中的“共燒”有 兩層意思。其一是玻璃與陶瓷共燒，可使燒結溫度從1650C下降到900C以下，從而可以用Cu

7、Ag、Ag-Pd Ag-Pt 等熔點較低的金屬代替等難熔金屬做布線導體，既可大大提高電導率，又可在大氣中燒成；其二是金屬導體布線 與玻璃陶瓷一次燒成，便于高密度多層布線。80年代初，低溫共燒陶瓷（LTCC材料達到商業(yè)化水平，引起了高密度互聯電路設計者的極大興趣。LTCC 多層基板很快在各種高性能、中小批量產品、軍事、航空等應用領域確立了舉足輕重的地位。 90年代期間， LTCC 材料在大批量產品、中檔位價格性能比的應用領域得到推廣。如汽車控制組件、硬盤讀寫放大器等。低溫共燒陶瓷（LTCC材料具有良好的性能特征：1、根據配料的不同，LTCC材料的介電常數可以在很大的范圍內變動，可根據應用要求靈活

8、配置不同材料特 性的基板，提高了設計的靈活性。如一個高性能的 SIP（system in a package系統(tǒng)封裝）可能包含微波線路、高 速數字電路、低頻的模擬信號等，可以采用相對介電常數小于的基板來設計高速數字電路；相對介電常數為 6-80 的基板完成高頻微波電路的設計；介電常數更多的基板設計各種無源元件，最后把它們層疊在一起燒結完成整個 SIP器件。便于系統(tǒng)集成、易于實現高密度封裝。2、 LTCC材料具有優(yōu)良的高頻、高Q值、低損耗特性，加之共燒溫度低，可以用 Ag、Ag-Pd Ag-Pt、Cu高 電導率的金屬作為互連材料， 具有更小的互連導體損耗。 這些都有利于所高電路系統(tǒng)的品質因數，

9、特別適合高頻、 高速電路的應用。3、 LTCC基板采多層布線立體互連技術，可以大大提高布線密度和集成度，IBM實現的產品已經達到一百多 層。NTT未來網絡研究所以LTCC模塊的形式，制作出用于發(fā)送毫米波段60GH瀕帶的SiP產品，尺寸為12mmX 12 伽X伽，18層布線層由mX6層和mX 12層組成，集成了帶反射鏡的天線、功率放大器、帶通濾波器和電壓控制 振蕩器等元件。LTCC材料厚度目前已經系列化，一般單層厚度為1015um4、LTCCT藝與薄膜多層布線技術具有良好的兼容性，二者結合可實現更高組裝密度和更好性能的混合多層 基板和混合型多芯片組件；以LTCC技術制造的片式多層微波器件，可表面

10、貼裝、可承受波峰焊和再流焊等；在實 現輕、薄、短、小化的同時，提高可靠性、耐高溫、高濕、沖振的特性，可適應惡劣環(huán)境。5、 LTCC可以制作多種結構的空腔?？涨恢锌梢园惭b有源、無源器件；LTCd內可埋置（嵌入）無源器件； 通過減少連接芯片導體的長度及接點數，能集成的元件種類多，易于實現多功能化和提高組裝密度；通過提高布 線密度和增加元器件集成度，可減少SiP外圍電路元器件數目，簡化與SiP連接的外圍電路設計，有效降低電路 組裝難度和成本。6、基于LTCC技術的SiP具有良好的散熱性?，F在的電子產品功能越來越多，在有限有空間內集成大量的 電子元器件，散熱性能是影響系統(tǒng)性能和可靠性的重要因素。LTC

11、C材料具有良好的熱導率，其熱導率是有機材料 的20倍，并且由于LTCC勺連接孔采用的是填孔方式，能夠實現較好的導熱特性。7、 基于LTCC技術的SiP同半導體器件間具有良好的熱匹配性能。LTCC勺TCE（熱膨脹系數）與Si、GaAs InP等的接近，可以在基板上直接進行倒芯片（flip chip , FC組裝，這對于采用不同芯片材料的SiP有著非同 一般的意義。經過近30年的研究開發(fā)，LTCC技術在實用化方面取得實質性進展。目前，大尺寸，大容量基板可以通過燒 結的控制技術大批量生產，明顯降低成本；新的無機材料配方和工藝可降低高頻損耗，使工作頻率擴展到 90GHz 以上；光刻的厚膜導體可與LTC

12、C共燒，容昴形成線寬和間距均為50um的布線，會大大增強了 LTCC多層基板的高 密度性；平面電阻，電容，電感材料與LTCCM有結構相容性，將這些無源器件嵌入LTCC中，給集成封裝和微型 射頻提供廣闊前景。（五）LTCC產品應用領域目前，LTCC產品主要應用于下述四個領域：1、高密度多層基板。由低介電常數的LTCC材料制作。LTCC適合用于密度電子封裝用的三維立體布線多層 陶瓷基板。因其具有導體電阻率低、介質的介電常數小、熱導高、與硅芯片相匹配的低熱膨脹系數、易于實現多 層化等優(yōu)點，特別適合于射頻、微波、毫米波器件等。目前，隨著電子設備向輕、薄、短、小方向的發(fā)展，設備工作頻率的提高（如手機從目

