LTCC技術(shù)基本理論和應(yīng)用-課件

第7講LTCC技術(shù)基本理論和應(yīng)用LowTemperatureCo-firedCeramic1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]1.2LTCC技術(shù)簡(jiǎn)介[2]1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)1.2.2LTCC中使用的基本材料1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程1.2.4LTCC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.2.5LTCC技術(shù)存在的不足和解決途徑1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀[3]1ppt課件第7講LTCC技術(shù)基本理論和應(yīng)用1ppt課件第2章

LTCC無(wú)源單元電路結(jié)構(gòu)2.1LTCC波導(dǎo)-微帶過(guò)渡結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法2.1.1傳統(tǒng)波導(dǎo)-脊波導(dǎo)-微帶過(guò)渡結(jié)構(gòu)2.1.2傳統(tǒng)波導(dǎo)-微帶探針過(guò)渡結(jié)構(gòu)2.1.3LTCC波導(dǎo)-微帶探針過(guò)渡結(jié)構(gòu)2.2基于LTCC技術(shù)的帶通濾波器設(shè)計(jì)2.3信號(hào)屏蔽和層間互連[1]2.3.1信號(hào)屏蔽2.3.2層間互連2.4電容、電感、電阻3.參考文獻(xiàn)2ppt課件第2章 LTCC無(wú)源單元電路結(jié)構(gòu)2ppt課件圖1-1MCM基本結(jié)構(gòu)示意圖與印刷電路相比，MCM體積優(yōu)勢(shì)非常明顯，相對(duì)于芯片制造來(lái)講，MCM工藝要求較低，成本適中，是目前系統(tǒng)組裝的主要發(fā)展方向之一。3ppt課件圖1-1MCM基本結(jié)構(gòu)示意圖與印刷電路相比1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]

SMT，即表面組裝技術(shù)(SurfaceMountTechnology)，稱(chēng)為表面貼裝或表面安裝技術(shù)。它是一種將無(wú)引腳或短引線表面組裝元器件(中文稱(chēng)片狀元器件)安裝在印制電路板(PrintedCircuitBoard，PCB)的表面或其它基板的表面上，通過(guò)回流焊或浸焊等方法加以焊接組裝的電路裝連技術(shù)。組裝密度高、體積小、重量輕，貼片元件的體積和重量只有傳統(tǒng)插裝元件的1/10左右，一般采用SMT之后，電子產(chǎn)品體積縮小40%~60%，重量減輕60%~80%。多芯片組件(Multi-ChipModule，簡(jiǎn)稱(chēng)為MCM)技術(shù)4ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]多芯片組件(Mu1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]

在大多數(shù)不需要小型化的產(chǎn)品上仍然在使用穿孔(TH)或混和技術(shù)線路板，比如電視機(jī)、家庭音像設(shè)備以及數(shù)字機(jī)頂盒等，仍然都在用穿孔元件，因此需要用到波峰焊。從工藝角度上看，波峰焊機(jī)器只能提供很少一點(diǎn)最基本的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)調(diào)整。5ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]5ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]波峰焊典型工藝流程波峰焊錫機(jī)主要是由運(yùn)輸帶，助焊劑添加區(qū)，預(yù)熱區(qū)，錫爐組成。6ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]波峰焊典型工藝流程1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]波峰焊過(guò)爐夾具波峰焊的工藝與波形7ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]波峰焊過(guò)爐夾具波峰焊的工藝與波形1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]

波峰焊是指將熔化的軟釬焊料(鉛錫合金)，經(jīng)電動(dòng)泵或電磁泵噴流成設(shè)計(jì)要求的焊料波峰，亦可通過(guò)向焊料池注入氮?dú)鈦?lái)形成，使預(yù)先裝有元器件的印制板通過(guò)焊料波峰，實(shí)現(xiàn)元器件焊端或引腳與印制板焊盤(pán)之間機(jī)械與電氣連接的軟釬焊。根據(jù)機(jī)器所使用不同幾何形狀的波峰，波峰焊系統(tǒng)可分許多種。8ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]8ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]

波峰焊流程：將元件插入相應(yīng)的元件孔中→預(yù)涂助焊劑→預(yù)烘(溫度90-1000°C，長(zhǎng)度1-1.2m)→波峰焊(220-2400°C)→切除多余插件腳→檢查。波峰焊隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)有了新的焊接工藝。以前的是采用錫鉛合金，但是鉛是重金屬對(duì)人體有很大的傷害。于是現(xiàn)在有了無(wú)鉛工藝的產(chǎn)生。它采用了*錫銀銅合金*和特殊的助焊劑且焊接溫度的要求更高，更高的預(yù)熱溫度。PCB板過(guò)焊接區(qū)后要設(shè)立一個(gè)冷卻區(qū)工作站。這一方面是為了防止熱沖擊，另一方面如果有ICT(InCircuitTester)的會(huì)對(duì)檢測(cè)有影響。

