LTCC生产方案工艺和概述部分

1、LTCC生产线项目方案一.所谓低温共烧陶瓷(Low-rempernture cofired ceramicslTCC)技术，就是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确 而且致密的生瓷带，作为电路基板材料，在生瓷带上利用机械或激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺 制岀所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900'C烧结，制成三维电路网络的无 源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的 功能模块。总之，利用这种技术可以成功地制造出各种髙技术LTCC产品。多个不同类型、不同性能的无源元件 集成在_个封装内有多种方法

2、，主要有低温共烧陶瓷(ETCC)技术、薄膜技术、硅片半导体技术、多层电路板技术 等。目前，LTC C技术是无源集成的主流技术。ETCC整合型组件包括各种基板承载或内埋各式主动或被动组件 的产品，整合型组件产品项目包含零组件(components)x基板(substrates)与模块(modules )®LTCC(低温共烧陶瓷)己经进入产业化阶段，日、美、欧洲国家等各家公司纷纷推出了各种性能的LTCC 产品。LTCC在我国台湾地区发展也很快。LTCC在2005年后快速发展，平均增长速度达到17.7%»国内LTCC产品的开发比国外发达国家至少落后5年。这主要是由于电子终端产品发

3、展滞后造成的。 LTCC功能组件和模块在民用领域主要用于CSM, CDMA和PHS手机、无绳电话、WLAN和蓝牙等通信产品。另外，LTCC技术由于自身具有的独特优点在军事、航天、航空、电子、汁算机、汽车、医疗等领域均获 得了越来越广泛本推荐方案集成当今世界先进的自动化设汁，生产、检测设备于一体，同时考虑军工生产的特点和厂家的 售后服务能力，是专门为贵所呈身左制的解决方案。在方案的设汁中地考虑到军工产品多品种、小批量和高质量 要求地特点，在选用设备时以完整性、灵活性、可靠性为原则，其中在一些关键环节采用了一些国外较先进及技 术含量较髙和性能稳定的设备。由于是多家制造商的设备连线使用，所以必须由集

4、成供应商统一安装调试和培训，并提供长期的工艺和设 备配套服务。(二)项目发展的必要性1、国家发展需要。九五期间国家投巨资建设LSI高密度国家重点工业性试验基地，其目的是进行髙密度LSI 产品的开发和生产技术研究，为封装产品的产业化提供技术支持。它的开发和研究成果直接为产业化服务，在试 验基础上，尽快建设产业基地不仅是国家的需要也是市场的需要。3、21世纪国防|2、微电子技术进步的需要。信息产业是知识经济的支柱，作为其核心的微电子技术在不断迅猛发展，我国 的微电子技术，特別是LSI技术的发展却相对滞后，除管理决策，资金等因素外，封装技术的落后，也是一个重 要因素，建设LSI高密度封装产业基地，以

5、强大的科研和产品开发能力，以髙质量的封装产品支持我国集成线路 行业的技术进步，具有十分重要的意义。的需要。陶瓷封装产品以髙可靠.髙性能、小型化、多功能为其特点，这正与电子装备 短、隊 轻、小化的需求相对应，国产的导弹、卫生、讣算机、通讯、指挥系统。尤其以高可靠、抗干扰、长寿 命为首要指标，髙密度陶瓷封装更是首当其冲。4. 市场的需要。2010年后中国集成电路的消费将达到1000亿美元 约占世界市场的20%,仅以现在应用 多的移动电话、笔记本电脑为例，国内诸如LCCC的陶瓷封装产品的需求量10亿只以上，用于声表而波封装的无 引线陶瓷载体仅京、圳两家公司年需求量就在1.S亿只以上，以目前国内两家企

6、业一家研究所的生产能力，根本 无法满足市场需求,（三）项目姑（四）LTCC技术优势现代移动通讯、无线局域网、军事雷达等正向小型、轻、髙频、多功能及低成本化发展，对元器件提岀轻 崑小型、高频、髙可靠性、价格低廉提髙集成度的要求。而采取低温共烧陶瓷（Sv Femperature CoFiredCeramicLTCC）技术制造多层基板，多层片式元件和多层模块是实现上述要求最有效途径。用于系统集成的低温共烧陶瓷（LTCC : Low Femperatiire Co-Fiied Ceramics ）多层基板中的“共烧有两层意 思。其一是玻璃与陶瓷共烧，可使烧结温度从1650°C下降到900&#

7、39;C以下，从而可以用6、理、Ag-Pd、Ag-Pt等 熔点较低的金属代替WM。等难熔金属做布线导体，既可大大提髙电导率，又可在大气中烧成：其二是金属导体 布线与玻璃一陶瓷一次烧成，便于髙密度多层布线。S0年代初，低温共烧陶瓷（LTCC材料达到商业化水平，引起了髙密度互联电路设汁者的极大兴趣。ETCC多层基板很快在各种高性能、中才溉量产品、军事.航空等应用领域确立了举足轻重的地位。90年代期间，LTCC 材料在大批量产品、中档位价格一性能比的应用领域得到推广。如汽车控制组件、硬盘读写放大器等。低温共烧陶瓷（LTCC）材料具有良好的性能特征:1、根据配料的不同，LTCC材料的介电常数可以在很大

8、的范用内变动，可根据应用要求灵活配置不同材料 特性的基板，提髙了设i啲灵活性。如一个髙性能的SIP （system in a package系统封装）可能包含微波线路、高 速数字电路、低频的模拟信号等，可以采用相对介电常数小于5.S的基板来设汁高速数字电路：相对介电常数为 &S0的基板完成高频微波电路的设讣；介电常数更多的基板设讣各种无源元件，最后把它们层叠在一起烧结完成 整个SIP器件。便于系统集成、易于实现高密度封装。2、LTCC材料具有优良的高频、髙Q值、低损耗特性，加之共烧温度低，可以用Ag、Ag-Pd. Ag-Pt. Cu 髙电导率的金属作为互连材料，具有更小的互连导体损耗。