13、前的400900MH提高到，甚至3040GHZ,以及軍用設備向民用設備的轉化，LTCC 多層基板將以其極大的優(yōu)勢成為無線通信、軍事及民用等領域重要發(fā)展方向之一。下表列出了使用頻率范圍及相 應的電子設備系統(tǒng)。 超級計算機用多層基板。用以滿足器件小型化、信號超高速化的要求。 下一代汽車用多層基板（EC部件）。利用其高密度、多層化、混合電路化等特點，以及其良好的耐熱 性，作為一一代汽車電子控制系統(tǒng)部件，受到廣泛注意。 高頻部件（VC,TCX等）。對于進入GH瀕帶的超高頻通信，LTCC多層基板將在手機、GPS定位系統(tǒng) 等許多高頻部件廣泛使用（參照表） 。 光通信用界面模塊及HEM模塊。2、多層介質諧振

14、器、微波天線、濾波器等微波器件。 利用中介電常數的LTCC材料制作。介質芯片天線不僅具有尺寸小，重量輕，較好的方向性，電氣特性穩(wěn)定等優(yōu)點，而且具備低成本，大批量生產的經濟上的優(yōu)勢。 它符合無線通信產品向輕、薄、短、小方的向發(fā)展的趨勢，而成為近年來研究的熱點。LTCC技術的成熟為介質芯片天線的發(fā)展提供了強大的動力。3、多芯片組件（Multi-ChiP Modules, MC）利用低介電常數的LTCC材料，與Ag、Ag-Pd Ag-Pt、Cu高 電導率金屬的漿料圖形共燒，形成三維布線的多層共燒基板，再經表面貼裝將無源片式元件和多個裸芯片集成在 LTCC基板上，最后加蓋密封形成多芯片組件（Multi

15、-Chip Modules, MC）與單芯片封裝相比，MC可保證IC元 件間的布線最短。這對于時鐘頻率超過100MHZ勺超高速芯片來說，具有明顯的優(yōu)越性。MCM早在80年代初期就 曾以多種形式存在，最初是用于軍事。當時是將裸芯片直接實裝在 PCBh,或是多層金屬一陶瓷共燒基板上；同 時IBM也曾將其應用在3081型大型計算機上，采用混合電路技術把100塊IC實裝在30層陶瓷基板上，稱之為熱 導組件（ TCM）。以前由于成本昂貴，MC大都用于軍事、航天及大型計算機上。但隨著技術的進步及成本的降低，MC將普及到汽車、通信、工業(yè)設備、儀器與醫(yī)療等電子系統(tǒng)產品上。MCME各種不同領域的特殊作用如下：

16、軍事、航天：武器系統(tǒng)、汽車導航系統(tǒng)、衛(wèi)星控制裝置、高頻雷達； 通信：電話、無線電傳真、通信設備、同步光纖網絡； 儀器設備：高頻示波器、電子顯微鏡、點火控制/溫度控制； 咨詢： IC 存儲卡、超級計算機、大型計算機、計算機輔助設計 /制造系統(tǒng)、個人計算機； 消費：放像機、攝錄放像機、數碼相機、高清晰度電視機。4、無源器件嵌入式系統(tǒng)封裝（System in a Packages ip ）基板。利用低介電常數的LTCC基板和與之相容 的高介電常數的LTCC材料及高磁導率材料等，或直接利用現有的無源元件，可將四大無源元件，即變壓器（T）、 電容器（0、電感器（L）、電阻器（R）嵌入多層布線基板中，與表

17、面貼裝的有源器件（如功率 MOS晶體管、IC 電路模塊等）共同集成為一完整的電路系統(tǒng),可有效地提高電路的封裝密度及系統(tǒng)的可靠性、保密性,特別適用 于移動通信、軍事雷達、航空航天等領域（一）國內外市場 我們已經進入信息時代。目前,電子信息產業(yè)已成為世界性支柱與先導產業(yè),先進工業(yè)國家把半導體集成 電路稱為“工業(yè)之父”, LSI 芯片和電子封裝技術在信息產業(yè)中扮演了十分重要的角色,隨著電子產品的輕、薄、 短、小、高性能及芯片向高集成度、高頻率、超高I/0端子數方向發(fā)展，大規(guī)模集成電路（LSI）高密度陶瓷封裝 的應用將越來越廣泛。1、電子封裝市場前景方面 。目前國內每年大約需要 140億片芯片,而國內

18、能供應的才 20%。據估計, 2010 年后,中國集成電路的年消費將達到 1000億美元,約占當時世界市場的 20%,若其中 50%用于電子封裝,則年產 值將達到幾千億人民幣。2、HTC（高溫共燒多層基板和ALN基板的市場前景方面。HTCC多層基板和ALN基板，具有許多固有的優(yōu)點，BGA、 LTCC 廣播如機械強度高、熱導性能好，有廣泛的用途。目前國內對HTC（基板和ALN基板的年需求量已分別超過100萬rf和 5萬rf,市場前景廣闊。3、LTCC低溫共燒多層基板的市場前景方面。LTCC低溫共燒多層基板除可用于DIP、LCCC PGA QFP CSP MC等各種封裝制品外，還可用于計算機主板、