回流焊工藝是通過(guò)重新熔化預(yù)先分配到印制板焊盤(pán)上的膏狀軟釬焊料，實(shí)現(xiàn)表面組裝元器件焊端或引腳與印制板焊盤(pán)之間機(jī)械與電氣連接的軟釬焊。9ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]9ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]SMT可靠性高、抗振能力強(qiáng)。焊點(diǎn)缺陷率低。高頻特性好。減少了電磁和射頻干擾。易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率。降低成本達(dá)30%~50%。節(jié)省材料、能源、設(shè)備、人力、時(shí)間等。SMT，已漸漸地取代傳統(tǒng)“人工插件”的波焊組裝方式，已成為現(xiàn)代電子組裝產(chǎn)業(yè)的主流，因它可以組裝制造出相當(dāng)輕、薄、短、小且品質(zhì)良好的電子產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示大約百分之九十的個(gè)人計(jì)算機(jī)，都是利用表面貼裝生產(chǎn)線，而非由傳統(tǒng)的波焊生產(chǎn)方法所裝配起來(lái)的。其主要原因是由于現(xiàn)代的電子產(chǎn)品要求小型化、高密度化，及更高的電子訊號(hào)傳輸效率。這也就是表面組裝生產(chǎn)技術(shù)逐漸地取代傳統(tǒng)波焊生產(chǎn)技術(shù)的主要原因。SMT技術(shù)的核心內(nèi)容包括組裝材料、組裝工藝、在線檢測(cè)及組裝設(shè)備等。10ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]10ppt課件多芯片組件(Multi-ChipModule，簡(jiǎn)稱(chēng)為MCM)技術(shù)是繼表面安裝技術(shù)(SMT)之后，日益興起的一種高密度封裝技術(shù)。其核心是將多個(gè)裸芯片在水平方向上通過(guò)較短的布線連接，在垂直方向上使用金屬化通孔連接，從而實(shí)現(xiàn)組件的高密度組裝。其基本結(jié)構(gòu)如圖1?1所示。MCM最突出的特點(diǎn)就是高密度集成，并以實(shí)現(xiàn)高速度、高可靠性、低成本和多功能為目標(biāo)。1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]11ppt課件多芯片組件(Multi-ChipModul圖1-1MCM基本結(jié)構(gòu)示意圖與印刷電路相比，MCM體積優(yōu)勢(shì)非常明顯，相對(duì)于芯片制造來(lái)講，MCM工藝要求較低，成本適中，是目前系統(tǒng)組裝的主要發(fā)展方向之一。12ppt課件圖1-1MCM基本結(jié)構(gòu)示意圖與印刷電路相比基于Al2O3陶瓷基板，通過(guò)薄膜多層布線工藝，內(nèi)埋置電阻、電容、電感等無(wú)源元件，使用減薄芯片絲焊及倒扣焊組裝技術(shù)；同時(shí)，以板級(jí)疊層互連方式進(jìn)行板間集成，形成3D-MCM。3D-MCM基本結(jié)構(gòu)示意圖13ppt課件基于Al2O3陶瓷基板，通過(guò)薄膜多層布線工藝，內(nèi)埋內(nèi)埋置無(wú)源元件及多層布線結(jié)構(gòu)基板局部圖陶瓷多層布線基板中，頂層需要焊接IC和元件的焊盤(pán)采用Cu/Ni/Au金屬結(jié)構(gòu)。陶瓷多層布線基板的局部結(jié)構(gòu)如圖所示。14ppt課件內(nèi)埋置無(wú)源元件及多層布線結(jié)構(gòu)基板局部圖陶瓷多1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]

從基板材料、生產(chǎn)工藝的角度，MCM主要可以分為：MCM-L、MCM-C、MCM-D三類(lèi)。MCM-L采用多層印制電路板，生產(chǎn)工藝成熟，成本低廉，但其電性能較差，可靠性不高，在頻段較低的民用產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。MCM-C采用高密度多層布線陶瓷基板，生產(chǎn)工藝與芯片制造相似，封裝效率較好、可靠性較高、電性能優(yōu)良，適用頻段較高，在航天領(lǐng)域和國(guó)防領(lǐng)域應(yīng)用較多。15ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]15ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]目前的印制電路板，主要由以下組成

線路與圖面(Pattern):線路是做為原件之間導(dǎo)通的工具，在設(shè)計(jì)上會(huì)另外設(shè)計(jì)大銅面作為接地及電源層。線路與圖面是同時(shí)做出的。

介電層(Dielectric):用來(lái)保持線路及各層之間的絕緣性，俗稱(chēng)為基材。

孔(Throughhole/via):導(dǎo)通孔可使兩層次以上的線路彼此導(dǎo)通，較大的導(dǎo)通孔則做為零件插件用，另外有非導(dǎo)通孔(nPTH)通常用來(lái)作為表面貼裝定位，組裝時(shí)固定螺絲用。

16ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]16ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]

防焊油墨(Solderresistant/SolderMask):并非全部的銅面都要吃錫上零件，因此非吃錫的區(qū)域，會(huì)印一層隔絕銅面吃錫的物質(zhì)(通常為環(huán)氧樹(shù)脂)，避免非吃錫的線路間短路。根據(jù)不同的工藝，分為綠油、紅油、藍(lán)油。

絲印(Legend/Marking/Silkscreen):此為非必要之構(gòu)成，主要的功能是在電路板上標(biāo)注各零件的名稱(chēng)、位置框，方便組裝后維修及辨識(shí)用。