9、这些都有利于所髙电路系统的品质因数，特别适合高 频、高速电路的应用。5、LTCC基板采多层布线立体互连技术，可以大大提高布线密度和集成度，IBM实现的产品已经达到一百 多层。NTT未来网络研究所以LTCC模块的形式，制作出用于发送亳米波段60GHz频带的SiP产品，尺寸为12 mmxi2mmxi.2 mm, IS层布线层由0.1 mmx6层和0.05 mmxi2层组成，集成了带反射镜的天线、功率放大器、带通滤 波器和电压控制振荡器等元件。LTCC材料厚度目前已经系列化，一般单层厚度为1015um°士、LTCC工艺与薄膜多层布线技术具有良好的兼容性，二者结合可实现更髙组装密度和更好性能

10、的混合多 层基板和混合型多芯片组件：以LTCC技术制造的片式多层微波器件，可表而贴装、可承受波峰焊和再流焊等： 在实现轻、薄、短、小化的同时，提高可靠性、耐髙温、髙湿、冲振的特性，可适应恶劣环境。5、LTCC可以制作多种结构的空腔。空腔中可以安装有源、无源器件：LTCC层内可埋置（嵌入）无源器 件：通过减少连接芯片导体的长度及接点数，能集成的元件种类多，易于实现多功能化和提髙组装密度；通过提 高布线密度和增加元器件集成度，可减少SiP外|卞电路元器件数目，简化与SiP连接的外国电路设计，有效降低 电路组装难度和成本。6、基于LTCC技术的SiP具有良好的散热性。现在的电子产品功能越来越多，在有

11、限有空间内集成大量的 电子元器件，散热性能是影响系统性能和可靠性的重要因素。LTCC材料具有良好的热导率，其热导率是有机材 料的20倍，并且由于LTCC的连接孑咏用的是填孔方式，能够实现较好的导热特性。7、基于ETCC技术的SiP同半导体器件间具有良好的热匹配性能。LTCC的TCE （热膨胀系数）与Si、GaAs、 InP等的接近，可以在基板上直接进行倒芯片（flip chip, FC）组装，这对于采用不同芯片材料的SiP有着非同一 般的意义。经过近S0年的研究开发，LTCC技术在实用化方而取得实质性进展。目前，大尺寸，大容量基板可以通过 烧结的控制技术大批量生产，明显降低成本:新的无机材料配

12、方和工艺可降低髙频损耗，使工作频率扩展到90GHz 以上 光刻的厚膜导体可与LTCC共烧，容昴形成线宽和间距均为50um的布线，会大大增强了 LTCC多层基板 的髙密度性：平而电阻，电容，电感材料与LTCC具有结构相容性，将这些无源器件嵌入LTCC中，给集成封装 和微型射频提供广阔前景。（五）LTCC产品应用领域目前，LTCC产品主要应用于下述四个领域：1、高密度多层基板。由低介电常数的LTCC材料制作。LTCC适合用于密度电子封装用的三维立体布线多 层陶瓷基板。因其具有导体电阻率低、介质的介电常数小、热导高、与硅芯片相匹配的低热膨胀系数、易于实现 多层化等优点，特别适合于射频、微波、亳米波器

13、件等。目前，随着电子设备向轻、薄、短、小方向的发展，设 备工作频率的提髙（如手机从目前的400-900MHZ提髙到1.6GHz,甚至5040GHz）,以及军用设备向民用设 备的转化，LTCC多层基板将以英极大的优势成为无线通信、军事及民用等领域重要发展方向之一。下表列出了 使用频率范羽及相应的电子设备系统。 超级计算机用多层基板。用以满足器件小型化、信号超高速化的要求。 下一代汽车用多层基板（ECU部件）。利用其髙密度、多层化、混合电路化等特点，以及苴良好的耐热 性，作为一一代汽车电子控制系统部件，受到广泛注意。 高频部件（VCO,TCXO®等）。对于进入GHz频带的超髙频通信，LT

14、CC多层基板将在手机、GPS定 位系统等许多髙频部件广泛使用（参照表）。 光通信用界而模块及HENIT模块。2、多层介质谐振器、微波天线、滤波器等微波器件。利用中介电常数的LTCC材料制作。介质芯片天线不 仅具有尺寸小，重量轻，较好的方向性，电气特性稳泄等优点，而且具备低成本，大批量生产的经济上的优势。 它符合无线通信产品向轻、薄、短、小方的向发展的趋势，而成为近年来研究的热点。LTCC技术的成熟为介质 芯片天线的发展提供了强大的动力。3、多芯片组件（Miilti-Cliip Modules, MCM）,利用低介电常数的LTCC材料，与Ag. Ag-Pd> Ag-Pt> Cu髙电导

15、率金属的浆料图形共烧，形成三维布线的多层共烧基板，再经表而贴装将无源片式元件和多个裸芯片集 成在LTCC基板上，最后加盖密封形成多芯片组件（NluliChipModules, MCM）o与单芯片封装相比，MCI可 保证IC元件间的布线最短。这对于时钟频率超过100'IHz的超髙速芯片来说，具有明显的优越性。'ICM早在S0 年代初期就曾以多种形式存在，最初是用于军事。当时是将裸芯片直接实装在PCB上，或是多层金属一I陶瓷共烧 基板上：同时IBM也曾将苴应用在S0S1型大型计算机上，采用混合电路技术把100块IC实装在S0层陶瓷基板 上，称之为热导组件（TCM）o以前由于成本昂贵