19、高速電路基板、功率電路基板、汽車電子電路基板等。 還可代替混合集成電路（HIC）廣泛應用于軍事和空間技術通訊（包括電訊、無線電通訊、微波通訊、雷達、 和其他通訊、導航通訊）等。隨著數字化技術的普及和工作頻率的提高，LTCC的應用范圍會急速擴大。4、LCCC勺市場前景方面。LCCC-元引線陶瓷片式載體，主要用于晶體振蕩器和聲表面波濾波器表貼化外 殼（即使用LCCC進行封裝）;由于晶體振蕩器和聲表面波濾波器應用極廣，需要量極大。而且隨著高產量和高性 能的需求；對LCCC勺需求量也直線上升。通信和信息工業(yè)的迅速發(fā)展，有力帶動了晶體振蕩器市場的增長，其產 品也日趨小型化、表面貼裝化和高精度化。近兩年由

20、于應用面不斷擴展和需求量的增多,造成市場供應緊缺,售 價也有上升，刺激制造商千方百計增加產量；日水晶體振蕩器生產雖已增加，仍供不應求，尤其TCX（型晶體振蕩 器更為緊缺。據專家預測,今年的需求將繼續(xù)增加,特別是表面安裝款式的產品。臺灣電氣和電子制造商協(xié)會約有14家成員工廠制造石英晶體器件，在臺灣島有10家，它們側重生產高檔級表面安裝型SPXC產品，屬于標準封 裝晶體振蕩器。每只價格約美元,專家估計；信息工作和通信工作對高檔級表面安裝振蕩器的需求將急速增長, 今年的增長率將達到 50%,其中移動電話的需求將增長 100%、筆記本電腦的需求將增長 40%、臺式電腦將增長 20%。 臺灣產品的出口率

21、也將大幅度增長，主要市場是美國、歐州、日本、韓國和新加坡。今年出口預計將增長30%r40%。隨著需求的增長,制造商已滿負荷生產。一些廠家正在擴大現有的生產能力,特別是表面安裝款式的產品, USI公司表面安裝型晶體振蕩器，其生產能力將增加一倍、HOSONI公司于今年初生產表面安裝款式產品，小型化 和表面安裝型晶體振蕩器是臺灣發(fā)展的主要趨勢。VCX（型現在流行XX尺寸，主要用在LAN卡、機頂盒、FM調制 器、自動頻率控制及鎖相環(huán)電路等方面，1998年以來，共應用日趨火爆，目前新型VCX啲尺寸是XX和XX SPXO 表面安裝型最小尺寸為XX主要用于LAN卡、數字攝像機、計算機和電信產品。移動電話和個

22、人數字助理（PDA等便攜式電子產品的迅速發(fā)展，也刺激了香港市場對晶體振蕩器的強烈需 求，尤其是TCXO VCXO高檔級產品。一些廠商如Interguip公司正在積極開發(fā)OCX產品，下半年將增加VCXO 表面安裝型產品的生產。VCXO品的需求呈快速增長趨勢，主要用于廣播衛(wèi)星接收機。今年許多制造商調整產品 結構，轉向VCXO OCX蒔高精度產品的生產，其產品增長將超過300%標準鐘表振蕩器的需求增長大約20%-30% 小型化及表貼化也是香港的發(fā)展趨勢。目前香港的種表振蕩器最小尺寸作到3xgm精度100PPm要求達到50PPm.目前 世界SAW濾波器的年產量6億只，多年用于移動通信，呈現出供不應求的

23、態(tài)勢，主要生產國是日本、 德國和美國。我國開發(fā)SAW濾波器已有30多年時間，科研生間單位30多家，有較高的設計水平和批量生產經驗。但由 于設備跟不上,缺乏象半導體工藝加工一樣的精細加工設備（高精度的光刻設備和鍍膜機等）致使生產水平較低, 年產僅數百只左右,形不成規(guī)模。航天據 Atted Bustimess Inlelligence Inc 預測,2010年晶體振蕩器外殼,世界需求量在 6億只左右,又據我 國權威人士預測計，我國用于手機于P汽車電子領域的晶振封裝2010年需求在億只，以后仍以年15%-30的速度 遞增，國內主要需求廠商如下：深圳南玻集團公司聲表面波器件封裝用陶瓷基座 （LCCC-

24、4B年需求約9億只；深 圳英達利公司石英晶體振蕩器封裝用陶瓷基座（LCCC-4B年需求不少于1000萬只；北京七0七廠溫度補償型晶 體振蕩器、及諧振器陶瓷基座年需求量 4000萬只；歐克通信器材有限公司晶體振蕩器陶瓷基座年需求量約 600萬 只；南京華聯興電子有限公司晶振、諧振、聲表面波器件用陶瓷基座年需求量 2000萬只；臺州水晶電子集團公司 晶振、諧振器件用陶瓷基座年需求量 1000萬只；其它還有北京長峰聲表面波公司、深圳三澤聲表面波公司、 總么司 203所、23所、湖北東光電子公司、唐山晶源電子股份有限公司等都有不同數量陶瓷外殼的需求。LCCC可見，僅移動電話用表貼型封裝的無引線陶瓷芯片

