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LTCC低温共烧陶瓷最关键和最基础的问题——材料
我们知道,LTCC低温共烧陶瓷是用陶瓷粉、玻璃粉及有机黏合剂通过混合、流延、烘干等工艺形成生瓷膜,然后使用网版印刷技术将银浆印刷在生瓷膜上形成电路图形,之后再叠层、烧结等工序而制成不同的应用产品。例如LC滤波器、双工器、功能模块、收发开关功能模块、平衡-不平衡转换器、耦合器、功分器、共模扼流圈等。


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LTCC器件 摄于风华高科展台

LTCC技术涉及到低温共烧材料和低温共烧工艺两大方面,其中低温共烧陶瓷材料是最关键和最基础的问题。

陶瓷材料分类

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图源自日本电气硝子


目前低温共烧陶瓷材料有三大类:微晶玻璃系,玻璃+陶瓷复合系和非晶玻璃系

微晶玻璃系

微晶玻璃是由一定组成的玻璃通过受控晶化制得的由大量微小晶体和少量残余玻璃相组成的复合体。它具有配方易调节,工艺简单且性能较优的特点,如低介电损耗,适用于制作工作频率在20 ~ 30GHz的器件,以堇青石、钙硅石及锂辉石应用最为广泛。

玻璃+陶瓷复合系

这是目前最常用的LTCC材料。在陶瓷中加入低熔点的玻璃相,烧结时玻璃软化,粘度下降,从而可以降低烧结温度。玻璃主要是各种晶化玻璃,陶瓷填充相主要是Al2O3、SiO2、堇青石、莫来石等。烧结温度在900℃左右,介电常数及其温度系数小,电阻率高,化学稳定性好。

非晶玻璃系

将形成玻璃的氧化物进行充分混合,在800 ~ 950℃之间煅烧,然后球磨过筛,按照陶瓷工艺成型烧结成为致密的陶瓷基板。这种体系的工艺简单,成分容易控制,但陶瓷基板的综合性能不太理想,如机械强度较低,介质损耗较大,目前很少采用。

通常情况下,在体系中会加入一些添加剂,如晶核剂、烧结助剂等,以改善体系的析晶能力、烧结性能、电学性能等。

市面常见的LTCC材料种类

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LTCC材料比较关注的点在介电常数、烧结温度、Q×f值、抗弯强度。虽然有许多关于LTCC材料的研究,由于其体系较多,添加材料的种类也较多,目前市面上可以大量销售使用的材料并不多。

LTCC龙头日本村田公司以钡长石系列为主;美国Ferro公司和日本NEC电气采用钙硼硅玻璃;美国Dupont公司的材料为氧化铝复合陶瓷;日本京瓷和美国IBM公司使用堇青石复合陶瓷;国内43所采用玻璃加氧化铝体系;上硅所在硼硅酸盐玻璃+AlN方面有研究。

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国内各大院校研究所和企业如清华大学、电子科技大学、华中科技大学、上海硅酸盐研究所、中电集团十三所和中电集团九所等已经开展了许多关于LTCC微波材料的基础和应用研究,并取得了一些成果。

11月26日,电子科技大学刘成教授将在第三届高端电子陶瓷产业高峰论坛上带来《先进低温共烧无源集成材料和器件技术发展》演讲分享,将对LTCC用材料及器件发展做出精彩汇报,欢迎大家前来分享探讨。


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第三届高端电子陶瓷产业高峰论坛(江苏昆山·11月26日)


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