1、第第7讲讲LTCC技术基本理论和应用技术基本理论和应用Low Temperature Co-fired Ceramic1.1 MCM技术简介技术简介11.2 LTCC技术简介技术简介21.2.1 LTCC 技术特点技术特点1.2.2 LTCC 中使用的基本材料中使用的基本材料1.2.3 LTCC 的生产工艺流程的生产工艺流程1.2.4 LTCC 技术的发展趋势技术的发展趋势1.2.5 LTCC 技术存在的不足和解决途径技术存在的不足和解决途径1.3 国内外研究现状国内外研究现状31ppt课件第第2章章LTCC 无源单元电路结构无源单元电路结构2.1 LTCC 波导波导-微带过渡结构及设计方法微
2、带过渡结构及设计方法2.1.1传统波导传统波导-脊波导脊波导-微带过渡结构微带过渡结构2.1.2传统波导传统波导-微带探针过渡结构微带探针过渡结构2.1.3 LTCC波导波导-微带探针过渡结构微带探针过渡结构2.2基于基于LTCC技术的带通滤波器设计技术的带通滤波器设计2.3 信号屏蔽和层间互连信号屏蔽和层间互连12.3.1 信号屏蔽信号屏蔽2.3.2 层间互连层间互连2.4 电容、电感、电阻电容、电感、电阻3.参考文献参考文献2ppt课件图图1-1 MCM基本结构示意图基本结构示意图 与印刷电路相比，与印刷电路相比，MCM体积优势体积优势非常明显，相对于非常明显，相对于芯片制造来讲，芯片制造
3、来讲，MCM工艺要求较低，成本适中，是目前工艺要求较低，成本适中，是目前系统组装的主要发展方向之一。系统组装的主要发展方向之一。3ppt课件1.1 MCM技术简介技术简介1 SMT，即表面组装技术，即表面组装技术 ( Surface Mount Technology)，称为表面贴装或表面安装技术。它是一种将无引脚或短引称为表面贴装或表面安装技术。它是一种将无引脚或短引线表面组装元器件线表面组装元器件(中文称片状元器件中文称片状元器件)安装在印制电路板安装在印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)的表面或其它基板的表面上，的表面或其它基板的表面上，通过回流焊或浸焊等方法加
4、以焊接组装的电路装连技术。通过回流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电路装连技术。 组装密度高、体积小、重量轻，组装密度高、体积小、重量轻，贴片元件贴片元件的体积和重的体积和重量只有传统量只有传统插装元件插装元件的的1/10左右，一般采用左右，一般采用SMT之后，电之后，电子产品体积缩小子产品体积缩小40%60%，重量减轻，重量减轻60%80%。 多芯片组件多芯片组件(Multi-Chip Module，简称为，简称为MCM)技术技术4ppt课件1.1 MCM技术简介技术简介1 在大多数不需要小型化的产品上仍然在使用在大多数不需要小型化的产品上仍然在使用穿孔穿孔(TH)或混和技术或混和技术线路板，比
5、如电视机、家庭音像设备以及数字线路板，比如电视机、家庭音像设备以及数字机顶盒等，仍然都在用穿孔元件，因此需要用到波峰焊。机顶盒等，仍然都在用穿孔元件，因此需要用到波峰焊。从工艺角度上看，波峰焊机器只能提供很少一点最基本的从工艺角度上看，波峰焊机器只能提供很少一点最基本的设备运行参数调整。设备运行参数调整。 5ppt课件1.1 MCM技术简介技术简介1波峰焊典型工艺流程波峰焊典型工艺流程 波峰焊錫機主要是由運輸帶，助焊劑添加區，預熱波峰焊錫機主要是由運輸帶，助焊劑添加區，預熱區，錫爐組成。區，錫爐組成。 6ppt课件1.1 MCM技术简介技术简介1波峰焊过炉夹具波峰焊过炉夹具波峰焊的波峰焊的工艺
6、与工艺与波形波形7ppt课件1.1 MCM技术简介技术简介1 波峰焊波峰焊是指将熔化的软钎焊料是指将熔化的软钎焊料(铅锡合金铅锡合金)，经电动泵，经电动泵或电磁泵喷流成设计要求的或电磁泵喷流成设计要求的焊料波峰焊料波峰，亦可通过向焊料池，亦可通过向焊料池注入氮气来形成，使预先装有元器件的印制板通过焊料波注入氮气来形成，使预先装有元器件的印制板通过焊料波峰，实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气峰，实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。根据机器所使用不同几何形状的波峰，波连接的软钎焊。根据机器所使用不同几何形状的波峰，波峰焊系统可分许多种。峰焊系统可分许多种。8pp