25、載體（LCCC就有一個巨大的市場。而以表貼型60%，2010年后，電子封裝將是CSF和MCM的天下，其市場前景不可估量。目前國外一些大公司正在進行從 DIP、QFL PGA等向BGA CSP MC封裝的改型工作。、外殼職代金屬外殼的石英晶體振蕩器、諧振器和聲表面波濾波器的封裝則更是款來的、巨大的潛在市場。5、 CSP及 MCM封裝的市場前景方面。據估計，到2010年；在所有電子設備中，攜帶型的比例將超過（二）國內集成電路陶瓷封裝生產現狀目前，國內具備生產大規(guī)模集成電路陶瓷封裝產品的主要有：閩航電子器件公司、信息產業(yè)部電子第十三 宜興總廠引進航天部 771研二是位于北方所、信息產業(yè)部電子第四十三

26、所，宜興電子器件總廠。電子十三所引進的國外先進設備較閩航少， 的是國外二手設備，技術相對落后。到目前為止尚無一家實現產業(yè)化。國內從事大規(guī)模集成電路陶瓷封裝研究的主要科研單位有清華大學材料科學與工程研究院、 究所，由國家定點的大規(guī)模集成電路高密度封裝國家試驗基地一是位于南方的閩航電子器件公司， 的信息產業(yè)部電子第十三所。從這幾年公司的發(fā)展來看，閩航電子器件公司具有明顯的優(yōu)勢，該公司是福建南平無線電三廠與航天部771 研究所合資建立的部省聯營企業(yè)，于2000年1月通過國家計委驗收并授予“大規(guī)模集成電路高密度封裝國家重點 試驗基地”?，F能生產DIP、QFP PGA LCC（等四大系列60多年品種的陶

27、瓷封裝外殼，在承擔國家從“六五”到 “九五”期間的多項LIS封裝重點科技攻關課題和新產品試制項目中取得顯著成績，并有多項成果填補國家空白， 多次受到國家和福建省的表彰。目前閩航公司已與清華大學合作引進了 LTCC氐溫共燒陶瓷技術。四、生產技術工藝（一） LTCC材料介紹1、LTCC材料的研究狀況。目前，在技術產業(yè)推動下，開發(fā)能與銀低溫共燒的微波介質陶瓷材料已成為前沿 和熱點問題，并取提突破性進展。目前，LTCC材料在日本、美國等發(fā)達國家已進入產業(yè)化、系列化和可進行地材 料設計的階段。許多LTCC材料生產廠家可以提供配套系列產品；美國國家半導體 Dupont、村田制作所、松下、 京瓷等研發(fā)機構對

28、LTCC技術已研發(fā)多年，已經形成一定的材料體系，生產工藝也較為成熟。在專利技術、材料來 源及規(guī)格主導權方面均占優(yōu)勢。相比之下，我國的LTCC材料研發(fā)起步較晚，擁有自主知識 產權的材料體系和器 件幾乎是空白。國內現在急需開發(fā)出系列化的，擁有自主知識產權的 LTCC瓷粉料，并專業(yè)化生產LTCC用陶瓷生 帶系列，為LTCC產業(yè)的開發(fā)奠定基礎。以LTCC技術制造微波器件，陶瓷材料應具備以下幾個要求：燒結溫度應低于 950C :介電常數和介 電損耗適當，一般要求Q值越來越好；諧振頻率的溫度系數T f應小；陶瓷與內電極材料等無界面反應，擴 散小，相互之間共燒要匹配；粉體特性應利于漿料配制和流延成型等。目前

29、，已有較多的LTCC相I關文獻和專利 報道。因微波介質陶瓷的研究不僅僅涉及除低燒結溫度，而且應兼顧材料介電特性以及料漿設備、陶瓷與金屬電 級共燒等工程應用方面的問題，技術開發(fā)難度很大。2、LTCC材料體系。微波介質材料與器件行業(yè)一方面為了縮小器件的體積而開發(fā)同介電常數的材料體系， 另一方面為了提高器件的靈敏度而研究高品質因子的材料配方，重視器件工作的同溫度性而開發(fā)小諧振頻率溫度 系數的介質陶瓷，目前開發(fā)的可低溫燒結的材料體系主要有：（1）低介電常數體系。低介電常數微波介質材料因其微波介電性能好，高頻損耗小，介電常數小，適合巴 侖、濾波器、天線、模聲等高頻片式元器件和陶瓷基板的設計與制造，開始受