16、，MCM大都用于军事、航天及大型计算机上。但随着技术的进步及成本的降低，MCM 将普及到汽车、通信、工业设备、仪器与医疗等电子系统产品上。：MCXI在各种不同领域的特殊作用如下： 军事、航天：武器系统、汽车导航系统、卫星控制装宜、髙频雷达； 通信：电话、无线电传真、通信设备、同步光纤网络： 仪器设备：高频示波器、电子显微镜、点火控制/温度控制： 咨询：IC存储卡、超级计算机、大型计算机、计算机辅助设讣/制造系统、个人汁算机； 消费：放像机、摄录放像机、数码相机、髙淸晰度电视机。士、无源器件嵌入式系统封装（System ii）a Package.Sip）基板。利用低介电常数的LTCC基板和与之相

17、容 的髙介电常数的LTCC材料及高磁导率材料等，或直接利用现有的无源元件，可将四大无源元件，即变压器（T）、 电容器（C）、电感器（L）、电阻器（R）嵌入多层布线基板中，与表而贴装的有源器件（如功率MOS.晶体管、 IC电路模块等）共同集成为一完整的电路系统，可有效地提髙电路的封装密度及系统的可靠性、保密性，特别适 用于移动通信、军事雷达、航空航天等领域（一）国内外市场我们已经进入信息时代。目前，电子信息产业已成为世界性支柱与先导产业，先进工业国家把半导体集成 电路称为H业之父,，LSI芯片和电子封装技术在信息产业中扮演了十分重要的角色，随着电子产品的轻、隊短、 小、髙性能及芯片向髙集成度、髙

18、频率、超髙I/O端子数方向发展，大规模集成电路（LSI）髙密度陶瓷封装的应 用将越来越广泛。1、电子鹹市场前景方面一目前国内每年大约需要140亿片芯片，而国内能供应的才20%。据估计，2010 年后，中国集成电路的年消费将达到1000亿美元约占当时世界市场的20%,若貝中50%用于电子封装，则年产 值将达到几千亿人民币。2、HTCC高温共烧多层基板和ALN基板的市场前景方面。HTCC多层基板和ALN基板，具有许多固有 的优点，如机械强度髙、热导性能好，有广泛的用途。目前国内对HTCC基板和ALX基板的年需求量已分别超 过100万nV和5万nV,市场前景广阔。5、LTCC低温共烧多层基板的市场前

19、景方而。LTCC低温共烧多层基板除可用于DIP、LCCC、PGA、QFP、 BGA. CSP、MCM等怨种封装制品外，还可用于计算机主板、高速电路基板、功率电路基板、汽车电子电路基板等。LTCC还可代替混合集成电路（HIC）广泛应用于军事和空间技术通讯（包括电讯、无线电通讯、微波通讯、 雷达、广播和其他通讯、导航通讯）等。随着数字化技术的普及和工作频率的提高，LTCC的应用范【1桧急速扩 大。士、LCCC的市场前景方面。LCCC 一元引线陶瓷片式载体，主要用于晶体振荡器和声表而波滤波器表贴化 外壳（即使用LCCC进行封装）：由于晶体振荡器和声表而波滤波器应用极广，需要量极大。而且随着高产量和高

20、 性能的需求：对LCCC的需求量也直线上升。通信和信息工业的迅速发展，有力带动了晶体振荡器市场的增长， 其产品也日趋小型化、表而贴装化和高精度化。近两年由于应用而不断扩展和需求量的增多，造成市场供应紧缺, 售价也有上升，刺激制造商千方百计增加产量；日水晶体振荡器生产虽已增加，仍供不应求，尤其TCXO型晶体 振荡器更为紧缺。据专家预测，今年的需求将继续增加，特别是表面安装款式的产品。台湾电气和电子制造商协 会约有H家成员工厂制造石英晶体器件，在台湾岛有10家，它们侧重生产髙档级表而安装型SPKO产品，属于 标准封装晶体振荡器。每只价格约0.S美元专家估计：信息工作和通信工作对髙档级表而安装振荡器

21、的需求将急 速增长，今年的增长率将达到50%,其中移动电话的需求将增长100%、笔记本电脑的需求将增长£%、台式电脑 将增长20%。台湾产品的岀口率也将大幅度增长，主要市场是美国、欧州、日本、韩国和新加坡。今年岀口预讣 将增长S0%40%。随着需求的增长，制造商已满负荷生产。一些厂家正在扩大现有的生产能力，特别是表而安 装款式的产品，USI公司表而安装型晶体振荡器，英生产能力将增加一倍、HOSONIC公司于今年初生产表而安装 款式产品，小型化和表而安装型晶体振荡器是台湾发展的主要趋势。VCXO型现在流行7.25mmx5.0minXlQmm 尺寸，主要用在LAN卡、机顶盒、FM调制器、

22、自动频率控制及锁相环电路等方面，199S年以来，共应用日趋火 爆，目前新型VCXO的尺寸是6.0mmxS.dmmx 1.0mm和o.OmmXS.Ommx 1.0mm SPXO表而安装型最小尺寸为 6.0nmix5.5mmxl.Ommo.OmmxS.ommx 1.2mm主要用于LAN卡、数字摄像机、计算机和电信产品。移动电话和个人数字助理（PDA）等便携式电子产品的迅速发展，也刺激了香港市场对晶体振荡器的强烈 需求，尤其是TCXO及VCXO等高档级产品。一些厂商如Incerguip公司正在积极开发OCXO产品，下半年将增 加VCXO表而安装型产品的生产。VCXO产品的需求呈快速增长趋势，主要用于