表面處理(SurfaceFinish):由于銅面在一般環(huán)境中，很容易氧化，導(dǎo)致無(wú)法上錫(焊錫性不良)，因此會(huì)在要吃錫的銅面上進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)的方式有噴錫，化金，化銀(ImmersionSilver)，化錫(ImmersionTin)，有機(jī)保焊劑(OSP)，方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，統(tǒng)稱(chēng)為表面處理。

17ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]17ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]

MCM-C按照燒結(jié)溫度高低可以分為高溫共燒陶瓷(HTCC)和低溫共燒陶瓷(LTCC)。前者燒結(jié)溫度1600℃，導(dǎo)電介質(zhì)采用比較貴重的鎢、錳、鉬等高熔點(diǎn)金屬；后者燒結(jié)溫度850℃-900℃，采用銅、銀等相對(duì)廉價(jià)和熔點(diǎn)較低的金屬。LTCC較HTCC具有成本較低和在燒結(jié)時(shí)銀元素不會(huì)氧化，無(wú)需電鍍保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。MCM-D采用薄膜多層布線基板，按使用的基體材料不同又可細(xì)分為：MCM-D/C(陶瓷基體薄膜多層布線基板多芯片組件)、MCM-D/M(金屬基體薄膜多層布線基板多芯片組件)和MCM-D/Si(硅基體薄膜多層布線基板多芯片組件)等。18ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]18ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]表1-1MCM基本類(lèi)型的性能比較19ppt課件1.1MCM技術(shù)簡(jiǎn)介[1]19ppt課件1.2LTCC技術(shù)簡(jiǎn)介[2]

下面將介紹LTCC的技術(shù)特點(diǎn)、采用的基本材料、工藝實(shí)現(xiàn)流程、發(fā)展趨勢(shì)及缺點(diǎn)和改進(jìn)措施。這對(duì)后續(xù)電路的講解是一個(gè)鋪墊。1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)

LTCC是低溫共燒陶瓷技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是與高溫共燒陶瓷HTCC(HighTemperatureCo-firedCeramic)相對(duì)而言的。LTCC技術(shù)是在800～950℃的溫度下，將印刷有導(dǎo)電金屬圖形與具有互連通孔的多層陶瓷生片，在實(shí)現(xiàn)精確對(duì)位后疊在一起，最后共燒結(jié)成為一塊整體多層互連結(jié)構(gòu)。20ppt課件1.2LTCC技術(shù)簡(jiǎn)介[2]20ppt課件1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)

這種技術(shù)能夠使布線密度增大，使互連線距離縮短，并可以在各層基板上獨(dú)立設(shè)計(jì)電路，因而可以實(shí)現(xiàn)具有三維立體結(jié)構(gòu)的電路。此外，多層陶瓷基板表面還可以通過(guò)挖腔安裝裸芯片或者以表貼的方式安裝其他電路元件，利用層間通孔和內(nèi)部電路相連。這就使得電路的組裝密度得到了極大的提高，從而可以滿(mǎn)足電子整機(jī)對(duì)電路小型化、高密度、多功能、高可靠性和高傳輸速率的要求。

21ppt課件21ppt課件1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)LTCC技術(shù)屬于多芯片組件(MCM)技術(shù)中的一個(gè)分支，最早由美國(guó)休斯公司于1982年開(kāi)發(fā)。它兼具高溫共燒陶瓷(HTCC)技術(shù)和厚膜技術(shù)的許多優(yōu)點(diǎn)，擁有極其廣闊的應(yīng)用前景。表列出了三者之間的性能比較。22ppt課件1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)22ppt課件1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)

除以上表格中列舉的優(yōu)點(diǎn)外，LTCC技術(shù)還具有溫度系數(shù)好，熱膨脹系數(shù)可與硅半導(dǎo)體匹配的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。LTCC相對(duì)傳統(tǒng)的微波混合集成電路(HMIC)而言，其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)可從以下幾個(gè)方面來(lái)說(shuō)明：1、內(nèi)層基板中可以埋入無(wú)源電路元件，這使基板的表面將有更多的區(qū)域可以用來(lái)安裝有源器件和鋪設(shè)大面積地。這有兩方面好處，一可以使組裝密度獲得提高，生產(chǎn)效率得到改善，系統(tǒng)可靠性得到增強(qiáng)；二可以通過(guò)大面積地的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)微波的良好接地，進(jìn)一步獲得優(yōu)良的高頻特性。2、不同材料配方制作的LTCC基板的介電常數(shù)不同，可以設(shè)計(jì)在一個(gè)較大范圍內(nèi)，這可以提高設(shè)計(jì)電路時(shí)的靈活性。23ppt課件1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)23ppt課件1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)3、溫度特性較好，與傳統(tǒng)的PCB板電路相比，導(dǎo)熱性更好。還具有與半導(dǎo)體材料能夠匹配的熱膨脹系數(shù)，這能夠減小裸芯片在安裝時(shí)與基板的熱應(yīng)力，使得安裝更加方便。4、生產(chǎn)方式是不連續(xù)的，能夠在共燒前對(duì)每層布線基板進(jìn)行檢查，有利于提高基板的質(zhì)量和成品率，使生產(chǎn)周期縮短，成本降低。目前，以片式元件、無(wú)源功能組件、無(wú)源集成基板、有源功能組件等為代表的一系列LTCC產(chǎn)品，目前已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)電子、航空航天、無(wú)線通訊、軍事及生物醫(yī)療等領(lǐng)域。24ppt課件1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)24ppt課件1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)LTCC(Low-TemperatureCo-firedCeramic，即低溫共燒陶瓷)技術(shù)為共燒陶瓷多芯片組件(MCM-C)中的一種多層布線類(lèi)型的基板技術(shù)。該技術(shù)將還未進(jìn)行燒結(jié)的陶瓷材料層疊在一起而制成多層電路?；ミB導(dǎo)體和單元電路印制在基板內(nèi)層，LSI、IC等裸芯片則安裝在基板表面，從而可以實(shí)現(xiàn)高可靠性及高集成度特點(diǎn)的微波毫米波器件、組件和系統(tǒng)(如下圖所示)。