30、到人們的普通關注。介電常數小于 10,特別是介電常數在4 5之間的LTCC材料，由于可以發(fā)送信號延遲，目前主要集中在LTCC基板材料的應用上。 表1列出了研究較為成熟的基板材料。我國近來也研究出一些低介電常數的LTCC材料，浙江大學張啟龍等研究的（Ca1-XMgXSiO3體系，通過添加CaTiO3 Li2CO3t V2O5等可以在900C燒結，材料性能優(yōu)良，介電常數 =8 10；品質因數Qf25000GHZ諧振頻率溫度系數T f0,該材料能很好的與Ag電極匹配，可以用于多層介質開線， 巴倫、各類濾波器等多層頻率器件設計生產。陳湘明等人研究的xMgO yZnO zAI2O3體系，得到介電常數為7

31、 9, Qf值高達60, 000160, 000GHZ諧振頻率溫度系數接近零的微波介質材料，該材料可應用于高頻陶瓷電容 器、溫度補償陶瓷電容器或微波基板等。目前華中科技大學的呂文中等人研究的uZnO-vSiO2-WTiO2 uMgO-vSiO2- WCaO-XTiO和uCaO-vWO3- WTiO體系，具有低介電常數、低損耗與近零諧振頻優(yōu)選法溫度系數，可用于通訊系 統(tǒng)中介質天線、介質基板等微波無器件。國外一些公司的基板材料公司玻璃介質陶瓷填充相導體rac/10-6C -1康寧晶化玻璃堇青石Au杜邦鋁硼硅酸鹽玻璃AI2O3Ag、Au杜邦晶化玻璃堇青石AuHirachi鉛鋁硼硅酸鹽玻壬苕 AI2O

32、SCaZr O3P b/Ag912一NEC硼硅酸鹽玻璃SiO2、堇青石18 %49澎孔二氧化硅匕Au1NEC鉛硼硅酸鹽玻璃1 AI2OS SiO2Ag/PdWest ing houseCuO B2O3 AI2()3SiO2AuFerro晶化玻璃一Ag、AuPd/ Ag60Fyocera鋁硼硅酸鹽玻璃AI2O3AuFyocera鋁硼硅酸鹽玻璃SiO2Cu(2)中介電常數材料體系。其又可分為： BiNbO4體系。純BiNbO4艮難獲得致密陶瓷，通常通過摻雜燒結助劑來改善其燒結特性，從而提高其微 波介電性能。Ko等在BiNbO4中摻入%V2O和%CuO即可在900C的低溫下獲得致密的陶瓷，其介電性能

33、為： r=, Qf=22000GHZ,rf=2ppm/C。研究ZnO-B2O3 ZnO-B2O3-SiO2玻璃和 B203寸 BiNbO4燒結特性和微波性能的影響， 發(fā)現各邊助劑通過液相燒結機制均能除低BiNbO4燒結溫度至920C,ZnO-B2O3-SiO玻璃和B2O3寸介電性能尤其 是Q值影響較大，添加1wt% ZnO-B2O玻璃燒結的樣品性能最佳，其 =41 , Qf=13500GHZ但BiNbO4系與Ag 電極材料會發(fā)生界反應，導致材料介電性能嚴重惡化，限制了該材料在多層微波頻率器件中的使用。 Ca(Li1/3Nb2/3),TiO3 - 5體系。因其具有良好的微波介電性能和較低燒結溫度

34、 (20000 GHz t f= - 10+ 10ppm/C。雖然Zn-TiO2的結燒結溫度可降低到 LTCC技術要求，且具有良好的微波性能，但相結構控制困難，且且采用BO助燒劑的材料配方無法流延成型。張啟龍等通過添加ZnO -BdSiO2玻璃，實現ZnTiQ在900C的低溫燒結，解決了添加BQ產生的料漿不穩(wěn)定問題， 已在正原電氣股份有限公司產業(yè)化生產。 ZnNb20e體系。Zhang等研究了 CuO-B2O-V2O(Cu BiV)復合助劑對ZnNbO燒結和介電性能的影響。研究表明：CuO BiQ、VQ能與ZnO形成共溶液相，少量復合助劑能使ZnNbO的致密化溫度由1150C降至870C。添

35、加%CuBiV的樣品在890C燒結獲得最佳介電性能： r= , Qf=67100 GHz t f= - C。Kim等研究了 FeVO對 ZnO-RONb2O- TiO 2(R=Sn,Zr,Ce)介電性能的影響。弓I入RO部分取代TQ，以調節(jié)材料的Tf值，并添加一定含 量的FeVO以實現陶瓷在900C燒結致密。在ZnONb2O-中添加2 wt%FeVO陶瓷的微波介電性能最佳：r=44 ,Qf=13000 GHz T f= - 9ppm/C。Zhang等采用相同方法在 ZnO-Nbd 中添加 wt% CUOV2Q，陶瓷在 860C燒結， 獲得的微波介電性能為： r=，Qf=9000 GHz，t f

36、= 8ppm/C。 BaOTiO2體系。BaO-TiO體系中BaTiQ和Bam 具有優(yōu)異的微波介電性能，但這兩種陶瓷的燒結溫度都比較高(均高于1350C),目前的研究方法是加入大量燒結助劑來降低燒結溫度，但介電性能大幅度下降。Kim等在BaTi4Q中添加5wtw%ZnO3(摩爾比1： 1)玻璃，使燒結溫度隆至900C,獲得介電性能為： r=33 , Qf=27000 GHz T f= 7pp m/C。Hua ng等研究了添加BaO- E2Or SiO 2玻璃的BaTigQ 0陶瓷性能，陶瓷在900C可以燒結，微 波介電性能為： r= , Qf=1150 GHz采有溶膠一凝膠工藝預先在BaTig