23、广播卫星接收机。今年许多制造 商调整产品结构，转向VCXO及OCXO等髙精度产品的生产，其产品增长将超过500%：标准钟表振荡器的需求 增长大约20%书0%：小型化及表贴化也是香港的发展趋势。目前香港的种表振荡器最小尺寸作到5xgm,精度 lOOPPm,要求达到 50PPm.目前世界SA滤波器的年产量6亿只，多年用于移动通信，呈现岀供不应求的态势，主要生产国是日本、 徳国和美国。我国开发SAW滤波器已有SO多年时间，科研生间单位50多家，有较高的设讣水平和批量生产经验。但由 于设备跟不上，缺乏象半导体工艺加工一样的精细加工设备（高精度的光刻设备和镀膜机等）致使生产水平较低, 年产仅数百只左右，

24、形不成规模。Atted Bustiniess Inlelligence Inc2010年晶体振荡器外壳，世界需求量在6亿只左右，又据我国权威人士预测计，我国用于手机于P汽车电子领域的晶振封装2010年需求在1.6-2.亿只，以后仍以年15950%的速 度递增，国内主要需求厂商如下：深圳南玻集团公司声表而波器件封装用陶瓷基座（LCC3B）年需求约9亿只; 深圳英达利公司石英晶体振荡器封装用陶瓷基座（LCCCTB）年需求不少于1000万只：北京七0七厂温度补偿型 晶体振荡器、及谐振器陶瓷基座年需求M4000万只：欧克通信器材有限公司晶体振荡器陶瓷基座年需求量约600 万只：南京华联兴电子有限公司晶

25、振、谐振、声表而波器件用陶瓷基座年需求量2000万只；台州水晶电子集团公 司晶振、谐振器件用陶瓷基座年需求量1000万只；英它还有北京长峰声表而波公司、深圳三泽声表而波公司、航 天总么司205所、2S所、湖北东光电子公司、寓山晶源电子股份有限公司等都有不同数量陶瓷外壳的需求。可见，仅移动电话用表贴型封装的无引线陶瓷芯片载体（LCCC）就有一个巨大的市场。而以表贴型LCCC 外壳职代金属外壳的石英晶体振荡器、谐振器和声表面波滤波器的封装则更是款来的、巨大的潜在市场。5.CSP及MCM封装的市场前景方面。据估计，到2010年；在所有电子设备中，携带型的比例将超过60%, 2010年后，电子封装将是

26、CSP和MCNI的天下，英市场前景不可估邕 目前国外一些大公司正在进行从DIP、OFL、PGA等向BGA、CSP、MCM封装的改型工作。、（二）国内集成电路陶目前，国内具备生产大规模集成电路陶瓷封装产品的主要有：闽航电子器件公司、信息产业部电子第十三 所、信息产业部电子第四十三所，宜兴电子器件总厂。电子十三所引进的国外先进设备较闽航少，宜兴总厂引进 的是国外二手设备，技术相对落后。到目前为止尚无一家实现产业化匚国内从事大规模集成电路陶瓷封装研究的主要科研单位有淸华大学材料科学与工程研究院、航天部771研 究所，由国家定点的大规模集成电路高密度封装国家试验基地一是位于南方的闽航电子器件公司，二是

27、位于北方 的信息产业部电子第十三所。从这几年公司的发展来看，闽航电子器件公司具有明显的优势，该公司是福建南平无线电三厂与航天部771 研究所合资建立的部省联营企业，于280年1月通过国家讣委验收并授予吠规模集成电路髙密度封装国家重点 试验基地花现能生产DIP、OFP. PGA. LCCC等四大系列60多年品种的陶瓷封装外壳，在承担国家从“六五” 到幼L五，期间的多项LIS封装重点科技攻关课题和新产品试制项目中取得显著成绩，并有多项成果填补国家空白， 多次受到国家和福建省的表彰。目前闽航公司已与清华大学合作引进了 LTCC低温共烧陶瓷技术。四、生产技术工艺(一)LTCC材料俪1、LTCC材料的研

28、究状况。目前，在技术产业推动下，开发能与银低温共烧的微波介质陶瓷材料已成为前 沿和热点问题，并取提突破性进展。目前，LTCC材料在日本、美国等发达国家已进入产业化、系列化和可进行 地材料设计的阶段。许多LTCC材料生产厂家可以提供配套系列产品：美国国家半导体Dupont.村田制作所、松 下、京瓷等研发机构对LTCC技术已研发多年，已经形成一定的材料体系，生产工艺也较为成熟。在专利技术、 材料来源及规格主导权方而均占优势°相比之下，我国的LTCC材料研发起步较晚，拥有自主知识产权的材料体 系和器件几乎是空白。国内现在急需开发出系列化的，拥有自主知识产权的LTCC瓷粉料，并专业化生产LT

29、CC 用陶瓷生带系列，为LTCC产业的开发奠定基础。以LTCC技术制造微波器件，陶瓷材料应具备以下几个要求：烧结温度应低于9500介电常数和介 电损耗适当，一般要求Q值越来越好；谐振频率的温度系数Tf应小：陶瓷与内电极材料等无界而反应，扩 散小，相互之间共烧要匹配：粉体特性应利于浆料配制和流延成型等。目前，已有较多的LTCC相关文献和专 利报道。因微波介质陶瓷的研究不仅仅涉及除低烧结温度，而且应兼顾材料介电特性以及料浆设备、陶瓷与金属 电级共烧等工程应用方面的问题，技术开发难度很大。2、LTCC材料体系。微波介质材料与器件行业一方而为了缩小器件的体积而开发同介电常数的材料体系， 另一方面为了提