LTCC多層電路側(cè)面圖25ppt課件1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)25ppt課件1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)

芯片之間的距離由于LTCC基板技術(shù)而更加接近，同理互連線之間的距離也更加縮短，因而該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了小的系統(tǒng)封裝尺寸和短的信號(hào)延遲等功能。同時(shí)，一系列附加的問(wèn)題也相應(yīng)被避免，比如雜散電容耦合、串?dāng)_噪聲、雜散電感以及電磁場(chǎng)輻射等等，且元器件所特有的電性能能夠被最大限度地保持。26ppt課件1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)26ppt課件1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)

1為頂層表面導(dǎo)體，2為共燒或燒銀于頂層表面的電阻，3為內(nèi)埋電阻，4為埋孔，5為內(nèi)埋電容，6為疊孔，7為盲孔，8是通孔覆蓋盤(pán)。27ppt課件1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)27ppt課件1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)

LTCC基板內(nèi)埋置無(wú)源器件，通過(guò)通孔間的互連能夠使得表面無(wú)源器件數(shù)量的減少和所占空間的縮小，有源器件從而具有更多的安裝空間和尺寸；另外采取通孔互連能夠使得互連寄生參量的減小、系統(tǒng)性能的提高以及系統(tǒng)帶寬的增加等。由此我們可以看出在工程中應(yīng)用LTCC技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高可靠性、小型化和高集成度等的關(guān)鍵技術(shù)之一，同時(shí)也是解決微波毫米波系統(tǒng)高可靠性、多功能化、前端小型化等實(shí)際問(wèn)題的有效途徑之一。28ppt課件1.2.1LTCC技術(shù)特點(diǎn)28ppt課件1.2.2LTCC中使用的基本材料