37、Q。粉體表面鍍上BaTi(BO3) 2膜，可阻止陶 瓷與玻璃在燒結過程中的瓜，保持介電性能的穩(wěn)定。( 3) 高介常數材料體系。 其又分為： Bi 2O3 -ZnO-NbO5體系。BizO -ZnO-NbO(簡稱為BZN)陶瓷具有燒結溫度低、r高、Tf可調等特點，可與低Pd含量的Pd-Ag電極漿料甚至純Ag電極漿料共燒，是由我國首創(chuàng)的一類低溫度燒結不含鉛的高頻陶瓷材料， 剛開始被作為電容器材料。目前，BZN瓷研究取得圈套進展，使原電容器材料作為微波介質陶瓷材料成為可能， 為微波介質材料的探索提供了新的途徑。Kagata對BO3 (CaO,ZnO)-Nb2O5體系也作了系統(tǒng)的研究，組成為Bii8C

38、aNb2O5陶瓷在 950C下燒結時， r=59 , Qf=610 () , t f= 24ppm/C；樣品在-25 20C和-20 85C之間的 Tf值相近，說明CaO勺加入使材料的Tf接近線性關系；Bi2O- CaO-Z nO- NbO陶瓷燒結溫度925C，此時的樣 品具有很高的和極低的T f , r=79 ,Qf=360 (), t f= ippm/CChoi能使含量增加，有第二相BiqVQ生 成，介電損耗迅速增加。典型的低溫燒結Bi2(Zn1/3Nb2/3-xVx) Q陶瓷介電性能為： r=80 , Qf=3000GHz(6GHz, 陶瓷與Ag電極共燒情況良好。 Li -Nb-Ti體系

39、。Li2O-NbGTiO2(簡稱LNT)體系是一類重要的微波介質陶瓷材料，在某組分范圍內組分 能形成固溶體Li1+x-Nb1-x-3y-Tix+4yO 3(簡稱為M相),M相具有較低的燒結的燒結溫度(1100C)和良好的微波 介電特性： r=5578, Qf可達9000 GHz頻率溫度系數Tf可調。管恩祥以B2O3-ZnO-La2O玻璃為燒結助劑 對陶瓷進行低溫燒結研究，陶瓷在900C燒結，獲得微波介電性能為： r沁58, Q仕4800 Hz,t f沁11ppm/C。 Albina等通過摻入V2O降低Li 2O-NhO-TiO2燒結溫度，添加2wt%VO,燒結溫度TTiO2體系和BaO-Sm2

40、O3-TiO2 體 系 。 等 人 對 BaO-Ln2O3-TiO2 體 系 材 料 進 行 了 低 溫 燒 結 究 90vol.%BaNdTi4O2(+1wt.%ZnO)/10vol.%BBSZ(BO:Bi 2O:SiO2：ZnO=27:35:26:32,摩爾比)，在 900C燒結，其介電 性能為： r=67 , Qf 1000GHz(6GHz) Tf =4ppm/C.陳尚坤等在 Ba 陶瓷中加入 .BaCu23CuO 和 5wt.%BaO-BO-SiO2,陶瓷在 950燒結， r =, Qf=2577GHz Tf =C，可與 Cu電極漿料低溫共燒。In-SunCho等 通過添加鋰硼硅酸鹽玻

41、璃對BaO-( Nd1-xBix)2O 4TiO2系陶瓷進行低溫化研究。玻璃助劑Li 2O-BQSiO2-AI 2CaO 的添加，使BaO-() 2Q4TiO2的燒結溫度由1300C降到 900 C，介電性能為； r=68,Qf=2200GHz,Tf =55 pp m/C。BaO-Sr2O-TiO2體系的介電常數r可達Cho等人通過BG和CuO摻雜對BaSmTiQ?陶瓷進行 低溫燒結研究.同時加入B3和%Cu可使燒結溫度由1350C降低到870C ,其微波介電性能為： r=,Qf=4256GHz, T f= C 。 Jong-Hoo Paik 等 人 在 Basm2Ti 4O12 中 添 加

42、在 875C 燒 結 , 得 到 陶 瓷 的 介 電 性 能 為 , r=60,Qf=4500GHz,T f=-30ppm/C。高介微波介陶瓷材料在低溫燒結方面研究取得了一定的發(fā)展，部分高介入陶瓷的燒結溫度已降低到C。, 但其微波介電性能破壞較大 , 同時存在漿料配制困難、與銀電極發(fā)生界面反應等技術問題，真正能使用的材料較少。 因此仍需努力尋找新型低溫燒結的高介電常數的微波介質陶瓷材料，以便能夠滿足多曾微波器件的需求。3、LTCC材料的應用狀況及展望目前，在LTCC技術產業(yè)的推動下，開發(fā)能與AgA或Cu低溫共燒的微波介質陶瓷材料已取得突破性進展， 已有較多的LTCC微波介質陶瓷相關文獻和專利報