30、高器件的灵敏度而研究髙品质因子的材料配方，重视器件工作的同温度性而开发小谐振频率温度 系数的介质陶瓷，目前开发的可低温烧结的材料体系主要有：(1) 低介电常数体系。低介电常数微波介质材料因其微波介电性能妬高频损耗小，介电常数小，适合巴 仑、滤波器、天线、模声等高频片式元器件和陶瓷基板的设讣与制造，开始受到人们的普通关注。介电常数小于 10,特别是介电常数在45之间的LTCC材料，由于可以发送信号延迟，目前主要集中在LTCC基板材料的应用 上。表1列岀了研究较为成熟的基板材料。我国近来也研究出一些低介电常数的LTCC材料，浙江大学张启龙等 研究的(Cal-XXIgX) SiO5体系，通过添加Cn

31、TiO5、Li2COStV2O5等可以在900°C烧结，材料性能优良，介电 常数£ =8-10;品质因数0>25OOOGH乙谐振频率温度系数丁彳0,该材料能很好的与Ag电极匹配，可以用于 多层介质开线，巴伦、各类滤波器等多层频率器件设I性产。陈湘明等人研究的xMgOyZnOzA12O5体系，得到 介电常数为79, Qf值高达60, 000160, 000GH乙谐振频率温度系数接近零的微波介质材料，该材料可应用 于高频陶瓷电容器、温度补偿陶瓷电容器或微波基板等。目前华中科技大学的吕文中等人研究的uZnO-vSiO2- 勺02、iiAIgO-SiO2- ATCaO-XTi

32、O2和uCaOvVO5miO2体系，具有低介电常数、低损耗与近零谐振频优选法温度系数，可用于通讯系统中介质天线、介质基板等微波无器件。国外一些公司的基板材料公司如介质陶瓷填充相导体£ rac/10-6C-1康宁晶化玻璃堇青石Au5.2S.4-杜邦铝硼硅酸盐玻璃A12O5Ag> Au7.S7.9杜邦晶化玻璃堇青石Am土 S土 5Hii'achi铅铝硼硅酸盐玻A12OS、CaZr 05Fb/Ag912NEC硼硅酸盐玻璃SiO2、堇青石1S%T9%多孔一氧化Au2.9 土 21.5 S.2NEC铅硼硅酸盐玻璃.41205 x SiO2Ag/Pd7.87.9Wastinghou

33、seCuO、B2O5> A：SiO2Au土 69.6FeiTo晶化玻璃Ag> AuPd/ Ag607.0Fyocera铝硼硅酸盐玻璃.41205Au7.97.9Fyocera铝硼硅酸盐玻璃SiO2Cu5.04.4-（2）中介电常数材料体系其又可分为: BiNbO4体系。纯BiNbCH很难获得致密陶瓷，通常通过掺杂烧结助剂来改善其烧结特性，从而提高其 微波介电性能。Ko等在BiZxbCH中掺入0.07wt%V205和O.OSwt?oCuO,即可在900°C的低温下获得致密的陶瓷， 其介电性能为：£Of=22000GHZ,rf=2ppm/°C。研H ZnO

34、-B2O5. ZnO>B2O5-SiO2 玻璃和 B2O5 对 BiNbCH烧结特性和微波性能的影响，发现各边助剂通过液相烧结机制均能除低BiNbCH烧结温度至920°C, ZnO-B2O5-SiO2玻璃和B2OS对介电性能尤其是O值影响较大，添加lwt% ZnO-B2OS玻璃饶结的样品性能最佳, 其£ El, Q口5500GHZ.但BiXbCH系与Ag电极材料会发生界反应，导致材料介电性能严重恶化，限制了该 材料在多层微波频率器件中的使用。®Ca：(Lii/3Nb2/3),1103-6体系。因英具有良好的微波介电性能和较低烧结温度(Ml 150°

35、C)而受到人们广 泛关注。为了降低该陶瓷体系的烧结温度，Choi等在Ca(Iil/5Xb2/5),Ti：O5中掺入0.7wt%的B2O5,可将陶瓷 烧结温度降低至1000"C ,获得介电性能为：£ r二55, Of=22100GHz. t f二5.6ppm/°C。Liu等报道了在 CaC(Lil/5Nb2/S),TijOS-5中添加2wt%B2O5和6 vt%B2O5。进一步把陶瓷的烧结温度降至920*0,获得陶瓷的 介电性能为：£ r二士5.1, Of= 10600 GHz, t仁-10.7ppm/°C。由于B2OS易溶于乙醇等溶剂，并能与P

36、VB(P*)发 生胶凝反应，含有B2OS的陶瓷粉料以流延工艺不能获得髙密度的生瓷带，这限制了该配方在LTCC材料中的应 用。童建喜等在CaC(Lil/5Nb2/3),TiJOS-5添加2wt%LiF和5vt%ZBS.将陶瓷的烧结温度降低到了 900C,获得 陶瓷的介电性能力为：£ r=5土2S, Q仁17400 GHz, t f二-±6ppm/°C,并经实验证明该陶瓷材料可与理电极共 烧。MgTiO,(M=Mg. Zn、Ca等)体系。偏钛酸镁(MgTiO3)具有介电损耗低、频率温度系数小等特点(引 入少量CaTiO,可补偿频率温度系数至零)，而且其原料丰富，成本低

37、廉，以它为介质材料制作的髙频热补偿电容 器、多层陶瓷电容器、GPS天线及介质滤波器和谐器在通信产业中得到了广泛的应用。但北烧结温度较髙(1400°C 以上)，不易实现其与铜或银电极的低温共烧。Jantunen等将SOwtMgTiOs- CaTiOs基料和7wt%RO- BzOrSiOR二ZnEa)玻璃或是相同配方的氧化物混合，实现了 MgTiOq CnTiOs在900°C下低温烧结，获得最佳介 电性能力为：s r二S.5, OfSSOOGHzo Chen 等采用相同方法，按 MgTiOr CnTiCV'BaBSiO 玻璃二50： 50(vol%)配 比，也得到了在9