1、介質(zhì)材料目前LTCC技術(shù)中主要使用兩種介質(zhì)材料，其一是玻璃陶瓷，其二是結(jié)晶玻璃。前一種材料是將如氧化鋁粉末這類(lèi)的陶瓷材料添加到玻璃當(dāng)中。陶瓷粉料和玻璃之間事實(shí)上并不產(chǎn)生反應(yīng)，只是相互間均勻散布。玻璃會(huì)在燒結(jié)時(shí)軟化，并將潤(rùn)濕與其混合的陶瓷材料。兩者進(jìn)而會(huì)形成一種致密結(jié)構(gòu)，且可以和用于燒結(jié)的墊板平面接近一致，使得做出的介質(zhì)表面非常平整。玻璃的性質(zhì)決定了燒結(jié)后材料的性質(zhì)。后一種材料與玻璃陶瓷相比，其特性更為優(yōu)良。比如，多次燒結(jié)產(chǎn)生的不利影響對(duì)由它制成的LTCC組件微乎其微，這對(duì)在燒結(jié)后還需要后處理工序的組件是很有利的。國(guó)內(nèi)工藝線上進(jìn)口的生瓷帶主要來(lái)源于Dupont公司和Ferro公司。29ppt課件1.2.2LTCC中使用的基本材料29ppt課件1.2.2LTCC中使用的基本材料2、導(dǎo)體材料因?yàn)樯蓭У呐浞揭罁?jù)厚膜介質(zhì)制作，所以可以使用一些高電導(dǎo)率金屬，比如金、銀、銅。其中金的使用最為廣泛，但是成本相對(duì)較高。在低成本要求下，銀和銅都是可以使用的。銀的特點(diǎn)是可在空氣中燒結(jié)，容易實(shí)現(xiàn)，并且用于層間、通孔填充以及表面導(dǎo)體的銀和鈀銀合金與生瓷帶系統(tǒng)是相容的。銅的導(dǎo)電性能優(yōu)于金，并且能夠滿(mǎn)足高可靠性電路對(duì)焊接和附著力的要求，但必須在氮?dú)庵袩Y(jié)。3、電阻材料埋置于LTCC多層基板當(dāng)中的電阻，其材料由RuO2、Ru2M2O2(M=Pb、Bi等)和玻璃、添加劑等組成。設(shè)計(jì)精確、穩(wěn)定的電阻是LTCC技術(shù)中研究的重要課題。30ppt課件1.2.2LTCC中使用的基本材料30ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程LTCC加工工藝中主要的技術(shù)步驟和流程圖如圖所示。31ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程31ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程LTCC加工工藝中主要的技術(shù)步驟和流程圖如圖所示。32ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程32ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程1、加工的生瓷帶。整個(gè)過(guò)程包含三道工序：配料、真空除氣和流延。對(duì)流延后的生瓷帶的要求為致密、厚度均勻以及具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。生瓷帶烘干后采用卷軸形式保存，2、生瓷帶下料：所謂下料，就是在確定制作某個(gè)產(chǎn)品所需的材料形狀、數(shù)量或質(zhì)量后，從整個(gè)或整批材料中取下一定形狀、數(shù)量或質(zhì)量的材料的操作過(guò)程?？衫们懈顧C(jī)，激光或沖床切成固定大小。33ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程33ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程圖1-3下料34ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程34ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程3、生瓷片打孔：這道工序是低溫共燒陶瓷多層基板制造過(guò)程中相當(dāng)關(guān)鍵的技術(shù)。因?yàn)榭讖酱笮?、位置精度?huì)對(duì)布線密度和基板質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。打孔的方法有數(shù)控鉆床鉆孔，數(shù)控沖床沖孔和激光打孔三種。就打孔精度而言，三種方法中鉆孔最低，沖孔最高；就打孔速度而言，激光打孔最快，鉆孔最慢。圖1?4打孔35ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程35ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程4、生瓷片通孔填充：一般有三種方法，一是絲網(wǎng)印刷，二是導(dǎo)體生片填充，三是厚膜印刷。而前者使用較多。通孔填充完畢后還需要進(jìn)行烘干、檢查盲孔與修補(bǔ)工作。圖1?5通孔填充36ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程36ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程5、印刷導(dǎo)體圖案：在基板上印刷形成導(dǎo)電帶的方法有厚膜絲網(wǎng)印刷和利用計(jì)算機(jī)直接描繪。絲網(wǎng)印刷的線寬和線間距受到網(wǎng)絲自身尺寸的限制，印刷之前需要嚴(yán)格精確對(duì)位。計(jì)算機(jī)直接描繪不需要照相、制版、對(duì)位和印刷，方便靈活，但是設(shè)備成本高，操作較復(fù)雜，且生產(chǎn)效率低。圖1-6電路印刷37ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程37ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程6、疊片和熱壓：在燒結(jié)之前，應(yīng)該根據(jù)事先設(shè)計(jì)的次序和層數(shù)，把打好互連通孔和印好有導(dǎo)體圖案的生瓷片精確對(duì)位后疊在一起。然后在溫度為60-120度之間，壓力為50-300kg/cm2的環(huán)境中，對(duì)疊層之后的生瓷片進(jìn)行熱壓，目的是使各層之間緊密粘接，形成完整的多層基板坯體。圖1-7熱壓38ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程38ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程7、切片：為避免燒結(jié)后切割帶來(lái)的基板邊緣不平整，需要將基板在熱壓后燒結(jié)前按照考慮收縮率后的設(shè)計(jì)尺寸切成產(chǎn)品的實(shí)際尺寸。8、排膠與共燒：由于在生瓷片流延時(shí)加入了有機(jī)粘合劑，所以需要將其汽化和燒除，這就是排膠。排膠時(shí)采用的氣體氛圍與基板中使用的導(dǎo)體材料有關(guān)。大多數(shù)基板中采用的金屬為金、銀、鈀銀等貴重金屬，因此可以在空氣中完成排膠。而采用了銅等金屬的基板，則需要在氮、氫等氣體中排膠。這一步工藝對(duì)多層基板的整體質(zhì)量有著嚴(yán)重影響。如果排膠不充分，基板將會(huì)在燒結(jié)時(shí)起泡、變形或分層；如果排膠過(guò)量，又可能造成金屬圖案脫落或者基板碎裂。共燒時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)是爐膛溫度的均勻性和燒結(jié)曲線(燒結(jié)溫度隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線)，這影響著燒結(jié)后基板收縮率的一致性。39ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程39ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程9、檢測(cè)：為驗(yàn)證多層基板中的電連接特性，必須對(duì)燒結(jié)后的基板進(jìn)行檢測(cè)?？刹捎锰结槣y(cè)試儀對(duì)基板兩面進(jìn)行開(kāi)路、短路等的測(cè)試。40ppt課件1.2.3LTCC的生產(chǎn)工藝流程40ppt課件1.2.4LTCC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著LTCC工藝的不斷改進(jìn)，研究的不斷深入，技術(shù)的逐漸成熟，LTCC產(chǎn)品在無(wú)線通信、軍事、宇航、汽車(chē)電子和醫(yī)療等領(lǐng)域已經(jīng)取得了廣泛應(yīng)用。其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在如下三個(gè)方面：41ppt課件1.2.4LTCC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)41ppt課件1.2.4LTCC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1、向LTCC產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展通訊系統(tǒng)的射頻電路中由許多組件模塊構(gòu)成，而各LTCC廠家采用不同的集成方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。以手機(jī)中的射頻模塊為例，線路主要包含天線，開(kāi)關(guān)、SAW濾波器、低噪放、功放及振蕩器等部件。一些廠商將天線與低噪聲放大器整合在一起構(gòu)成前端組件FEM(FEM，F(xiàn)rontEndModule)，一些廠商則將天線和功率放大器整合在一起構(gòu)成功率開(kāi)關(guān)組件PSM(PSM，ProtectionSwitchModule)。這就增加了下游客戶(hù)的設(shè)計(jì)成本，他們?cè)诹慵少?gòu)上也會(huì)因LTCC廠商單一而受到限制，因?yàn)樗麄冃枰槍?duì)不同的模塊作不同的設(shè)計(jì)。由此可見(jiàn)，產(chǎn)品規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)化將是使LTCC組件市場(chǎng)得到大幅成長(zhǎng)的巨大推動(dòng)力。42ppt課件1.2.4LTCC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)42ppt課件1.2.4LTCC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)2、繼續(xù)向小型模塊和高頻系統(tǒng)方向發(fā)展。一方面，無(wú)線手持式產(chǎn)品在近幾年得到了快速成長(zhǎng)，對(duì)其體積的要求是繼續(xù)減??；另一方面，隨著無(wú)線通訊設(shè)備工作頻率的提升，產(chǎn)品中各組件模塊的高頻特性也顯得越發(fā)重要。