7、t课件1.1 MCM技术简介技术简介1 波峰焊波峰焊流程流程：将元件插入相应的元件孔中：将元件插入相应的元件孔中 预涂助预涂助焊剂焊剂 预烘预烘(温度温度90-1000C，长度，长度1-1.2m) 波峰焊波峰焊(220-2400C) 切除多余插件脚切除多余插件脚 检查。检查。 波峰焊随着人们对环境保护意识的增强有了新的焊接波峰焊随着人们对环境保护意识的增强有了新的焊接工艺。以前的是采用锡铅合金，但是铅是重金属对人体有工艺。以前的是采用锡铅合金，但是铅是重金属对人体有很大的伤害。于是现在有了很大的伤害。于是现在有了无铅工艺无铅工艺的产生。的产生。 它采用了它采用了*锡银铜合金锡银铜合金*和特殊的
8、和特殊的助焊剂助焊剂且焊接温度的且焊接温度的要求更高，更高的预热温度。要求更高，更高的预热温度。PCB板过焊接区后要设立一板过焊接区后要设立一个个冷却区冷却区工作站。这一方面是为了防止热冲击，另一方面工作站。这一方面是为了防止热冲击，另一方面如果有如果有ICT(In Circuit Tester )的会对检测有影响。的会对检测有影响。 回流焊回流焊工艺是通过工艺是通过重新熔化重新熔化预先分配到印制板焊盘上预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制的膏状软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。9
9、ppt课件1.1 MCM技术简介技术简介1 SMT可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。高频可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。高频特性好。减少了电磁和射频干扰。易于实现自动化，提高特性好。减少了电磁和射频干扰。易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达生产效率。降低成本达30%50%。节省材料、能源、设。节省材料、能源、设备、人力、时间等。备、人力、时间等。 SMT，已渐渐地取代传统，已渐渐地取代传统“人工插件人工插件”的波焊组装的波焊组装方式，已成为现代电子组装产业的主流，因它可以组装制方式，已成为现代电子组装产业的主流，因它可以组装制造出相当轻、薄、短、小且品质良好的电子产品。造出相当轻、薄
10、、短、小且品质良好的电子产品。 据统计资料显示大约百分之九十的个人计算机，都是据统计资料显示大约百分之九十的个人计算机，都是利用表面贴装生产线，而非由传统的波焊生产方法所装配利用表面贴装生产线，而非由传统的波焊生产方法所装配起来的。其主要原因是由于现代的电子产品要求小型化、起来的。其主要原因是由于现代的电子产品要求小型化、高密度化，及更高的电子讯号传输效率。这也就是表面组高密度化，及更高的电子讯号传输效率。这也就是表面组装生产技术逐渐地取代传统波焊生产技术的主要原因。装生产技术逐渐地取代传统波焊生产技术的主要原因。SMT 技术的核心内容包括组装材料、组装工艺、在线检技术的核心内容包括组装材料、
11、组装工艺、在线检测及组装设备等。测及组装设备等。10ppt课件 多芯片组件多芯片组件(Multi-Chip Module，简称为，简称为MCM)技术技术是继表面安装技术是继表面安装技术(SMT)之后，日益兴起的一种高密度封之后，日益兴起的一种高密度封装技术。装技术。 其核心是将多个裸芯片在其核心是将多个裸芯片在水平方向水平方向上通过较短的布线上通过较短的布线连接，在垂直方向上使用连接，在垂直方向上使用金属化通孔金属化通孔连接，从而实现组件连接，从而实现组件的的高密度组装高密度组装。其基本结构如图。其基本结构如图1 1所示。所示。 MCM最突出的特点就是高密度集成，并以实现高速最突出的特点就是高
12、密度集成，并以实现高速度、高可靠性、低成本和多功能为目标。度、高可靠性、低成本和多功能为目标。1.1 MCM技术简介技术简介111ppt课件图图1-1 MCM基本结构示意图基本结构示意图 与印刷电路相比，与印刷电路相比，MCM体积优势体积优势非常明显，相对于非常明显，相对于芯片制造来讲，芯片制造来讲，MCM工艺要求较低，成本适中，是目前工艺要求较低，成本适中，是目前系统组装的主要发展方向之一。系统组装的主要发展方向之一。12ppt课件 基于基于Al2O3陶瓷基板，通过薄膜多层布线工艺，内埋置陶瓷基板，通过薄膜多层布线工艺，内埋置电阻、电容、电感等无源元件，使用减薄芯片丝焊及倒扣电阻、电容、电感