43、道。因LTCC微波介質陶瓷的研究不僅僅涉及降低燒結溫度，而 且應兼顧材料介電特性以及料漿制備、陶瓷與金屬電極共燒等工程應用方面的問題，技術開發(fā)難度很大：介電 性能破壞嚴重：利用摻雜氧化物、低熔點玻璃來實現微波介質陶瓷的低溫燒結是目前使用最廣泛最有效的方法， 但在燒結溫度大大降低的同時，也不同程度地降低了材料的微波介電性能；難以配制粘度適中的料漿：如添加 B2O3 V2O5等燒結助劑的LTCC材料體系本身介電性能較好，但存在料漿粘度大、難以流延成型的問題；難以 保證陶瓷與電極材料的化學穩(wěn)定性：部分介電性能優(yōu)異的材料體系如 BiNbO4存在著與Ag電極發(fā)生界面的反應問 題，金屬離子的擴散遷移會造成

44、器件性能的惡化甚至失效；陶瓷微觀結構缺陷的影響：這將影響微波器件的電 性能。以上諸多因素造成目前微波介電陶瓷材料的研究大多停留在實驗階段，真正具有應用價值的LTCC微波介質 陶瓷材料不多。Ferro公司擁有(Zr,Sn)TiO3和(Ba,Nb) TiO3兩種體系的LTCC微波介質陶瓷，其介電常數分 別為37和83。國內正原電氣股份有限公司擁有自主開發(fā)的介電常數 sr為9和27的LTCC微波材料研究開發(fā)了 多種不同設計、不同工作頻率的帶通濾波器、 EMI 濾波器、平衡濾波器、巴倫、多層天線、天線開關模塊等微波 器件。國際上有Dupont、Ferro、Heraeus三家提供數種s r 10的陶瓷生

45、帶，國內開發(fā)LTCC器件的公司和研究 所也都在這些生瓷帶，南波電子公司正在用進口陶瓷粉料，開發(fā)sr為、4的三種陶瓷生帶，設計研發(fā)不同工作頻率的微波器件。此外，為滿足通信領域能集成化，從單個器件向由多個無源件與有源件組合的功能模塊(MCM技術方向發(fā) 展需求，不同低溫共燒陶瓷材料之間實現多層復合的技術是今后發(fā)展趨勢。目前，Heraeus已開發(fā)出相關產品，國內浙江正原電氣股份有限公司也已立項進行研究。隨著未來電子元器件的模塊化以及電子終端產品的過剩，價格成本的競爭必定會更加激烈，國內產家最初 采用的原料、設計直接從國外打包進口的做法已經難以滿足價格戰(zhàn)的要求。 我過對LTCC材料的研究明顯落后，開 發(fā)

46、、優(yōu)化擁有自主知識產權的新型LTCC材料體系和器件，不僅具有重要的社會效益而且具有顯著的經濟利益。(二) LTCC系統(tǒng)集成的制作工藝1 、制作工作流程LTCC系統(tǒng)集成的制作工藝包括下述幾個步驟： 電路和結構設計：多層電路圖的設計，層間互連孔的設計，帶狀線、微帶線的電路模擬、阻抗匹配計算， 信號延遲串擾計算；元器件的結構設計，散熱計算熱應力分析，可靠性分析。 生片流延：流延漿料配制，載體選擇，除泡技術，流延片厚度及精度控制，烘干技術。 打孔，開窗戶、制空腔：采用機械沖孔或激光打孔。最小孔徑，最小孔距離。大批量、高效率制作層間 通孔，保證孔隙、孔距精度、內壁光滑。 漿料填孔；可采用絲網印刷法或注漿

47、法，要保證填孔準確、飽滿，不陰滲，不串孔。 絲網印刷：絲網印刷精度與漿料類型、粘度、網版類型，脫離高度，印刷壓力，敵板速度及設備條件等 密切相關。 高分辨率布線：高頻應用及高密度封裝均需要高密度布線。死網印刷應保證線寬 /線間距達150/150,通 過光刻，用于貼裝片式元件的表層厚膜導體，線寬 /線間距達 150/150。 定位和層疊：隨著層間孔徑、孔距變小，線寬/間距變細，對定位精度提供越來越高的要求。生片上通孔 的多少,印刷圖形的疏密都對疊層產生影響。一層的松弛或折疊都會對定位精度和疊層。 層壓等靜壓：模壓或等靜壓。壓力、溫度和加壓時間對共燒制品的質量有很大影響。 脫脂和共燒：脫脂、燒成曲