小型化的要求可以通過(guò)增加基板層數(shù)、減小基板厚度以及通孔成型、電路印刷微細(xì)化等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

高頻性能可以依靠設(shè)計(jì)低介電常數(shù)、高Q的陶瓷材料和優(yōu)化內(nèi)部線路布局降低EMI(EMI，ElectroMagneticInterference)干擾來(lái)保證。這一發(fā)展方向需要材料技術(shù)、工藝技術(shù)和設(shè)計(jì)技術(shù)的共同提升來(lái)實(shí)現(xiàn)。43ppt課件1.2.4LTCC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)43ppt課件1.2.4LTCC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)3、向無(wú)源器件的高密度集成化方向發(fā)展。在以后幾年，LTCC將集成更高密度的無(wú)源器件，如在X頻段的平面天線陣將集成128單元。同時(shí)，更精細(xì)的布線技術(shù)也將成為L(zhǎng)TCC技術(shù)中的發(fā)展重點(diǎn)方向，其目標(biāo)是使線寬和線間距小于25微米。44ppt課件44ppt課件1.2.5LTCC技術(shù)存在的不足和解決途徑雖然LTCC技術(shù)相對(duì)其他電子封裝技術(shù)有著自身的特優(yōu)勢(shì)，但其同樣存在著一些不足之處，需要進(jìn)一步解決和完善。1、陶瓷基板的收縮率問(wèn)題。將LTCC基板應(yīng)用于高頻系統(tǒng)時(shí)，由于傳輸線的尺寸小，因此燒結(jié)后的微小變形都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生較大影響，也會(huì)對(duì)信號(hào)孔的對(duì)位造成影響，嚴(yán)重時(shí)層間通孔將無(wú)法傳輸信號(hào)，因此需要嚴(yán)格控制LTCC基板的收縮。現(xiàn)采用的控制收縮率的主要燒結(jié)方法有無(wú)壓力輔助燒結(jié)(PLAS，Presmre-lessAssistantSinkirng)、壓力輔助燒結(jié)(PAS)、自約束燒結(jié)(SCS，Self-ConstraintSintering)、復(fù)合板共同壓燒法四種。理想情況下的零收縮率技術(shù)還需要進(jìn)一步研究和實(shí)現(xiàn)。45ppt課件1.2.5LTCC技術(shù)存在的不足和解決途徑45ppt課件1.2.5LTCC技術(shù)存在的不足和解決途徑

2、基板散熱問(wèn)題

盡管相對(duì)傳統(tǒng)的PCB板而言，LTCC基板在散熱方面已有所改進(jìn)，但由于其具有較多的層數(shù)、高的集成度、集成的器件具有高工作功率模密度，因此散熱問(wèn)題仍是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，值得重視。目前改進(jìn)辦法有將導(dǎo)熱率高的材料加入漿料，在基板中設(shè)計(jì)散熱孔，大功率芯片先采用載體安裝后再與腔體裝配。46ppt課件1.2.5LTCC技術(shù)存在的不足和解決途徑46ppt課件1.2.5LTCC技術(shù)存在的不足和解決途徑

3、生產(chǎn)成本問(wèn)題

國(guó)內(nèi)目前已有一些高校和研究院所引進(jìn)了LTCC生產(chǎn)國(guó)工藝線，但是采用的生瓷帶仍然為進(jìn)口，因此生產(chǎn)成本較傳統(tǒng)的PCB板高，這也阻礙了國(guó)內(nèi)一些研究團(tuán)隊(duì)涉足這一領(lǐng)域。因此國(guó)內(nèi)一方面需要大力發(fā)展材料工藝技術(shù)，另一方面需要加大投入，在形成批量化生產(chǎn)后可使成本降低，從而促使該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。47ppt課件1.2.5LTCC技術(shù)存在的不足和解決途徑47ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

