低温共烧结陶瓷12.doc

低温共烧结陶瓷(LTCC) 作者；李凯鸽 （陕西国防工业职业技术学院 电子507112 李凯鸽 710300） 摘 要：与传统的封装技术相比，LTCC 技术因其具有优良的高频特性、线宽和低阻抗而倍受瞩目，现已迅速发展并应用于各领域。LTCC 技术是将四大无源器件（电感 L、电阻 R、变压器 T、电容 C）和有源器件（晶体管、IC 电路模块、功率 MOS）集成在一起的混合集成技术。LTCC 技术的应用可以取代目前的PCB 板，使系统趋于小型化和稳定化。 关键词：低温共烧结陶瓷（LTCC） 片式无源器件 1 前言 随着电子系统的广泛使用，高密度、良好温度特性及小尺寸的新型电子系统已为 子系统发展的必然趋势，这对传统的封装技术及工程提出了挑。在众多的封装技术中，多芯片微组装技术（MCM）凭其高电流密度、高可靠性及优良的电性能和传输特性成为研究的主体。目前的 MCM封装技术一般对各层进行延续性加工，即印刷、烘干、烧结完一层后再对下一层进行印刷、烘干烧结。这种工艺成本高，生产效率低，工艺复杂，难度大。而以 LTCC技术为基础的 MCM封装则可以将各层分别设计、一体烧结，从而可提高生产效率和成率，降低成本。且 LTCC基板的集成密度高、RF性能好、数字响应快，本低、生产周期快、批量大、产品生命周期短、生产灵活、自动化程度高。LTCC 技术主要的优点有：（a）在2.4MHz80GHz 频率范围内，LTCC 技术带来的信号损失远远低于多层线路板技术；（b）由于批量生产设备和工艺的引入，原材料成本降低以及在中国进行加工制造，LTCC产品的成本得以大幅度的降低；（c） 由于使用嵌入元件而不是线路板上的表面贴装元件， 模块尺寸减小20%40%，系统成本更低；（d）满足无线应用RF频率范围要求的电子模块材料中，LTCC 材料是最理想的材料。 由于中国无线互联网正成为市场主要动力，13 亿人口的强大通讯市场及移动通的普及成为国际 IT 市场的真正动力所在。在无线网络应用增长的同时，对元器件的要求也正在提高，最关键的要求是更小、更轻、更薄、更便宜。也就是要求更高的元器件集成度，即由原来的片式电感、片式电容和片式组合器件向全面的 LTCC 集成技术过渡，以满足这些市场对电子元器件的要求。 低温烧结技术最早于 1980年代西方发达国家开始研究，以各种玻璃-陶瓷的低温烧结为主，通过改进配方、改善工艺条件实现基板与金属布线的共烧。我国在这方面起步较晚。 目前世界上能提供 LTCC 相关产品的有 IBM、 Motolora、Murata、TDK、Rockwell 应用频率为 50MHz5GHz 的 LTCC 集成电路产品，另外日本富士通已研制出 61层、245mm的共烧结构，而美国 IBM公司已研制出 66层 LTCC基板的多芯片组件。 2 LTCC 技术的构成 LTCC 技术目前主要包括设计技术、生磁（瓷）料带技术和混合集成技术。 其中设计技术具体指 R/T 组件集成电路设计、蓝牙技术用集成电路设计、LTCC 平面天线 （如图 1 所示） 设计、 GSP 带宽调制设计和 W-CDMA 设计。 这些 LTCC技术在通信、军事、汽车工业等领域中得到广泛的应用，特别是通信成为 LTCC技术应用最多的领域。 混合集成技术包括集成块及模块、整体系统模拟、参数调整和封装技术。混合集成是将设计技术和生磁料带技术综合形成电子系统，完成特定功能。3 LTCC 技术的市场情况 以美国 19972001 年的市场情况分析：1997 年 LTCC 市场销售额为 3 亿美元左右；1999 年相对于 1997 年市场增加了 100；达到了 7 亿美元左右；2000年达到 12 亿美元；2001 年达到 13 亿美元；根据全球 LTCC 生磁带的消耗可以估计，2002 年 LTCC 市场是 16 亿美元左右。有人预测到 2010 年中国大陆市场 LTCC的销售将达到 30 亿美元。 移动电话和无线通讯的快速发展为 LTCC 产品拓展了市场， 虽然 2001 年全球手机市场的增长减缓为 5 亿只，但中国市场则由于价格战以 20的速度在递增。在往后的五年中智能电源、无线互联网、蓝牙技术以及无线互联协议 IEEE 802.11b 和 a 等应用的发展将对 LTCC 产品制造能力带来极大的动力，特别是1998 年由爱立信、IBM、英特尔、诺基亚、东芝等五家公司联合制订近距离无线通讯技术标准，即蓝牙技术（bluetooth）将会推动多层低温共烧器件（R、C、L、T）及 IC 有源器件混合集成技术的又一次飞跃。4 LTCC 技术的局限性 与其他封装技术比较尽管 LTCC 技术有不可取代的优越性，是 MCM 封装技术的理想基础，但 LTCC 技术仍然存在收缩率控制和基板散热问题，有待进一步改善。 4.1收缩率控制问题 LTCC 基板应用于高性能系统时，金属布线间距小，烧结的微小形变都会严重影响系统的性能，而且基板的收缩对信号孔和散热孔的对准也将产生影响。因此 LTCC 共烧体的收缩应严格控制。研究了在 LTCC 共烧层的顶及底部放置干压生作为收缩控制层，以控制层与多层之间的粘结作用及收缩率，限制 LTCC 多层结构在二维方向的收缩行为。这种方法能使 LTCC 基板二维方向尺寸收缩控制在约 1%。而零收缩率的实现有待进一步研究。 4.2基板散热问题 虽然 LTCC 基板比传统的 PCB 板在散热方面已经有了很大的改进，但由于集成度高、层数多、器件工作功率密度高，LTCC 基板的散热仍是一个关键问题，成为影响系统工作稳定性的决定因素之一。5 展望 当 LTCC 技术中收缩率控制和基板散热问题得以解决，微电子封装技术则可从容地向更小、更轻、更高效化发展。以 LTCC 技术为基础的器件及系统将更多的电子设备顺利应用于各种大型计算机或大功率电子设备（如卫星系统、航天系统、电子通讯等），方便人们生活。LTCC 技术将与纳米技术一起成为新世纪重要科学技术。 参考文献: 1 Charles Q.Scrantom. IEEE, 1999(5): 193-200. 2 Fathy A, McGi