38、00°C下烧结致密的陶瓷，其最佳性能为：£ r二15.2, 0f=10000 GHzo采用此类方法不足之处在 于大量的玻璃或氧化物的加入，大大的降低了材料的介电性能，而且多种物质的相互反应造成陶瓷相组成异常复 杂，难以控制。童建喜等在0.97 MgTiOS- O.OSCaTiOS中添加陶瓷在S90°C,获得陶瓷的 介电性能为：£ r二16.5S, Of=116iOGHz, t f二-l.+5ppm/°C,并经实验证明该陶瓷材料可-与Ag电极共烧。Zn-TQ? 系材料具有较好的微波介电特性，并且能够在1000-C以下烧结。为降低Zn-CO2的结烧

39、结温度，Kim等研究了添 加B2O5的Zn-TiO2陶瓷特性，添加Wt%B2O$,陶瓷在S75°C烧结，获得的介电性能为：£ r二252S,Qf>20000GHz, t f二-10+10ppm/°C。虽然Zn-TiO?的结烧结温度可降低到LTCC技术要求，且具有良好的微波性能，但相结 构控制困难，且且采用B2O5助烧剂的材料配方无法流延成型。张启龙等通过添加ZnO-BzOrSiO?玻璃，实现ZnTiO, 在900C的低温烧结，解决了添加BO产生的料浆不稳泄问题，已在正原电气股份有限公司产业化生产。ZiiNb2O6体系。Zhang等研究了 CuO-Bi2Or-

40、V2O5(Cu BiV)复合助剂对ZnNbO烧结和介电性能的影响。 研究表明：CuO、Bi2O5. VO能与ZnO形成共溶液相，少量复合助剂能使ZnNb.Os的致密化温度由1150°C降至 S70°C。添加 1.5wt?dCuBiV 的样品在 S90C烧结获得最佳介电性能:£ r二52.69, Qf二67100GHz,T 仁-52.69ppm/°C。Kim等研究了 FeVO。对ZnO-ROrNbQ-110烬二Sn.Zr.Ce）介电性能的影响。引入RO?部分取代TiO”以调肖材料 的t f值,并添加一眾含量的FeVOj以实现陶瓷在900°C烧结致

41、密。在ZnO-NhhOs- 1.92TiO2-0.0SSnO冲添加2 wt% FeVCh.，陶瓷的微波介电性能最佳:£ r二44, Qf二15000 GHz. t f=-9ppm/°C ° Zhang等采用相同方法在ZnO -NbsOs- 1.92TiO2-0.0SSnO2中添加 1.5wt?bCuO-Vd，陶瓷在 S60°C烧结，获得的微波介电性能为:£ r=+2.5,0f=9000GHz, t f= Sppm/'CoBaO-TKX体系。BaO-TiO2体系中BnTLO?和BchTiQ具有优异的微波介电性能，但这两种陶瓷的烧结 温度都

42、比较高（均髙于1S5O°C ）,目前的研究方法是加入大虽烧结助剂来降低烧结温度，但介电性能大幅度下降。 Kim等在BaTtO9中添加5wtw%ZnO-B2C>3 （摩尔比1： 1）玻璃，使烧结温度隆至900°C,获得介电性能为：s r二55, Qf二27000GHz, t仁7ppm/°C。Huang等研究了添加BaO-色。” SiO?玻璃的EazTiQso陶瓷性能，陶瓷在900°C 可以烧结，微波介电性能为：£ r二15.2, Q匕1150 GHz。采有溶胶一凝胶工艺预先在BTiQm粉体表面镀上 BaTVBOd膜，可阻止陶瓷与玻璃在烧结过

43、程中的瓜，保持介电性能的稳泄。（3）高介常数材料体系。其又分为： BiQ,-ZnONbQ,体系。Bi2O5-ZnO-Xb2Os（|Hi称为BZN）陶瓷具有烧结温度低、£ r高、t f可调等特点， 可与低Pd含量的Pd-Ag电极浆料甚至纯Ag电极浆料共烧，是由我国首创的一类低温度烧结不含铅的高频陶瓷材 料，刚开始被作为电容器材料。目前，BZN瓷研究取得圈套进展，使原电容器材料作为微波介质陶瓷材料成为可 能，为微波介质材料的探索提供了新的途径。Kagata对B2O5 （CaO.ZnO）-Nb2O5体系也作了系统的研究，组成为 BiiSCa3Nbi2O65 陶瓷在 950 C 卜-烧结时，

44、£ r=59, Of=610 （5.7GHz）, t f= 2+ppm/"C;样品在-2520°C和-20 S5°C之间的t f值相近,说明CaO的加入使材料的t俶近线性关系:Bi2O3-CaO- ZnO-Xb2O5陶瓷烧结温度925°C, 此时的样品具有很髙的£ r和极低的t f, e rh9, OfSGO （5.2GHz）, t仁lppm/°C。Choi能使含量增加，有第 二相BuV2On生成，介电损耗迅速增加。典型的低温烧结Bi2（Znl/5Nb2/S-xVx）2OT陶瓷介电性能为：s r二SO, Qf二5000GHz

45、 （6GHz），陶瓷与Ag电极共烧情况良好。 Li-Nb-Ti体系。UO-NbO-TiOV简称LNT）体系是一类重要的微波介质陶瓷材料，在某组分范国内组 分能形成11 Lil+x-Xbl-x-Sy-Tix+lxOa；简称为相），NI相具有较低的烧结的烧结温度（llOOC）和良好的 微波介电特性：£ r二5578, Qf可达9000 GHz,频率温度系数t f可调。管恩祥以B2O5-ZnO-La2O5玻璃为烧 结助剂对Lil.0-Xb0.6-n0.5OS陶瓷进行低温烧结研究,陶瓷在900-C烧结，获得微波介电性能为:£怦5S, OfcSOO GHz, t佟1 lppm/