LTCC技術(shù)最早在上世紀(jì)80年代由美國(guó)運(yùn)用于軍事領(lǐng)域，隨著成本的降低，LTCC市場(chǎng)正憑借其在封裝和可靠性方面的優(yōu)勢(shì)，在汽車(chē)電子、航空航天以及資訊產(chǎn)品領(lǐng)域不斷成長(zhǎng)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，LTCC技術(shù)的市場(chǎng)表現(xiàn)更是亮麗。根據(jù)IEK(IndustrialEconomics&KnowledgeCenter，IEK)調(diào)查資料顯示，全球LTCC市場(chǎng)2003年的產(chǎn)值約為3.42億美元，2004年為5.78億美元，2005年為8.41億美元，2006年為9.11億美元，2007年為10.45億美元，2004年至2007年的年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到了21.8%，增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁。48ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀48ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前國(guó)外和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)對(duì)LTCC技術(shù)的研究非?；馃?，已經(jīng)有多種LTCC模塊進(jìn)入了商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。村田、京瓷、三菱電工、日立、TDK、AVX、Epcos等十多家企業(yè)推出了基于LTCC技術(shù)的手機(jī)天線開(kāi)關(guān)模塊(ASM)。此外NEC、村田和愛(ài)立信等公司的藍(lán)牙模塊，日立等公司的功放模塊等等，都是基于LTCC技術(shù)制做而成的。圖1-8顯示了目前LTCC技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域所占比例。49ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀49ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

圖1-8LTCC技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域所占比例50ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀50ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，在LTCC工藝的掌握上，仍舊由日本與部分歐美業(yè)者處于領(lǐng)先地位。LTCC材料在日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家早已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化、系列化和可進(jìn)行材料設(shè)計(jì)的階段。歐美日廠商由于對(duì)LTCC技術(shù)已研發(fā)多年，形成了一定的材料體系，生產(chǎn)工藝也較為成熟，在產(chǎn)品質(zhì)量、專(zhuān)利技術(shù)、材料掌控及規(guī)格主導(dǎo)權(quán)等均占有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。目前世界上在LTCC領(lǐng)域漿料和生瓷帶的主要供應(yīng)商有美國(guó)的杜邦(Dupont)、福祿(Ferro)和德國(guó)的賀利氏(Heraeus)公司等，這三家公司已經(jīng)成為行業(yè)的標(biāo)志性企業(yè)。51ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀51ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

而在全球LTCC市場(chǎng)占有率前九大廠商之中，日本廠商有4家，且占據(jù)的市場(chǎng)份額最大，處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，它們分別是村田(Murata)、京瓷(Kyocera)、TDK和太陽(yáng)誘電(TaiyoYuden)，歐洲廠商有Bosch、CMAC、Epcos及Sorep-Erulec等4家，美國(guó)廠商有CTS。圖1-9顯示了全球LTCC廠商的市場(chǎng)占有率情況。

圖1-9LTCC廠商占有率52ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀52ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在對(duì)LTCC微波組件的研究方面，國(guó)外從20世紀(jì)90年代初開(kāi)始開(kāi)展了廣泛深入的研究，并在以下三個(gè)方面取得了顯著的成果：一、從材料和電路結(jié)構(gòu)兩方面對(duì)微波、毫米波LTCC多層基板的制造工藝展開(kāi)研究。在材料的特性研究方面，包括了對(duì)基板材料、導(dǎo)體材料、電阻材料等相關(guān)性能的研究。例如2002年美國(guó)克萊姆森(Clemson)大學(xué)對(duì)Ta2N薄膜電阻在50GHz頻率下的電氣性能進(jìn)行了研究。在電路結(jié)構(gòu)的研究方面，包括了對(duì)埋置在基板內(nèi)部的無(wú)源器件的結(jié)構(gòu)、各種傳輸線之間的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、互連通孔的模型等方面的研究。53ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀53ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

這方面的研究有：2005韓國(guó)海事(Maritime)大學(xué)提出了一個(gè)新穎的共面波導(dǎo)至帶線的通孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該通孔結(jié)構(gòu)在60GHz頻率下的插入損耗小于1.6dB，回波損耗大于10dB。通過(guò)這一系列基礎(chǔ)方面的研究，表明將LTCC技術(shù)運(yùn)用在毫米波電路模塊方面不但是可行的，而且具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。54ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀54ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀二、對(duì)基于LTCC技術(shù)的微波器件集成方面展開(kāi)研究，包括對(duì)有源器件和無(wú)源器件的研究。

無(wú)源器件通過(guò)直接在LTCC多層基板上布線制作而成，研究主要集中在LTCC濾波器和諧振器等器件的開(kāi)發(fā)上。例如2006年法國(guó)利摩日(Limoges)大學(xué)設(shè)計(jì)了一種基于LTCC技術(shù)的U型諧振器。而有源器件的研究主要集中在把MMIC等有源芯片在LTCC基板上實(shí)現(xiàn)集成，并取得了不錯(cuò)的成果。例如2000年德國(guó)移動(dòng)與衛(wèi)星通信技術(shù)研究所(IMST)在一塊LTCC基板上實(shí)現(xiàn)了15~25GHz的功率放大器MMIC和20~32GHz的低噪聲放大器MMIC的集成。55ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀55ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