48、線的確定，收縮率控制，零收縮率燒結，翹曲度及表面粗糙度保證。 后處理：包括表面導體和電阻體的后燒成，表面貼裝技術，引線連接(WB、劃片、切分，LTCC模塊檢測等。其工藝流程圖如下:陶瓷粉體嚴混合攪拌 T 流延卜烘干H打孑LF燒結_1熱壓H疊片通孔填充H印i=r導刷1-體V焊接HI檢驗I_H入庫2. 1流延流延是一項相當精密的工藝，對于流延后的產品質量要求十分嚴格，以下幾點可供參考:a.刮刀的表面光潔度流延刮刀一般用工具鋼制成，它的耐磨性好，使用壽命長，但需注意保養(yǎng)，每次使用后必須清洗干凈，并 防止硬物刮傷表面，使刮刀保持光滑平整。光滑平整的刮刀是獲得厚度均勻，表面光滑膜帶的關鍵。b漿料槽液面高

49、度漿料槽液面高度提高，漿料槽內的壓力增大，使?jié){料通過刮刀間隙的流入速度增加，流延膜厚度增加，因 此維持液面高度均衡一致對控制流延膜厚度均勻性十分重要。大型的流延設備中通常需要帶有液面?zhèn)鞲衅?，控?供漿閥門，控制液面高度變化在最小的幅度。C.漿料的均勻性流延用漿料必須充分分散均勻，當有未分散好的硬塊、團聚體又未能過濾掉時膜帶上就會產生疤痘狀缺陷, 或因干燥燒成收縮不同產生凹陷。因此必須重視漿料的制備，在使用前必須過篩去除這些硬塊和團聚體。如果漿 料中有氣泡，流延前必須進行除泡處理。d流延厚度刮刀間隙的厚度與實際烘干成型厚度，不會一致，應為在烘干過程中有溶劑等的揮發(fā)，在漿料穩(wěn)定，流延 其他條件如流

50、速，干燥溫度一定的情況下，通常會有一個穩(wěn)定的比例。一般可以通過流延試驗得到有效的參數。e.制定并執(zhí)行最佳的干燥工藝流延出的漿料膜經過干燥才能從基板上剝落下來。因此，制定合適的干燥工藝是獲得高質量膜帶的重要因 素。如果干燥工藝制定不當，流延膜常會出現氣泡、針孔、皺紋、干裂，甚至不易從基板上脫落等缺陷。制定干 燥工藝的原則是：確保溶劑緩慢發(fā)揮，使膜層內溶劑的擴散速度與表面揮發(fā)速度趨于一致，防止表面過早硬化而 引起的后期開裂、起泡、皺紋等缺陷22打孔生瓷片上打孔是LTCC多層基板制造中極為關鍵的工藝技術，孔徑大小、位置精度均將直接影響布線密度與 基板質量。在生瓷片上打孔就是要求在生瓷片上形成（） m

51、n直徑的通孔，或生成方孔和異形孔。主要工藝問題：1、LTCC基板材料、厚度與沖頭壓力、凹模間隙等關系;2、位置精度控制。23印刷LTCC基板每層上的電路圖形（包括導帶、電阻、電容、電感等無源器件）是通過精密絲網印刷實現的。影 響厚膜圖形質量的關鍵因素眾多， 包括：絲網類型和目數、 乳膠類型、 印刷速率、 刮板或輾輥的硬度和接觸角度、 壓力和絲網的變形量等，必須嚴加控制。生瓷片上印刷的導體的厚度比一般厚膜工藝要求的厚度薄一些，各層生 瓷片之間的對位精度要高。主要工藝問題：1 、導體漿料的性能（觸變性和流動性）2 、絲網張力、刮板速度、刮板角度和接觸距離等印刷工藝參數控制24小孔填充小孔填充是為了

52、填充生陶瓷片上的通孔，目前有兩種方法，但在小孔比較小或要求比較高的場合一般都運 用專業(yè)的小孔機。25疊片疊片也是LTC（生產中一道很重要的工序，疊片時除要求嚴格按照設計順序外，還要求精確定位，以確保個 層之間圖形的對準精確。批量生產中生瓷片上的定位孔是一種技術標準設計，無論基板尺寸的大小，在打孔，金 屬化，疊片，熱壓等工序中，都使用同樣大小的基片，同樣大小的和位置的定位孔。26熱壓等靜壓成型是干壓成型技術的一種新發(fā)展，但模型的各個面上都受力，故優(yōu)于干壓成型。該工藝主要是利用了液體或氣體能夠均勻地向各個方向傳遞壓力的特性來實現坯體均勻受力27燒結影響燒結質量的因素主要有原料粉末的粒度，燒結溫度，燒結時間，燒結氣氛等，通常用以下物理指標來 衡量物料燒結質量的好壞 : 收縮率，機械強度，容重和氣孔率2、采用的材料、工藝、技術采用的工藝有：先進的水溶性漿料流延新工藝； LTCC溫共燒陶瓷新工藝。采用的技術有：新品CAD設計軟件及應用技術包括LCCCBGA MCMLCC（大批量生產技術及CAM制造 軟件系統(tǒng)，CAT在線測試系統(tǒng)技術；建立全線電腦網絡化并實施全套 EDA技術；LTCC低溫共燒氧化鋁陶瓷技 術；氨化鋁（AIN）材料，先進的水溶性漿料流延、燒結、合成技術；精密印刷絲網