46、76;C ° Albina等通过掺入Xr2O5降低SdN&OrTO烧结温度，添加2wt%¥2。$,烧结温度TM900, 获得介电性能：£ r二66, OfSSOOGHz （0.6GHz）, t UllppmZC,张启龙等在Lil.O5-NbO.55-110.5505 陶瓷中添 加1 V2O5和5wtW>ZndB2CVSiO2玻璃，陶瓷在900°C烧结，获得微波介电性能为：e r二57, Q=H20GHz, t f二5ppm/°C,并且陶瓷能与银电极共烧，由于VQ在装料配制中易引起粘度偏大，料浆不稳泄现象，制约该材 料的使用。

47、69;BaO-Ln OIiO.o BaO-Ln2O3-TiO2系统是目前人们开展研究较多的体系之一。其中Ln为锅系稀上元素, 如La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd等。以BaO-Ln2O5-TiO2为基础，通过掺杂，改变各组分比例，可得到一系列陶瓷 材料。BaO-Ln2OTiO2系统的烧结温度一般在1500°C以上，目前进行低温研究较多的有：BaO-NdzOrTiO?体系 和BaO-Sm2O5-TiO2体系。ODernovsek等人对BaO-Ln2O3-TO2体系材料进行了低温烧结究 90-ol.%BaXd2TLO12(+lwt.%ZnO)/10-ol.%BBSZ(B2O5:Bi2O5

48、:SiO2:ZnO=27:S5:26:S2,摩尔比)，在 900C烧结，其介电 性能为：e r二67, Of>1000GHz(6GHz), t f 二土ppm/C.陈尚坤等在 Biu(XdO.S5BiO. 15)2S/3TilsO54 陶瓷中加入 2.5wt.%BaCuO2-CuO 和 5wt.?i>BaO-B2O3-SiO2.陶瓷在 950烧结,e r =60.2, Of2577GHz(5.6GHz),t f =25.1ppm/°C, 可与Cu电极浆料低温共烧。In-SunCh。等通过添加锂硼硅酸盐玻璃对BaO (Ndl-xBix) 2O沁TiO?系陶瓷进行低 温化研究

49、。玻璃助剂aOBzOSiOrALOYaO的添加，使BaO (NclO.SBiO.2)2O3-tTiO2的烧结温度由1500°C降到 900 °C,介电性能为；£ r=6S.Of=2200GH乙 t f =55ppm/ °C。BaO-Sm2O3-TiO2 体系的介电常数 £ r 可达 70-90.Kung-Hoom Cho等人通过BzOs和CuO掺杂对BaSm2Ti,O12陶瓷进行低温烧结研究.同时加入10.0mol°bB205 和20.0mol%CuO可使烧结温度由155O°C降低到87O°C,其微波介电性能为：&

50、#163; r二61T7.Q仁竝56GH乙 t 仁-9.25ppm°C。Jong-HooPaik 等人在 Basm2TLO12 中16.0.mol%BaCu(B2O5XBCB),在 S75°C 烧结，得到陶瓷的 介电性能为,£ r =60,Of=4o00GHz,T 仁-50ppm/°C。髙介微波介陶瓷材料在低溫烧结方而研究取得了一泄的发展，部分高介入陶瓷的烧结温度已降低到°C。,但苴 微波介电性能破坏较大，同时存在浆料配制困难、与银电极发生界而反应等技术问题，貞正能使用的材料较少。因 此仍需努力寻找新型低温烧结的高介电常数的微波介质陶瓷材料，以

51、便能够满足多曾微波器件的需求。3、LTCC材料的族状目前，在ETCC技术产业的推动下，开发能与AgA或Cu低温共烧的微波介质陶瓷材料已取得突破性进展, 已有较多的LTCC微波介质陶瓷相关文献和专利报道。因LTCC微波介质陶瓷的研究不仅仅涉及降低烧结温度， 而且应兼顾材料介电特性以及料浆制备、陶瓷与金属电极共饶等工程应用方而的问题，技术开发难度很大：介 电性能破坏严重：利用掺杂氧化物、低熔点玻璃来实现微波介质陶瓷的低温烧结是目前使用最广泛最有效的方法, 但在烧结温度大大降低的同时，也不同程度地降低了材料的微波介电性能：难以配制粘度适中的料浆：如添加B2O5、V2O5等烧结助剂的LTCC材料体系本

52、身介电性能较好,但存在料浆粘度大、难以流延成型的问题；难 以保证陶瓷与电极材料的化学稳泄性:部分介电性能优异的材料体系如BiNbCH存在着与Ag电极发生界而的反应 问题，金属离子的扩散迁移会造成器件性能的恶化甚至失效；陶瓷微观结构缺陷的影响：这将影U向微波器件的 电性能。以上诸多因素造成目前微波介电陶瓷材料的研究大多停留在实验阶段，貞正具有应用价值的LTCC微波介 质陶瓷材料不多。Ferro公司拥W（Zr,Sn）TiO3和（Ba川b）EOS两种体系的LTCC微波介质陶瓷，其介电常数£ r分 别为57和S5。国内正原电气股份有限公司拥有自主开发的介电常数£ r为9和27的LT

53、CC微波材料研究开发了 多种不同设计、不同工作频率的带通滤波器、EXII滤波器、平衡滤波器、巴伦、多层天线、天线开关模块等微波 器件。国际上有Dupont> Ferro' Heraeus三家提供数种£ r<10的陶瓷生带，国内开发LTCC器件的公司和研究 所也都在这些生瓷带，南波电子公司正在用进口陶瓷粉料，开发£ r为9.1、18.0, S7.K 土的三种陶瓷生带，设计 研发不同工作频率的微波器件。此外，为苗足通信领域能集成化，从单个器件向由多个无源件与有源件组合的功能模块（MCM）技术方向 发展需求，不剛氐温共烧陶瓷材料之间实现多层复合的技术是今后发展