三、開(kāi)展了基于LTCC技術(shù)的系統(tǒng)級(jí)電路模塊的研究，包括對(duì)微波接收前端、收發(fā)組件等微波系統(tǒng)相關(guān)電路模塊的研究，近年來(lái)的一些相關(guān)成果包括：2002年美國(guó)的國(guó)家半導(dǎo)體公司設(shè)計(jì)制作了一個(gè)基于LTCC基板的高集成、高線性度的RF前端模塊。該前端模塊工作于C波段，按IEEE802.11a協(xié)議制作，應(yīng)用于無(wú)線局域網(wǎng)，整個(gè)模塊的接收增益為11.5dB。整個(gè)前端模塊是由一塊MMIC芯片和一個(gè)埋置于LTCC基板內(nèi)的帶通濾波器構(gòu)成，其中MMIC芯片由TriQuint公司制造，安裝在LTCC基板表面。該芯片上面集成了低噪聲放大器(LNA)、功率放大器(PA)和單刀單擲開(kāi)關(guān)(SPDT)，其中LNA增益為16.5dB，噪聲系數(shù)為2.1dB，PA輸出功率為24dBm，IM3高于25dBc，SPDT插入損耗為1.2dB。56ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀56ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀基板由Yamacraw設(shè)計(jì)中心和國(guó)家半導(dǎo)體公司聯(lián)合制造，其尺寸為8mm×9mm×1.1mm?；逵?0層DuPont943AT生瓷帶制作而成，每層生瓷帶的厚度為4.4mils。帶通濾波器以疊層耦合帶狀線的形式制作在LTCC基板內(nèi)，其在5~8GHz時(shí)插入損耗不超過(guò)3.5dB，回波損耗不小于15dB，濾波器的帶寬小于200MHz，鏡頻抑制度在4.8GHz處為23dB。2005年韓國(guó)成均館(Sungkyunkwan)大學(xué)設(shè)計(jì)制造了一個(gè)基于LTCC基板技術(shù)的四頻段GSM射頻收發(fā)組件。該射頻收發(fā)組件由集成在LTCC基板上的接收、發(fā)射匹配電路和低通濾波器構(gòu)成，整個(gè)組件尺寸約為10mm×10mm×1.4mm。57ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀57ppt課件100mil=2.54mm1mil=0.0254mm1密耳（mil）=0.001英寸100mil=0.254cm1密耳(mil)=0.0254毫米(mm)58ppt課件100mil=2.54mm58ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)報(bào)道了一種用于V波段射頻前端的基于LTCC工藝的三維集成腔體濾波器，如圖1-10所示。該帶通濾波器采用垂直疊層方式制作，大大節(jié)省了濾波器的面積，有利于射頻前端的小型化。設(shè)計(jì)制作的濾波器中心頻率57.5GHz，3dB帶寬為3.5%(約2GHz)，帶內(nèi)插入損耗小于2.37dB[9]。

圖1-10(a)三維腔體濾波器結(jié)構(gòu)圖，(b)三維腔體濾波器截面圖59ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀59ppt課件60ppt課件60ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)報(bào)道了一種共面線到帶狀線的過(guò)渡結(jié)構(gòu)。以前的共面線到帶狀線引入一根連接兩種傳輸線的信號(hào)連接線，但輻射損耗很大，為避免這一弊端，其所提出的過(guò)渡結(jié)構(gòu)采用階梯過(guò)渡形式，并在第一，三階下面放置空氣通孔，以此來(lái)調(diào)節(jié)其諧振場(chǎng)分布，如圖1-11所示。測(cè)試結(jié)果表明在高達(dá)60GHz處，插入損耗為1.6dB，回波損耗10dB。

圖1-11(a)傳統(tǒng)共面線到帶狀線通孔過(guò)渡結(jié)構(gòu)(b)新型共面線到帶狀線通孔過(guò)渡結(jié)構(gòu)61ppt課件1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀61ppt課件圖1-11(a)傳統(tǒng)共面線到帶狀線通孔過(guò)渡結(jié)構(gòu)(b)新型共面線到帶狀線通孔過(guò)渡結(jié)構(gòu)62ppt課件圖1-11(a)傳統(tǒng)共面線到帶狀線通孔過(guò)渡結(jié)構(gòu)(b)新型共1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)LTCC技術(shù)的研究起步較晚，LTCC器件的開(kāi)發(fā)比國(guó)外至少落后5年。一些科研院所從上世紀(jì)80年代末開(kāi)始陸續(xù)對(duì)LTCC材料以及基板制造工藝方面展開(kāi)研究工作。國(guó)內(nèi)LTCC行業(yè)面臨的問(wèn)題主要是原材料的問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)LTCC原材料的來(lái)源主要有三種方式：直接從國(guó)外進(jìn)口生瓷帶；買(mǎi)國(guó)外的粉料自己做生瓷帶；自己研制粉料。但國(guó)內(nèi)自制的粉料在一致性方面特別是質(zhì)量控制方面和國(guó)外企業(yè)相比還有一定的差距。在基板制造工藝方面，通過(guò)全套引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)工藝生產(chǎn)線，國(guó)內(nèi)一些單位的工藝水平與國(guó)際先進(jìn)水平相比已相差不大。目前國(guó)內(nèi)的中電13所、中電43所、深圳南玻電子、浙江正原電氣等單位具備LTCC材料和基板的生產(chǎn)供應(yīng)能