54、趋势。目前，Heraeus已开发出相关产品， 国内浙江正原电气股份有限公司也已立项进行研究。随着未来电子元器件的模块化以及电子终端产品的过剩，价格成本的竞争必定会更加激烈，国内产家最初 采用的原料、设汁直接从国外打包进口的做法已经难以满足价格战的要求。我过对LTCC材料的研究明显落后， 开发、优化拥有自主知识产权的新型LTCC材料体系和器件，不仅具有重要的社会效益而且具有显著的经济利益。（二）LTCC系缺成的制作工艺1>制作工作流程LTCC系统集成的制作工艺包括下述几个步骤: 电路和结构设汁：多层电路图的设计，层间互连孔的设计，带状线、微带线的电路模拟、阻抗匹配il算 信号延迟串扰讣算：

55、元器件的结构设讣，散热计算热应力分析，可靠性分析。 生片流延：流延浆料配制，载体选择，除泡技术，流延片厚度及精度控制，烘T技术。 打孔，开窗户、制空腔：采用机械冲孔或激光打孔。最小孔径，最NL距离。大批量、髙效率制作层间通孔，保证孔隙、孑精度、内壁光滑。 浆料填孔：可采用线网印刷法或注浆法，要保证填孔准确、饱满，不阴渗，不串孔。 丝网印刷：幺幺网印刷精度与浆料类型、粘度、网版类型，脱离髙度，印刷压力，敌板速度及设备条件等 密切相关。 髙分辨率布线：髙频应用及高密度封装均需要髙密度布线。死网印刷应保证线宽/线间距达150/150,通 过光刻，用于贴装片式元件的表层厚膜导体，线宽/线间距达150/

56、150。 左位和层叠：随着层间孔径、孑1距变小，线宽/间距变细，对怎位精度提供越来越髙的要求。生片上通孔 的多少，印刷图形的疏密都对叠层产生影响。一层的松弛或折叠都会对定位精度和叠层。 层压等静压：模压或等静压。压力、温度和加压时间对共烧制品的质量有很大影响。 脱脂和共烧：脱烧成曲线的确怎，收缩率控制，零收缩率烧结，翘曲度及表面粗糙度保证。 后处理：包括表而导体和电阻体的后烧成，表而贴装技术，弓I线连接（WB）、划片、切分，LTCC模块 检测等。其工艺,朮程图如下：2. 1流延流延是一项相当精密的工艺，对于流延后的产品质量要求十分严格，以下几点可供参考：a. 刮刀的表而光洁度流延刮刀一般用工具

57、钢制成，它的耐磨性好，使用寿命长，但需注意保养，每次使用后必须淸洗干净，并防止硬物刮伤表而，使刮刀保持光滑平整。光滑平整的刮刀是获得厚度均匀，表而光滑膜带的关键。b. 浆料槽液而高度浆料槽液而高度提高，浆料槽内的压力增大，使浆料通过刮刀间隙的流入速度增加，流延膜厚度增加，因此维持液面高度均衡一致对控制流延膜厚度均匀性十分重要。大型的流延设备中通常需要带有液而传感器，控制 供浆阀门，控制液面高度变化在最小的幅度。C.浆料的均匀性流延用浆料必须充分分散均匀，当有未分散好的硬块、团聚体又未能过滤掉时膜带上就会产生疤痘状缺陷, 或因滌烧成收缩不同产生凹陷。因此必须重视浆料的制备，在使用前必须过筛去除这

58、些硬块和团聚体。如果浆 料中有气泡，流延前必须进行除泡处理。d. 流延厚度刮刀间隙的厚度与实际烘干成型厚度，不会一致，应为在烘干过程中有溶剂等的挥发，在浆料稳泄，流延 其他条件如流速，J滌温度一左的情况下，通常会有一个稳定的比例。一般可以通过流延试验得到有效的参数。e. 制左并执行最佳的T燥工艺流延出的浆料膜经过滌才能从基板上剥落下来。因此制定合适的I滌工艺是获得高质量膜带的重要因 素。如果干燥工艺制左不当，流延膜常会出现气泡、针孔、皱纹、干裂，甚至不易从基板上脱落等缺陷。制左干 燥工艺的原则是：确保溶剂缓慢发挥，使膜层内溶剂的扩散速度与表而挥发速度趋于一致，防止表而过早硬化而 引起的后期开裂

59、、起泡、皱纹等缺陷2. 2打孔生瓷片上打孔是LTCC多层基板制造中极为关键的工艺技术，孔径大小、位程精度均将直接影响布线密度与基板质量。在生瓷片上打孑蹴是要求在生瓷片上形成（0.10.5） mm直径的通孔，或生成方孔和异形孔。主要工艺问题：1、ETCC基板材料、厚度与冲头压力、凹模间隙等关系：2、位置精度控制。2. 5印刷LTCC基板每层上的电路图形（包括导带、电阻、电容、电感等无源器件）是通过精密丝网印刷实现的。影响厚膜图形质虽:的关键因素众多，包括：丝网类型和目数、乳胶类型、印刷速率、刮板或辗馄的硬度和接触角 度、压力和幺幺网的变形量等，必须严加控制。生瓷片上印刷的导体的厚度比一般厚膜工艺要求的厚度薄一些，各层生瓷片之间的对位精度要髙。主要工艺问题：1、导体浆料的性能（触变性和流动性）2、丝网张力、刮板速度、刮板角度和接触距离等印刷工艺参数控制2. 4小孔填