13、等无源元件，使用减薄芯片丝焊及倒扣焊组装技术；同时，以板级叠层互连方式进行板间集成，焊组装技术；同时，以板级叠层互连方式进行板间集成，形成形成3D-MCM。 3D-MCM基本结构示意图基本结构示意图13ppt课件内埋置无源元件及多层布线结构基板局部图内埋置无源元件及多层布线结构基板局部图 陶瓷多层布线基板中，顶层需要焊接陶瓷多层布线基板中，顶层需要焊接IC和元件的焊和元件的焊盘采用盘采用Cu/Ni/Au金属结构。陶瓷多层布线基板的局部结金属结构。陶瓷多层布线基板的局部结构如图所示。构如图所示。14ppt课件1.1 MCM技术简介技术简介1 从基板材料、生产工艺的角度，从基板材料、生产工艺的角度
14、，MCM主要可以分为：主要可以分为：MCM-L、MCM-C、MCM-D三类。三类。 MCM-L采用多层采用多层印制电路板印制电路板，生产工艺成熟，成本，生产工艺成熟，成本低廉，但其电性能较差，可靠性不高，在频段较低的民用低廉，但其电性能较差，可靠性不高，在频段较低的民用产品中应用广泛。产品中应用广泛。 MCM-C采用高密度采用高密度多层布线陶瓷基板多层布线陶瓷基板，生产工艺与，生产工艺与芯片制造相似，封装效率较好、可靠性较高、电性能优良，芯片制造相似，封装效率较好、可靠性较高、电性能优良，适用频段较高，在航天领域和国防领域应用较多。适用频段较高，在航天领域和国防领域应用较多。15ppt课件1.
15、1 MCM技术简介技术简介1 目前的目前的印制电路板印制电路板，主要由以下组成，主要由以下组成 线路与图面线路与图面(Pattern):线路是做为原件之间导通的工线路是做为原件之间导通的工具，在设计上会另外设计大铜面作为接地及电源层。线路具，在设计上会另外设计大铜面作为接地及电源层。线路与图面是同时做出的。与图面是同时做出的。 介电层介电层(Dielectric):用来保持线路及各层之间的绝缘用来保持线路及各层之间的绝缘性，俗称为基材。性，俗称为基材。 孔孔(Through hole / via):导通孔可使两层次以上的线路导通孔可使两层次以上的线路彼此导通，较大的导通孔则做为零件插件用，另外
16、有非导彼此导通，较大的导通孔则做为零件插件用，另外有非导通孔通孔(nPTH)通常用来作为表面贴装定位，组装时固定螺通常用来作为表面贴装定位，组装时固定螺丝用。丝用。 16ppt课件1.1 MCM技术简介技术简介1 防焊油墨防焊油墨(Solder resistant /Solder Mask) :并非全部的并非全部的铜面都要铜面都要吃锡吃锡上零件，因此非吃锡的区域，会印一层隔绝上零件，因此非吃锡的区域，会印一层隔绝铜面吃锡的物质铜面吃锡的物质(通常为环氧树脂通常为环氧树脂)，避免非吃锡的线路间，避免非吃锡的线路间短路。根据不同的工艺，分为绿油、红油、蓝油。短路。根据不同的工艺，分为绿油、红油、蓝
17、油。 丝印丝印(Legend /Marking/Silk screen):此为非必要之构此为非必要之构成，主要的功能是在电路板上标注各零件的名称、位置框，成，主要的功能是在电路板上标注各零件的名称、位置框，方便组装后维修及辨识用。方便组装后维修及辨识用。 表面处理表面处理(Surface Finish):由于铜面在一般环境中，由于铜面在一般环境中，很容易氧化，导致无法上锡很容易氧化，导致无法上锡(焊锡性不良焊锡性不良)，因此会在要吃，因此会在要吃锡的铜面上进行保护。保护的方式有喷锡，化金，化银锡的铜面上进行保护。保护的方式有喷锡，化金，化银(Immersion Silver)，化锡，化锡(Im
18、mersion Tin)，有机保焊剂，有机保焊剂(OSP)，方法各有优缺点，统称为表面处理。，方法各有优缺点，统称为表面处理。 17ppt课件1.1 MCM技术简介技术简介1 MCM-C按照烧结温度高低可以分为按照烧结温度高低可以分为高温共烧陶瓷高温共烧陶瓷(HTCC)和低温共烧陶瓷和低温共烧陶瓷(LTCC)。前者烧结温度。前者烧结温度1600，导电介质采用比较贵重的钨、锰、钼等高熔点金属；后者导电介质采用比较贵重的钨、锰、钼等高熔点金属；后者烧结温度烧结温度850-900，采用铜、银等相对廉价和熔点较，采用铜、银等相对廉价和熔点较低的金属。低的金属。LTCC较较HTCC具有成本较低和在烧结时
19、银元具有成本较低和在烧结时银元素不会氧化，无需电镀保护的优点。素不会氧化，无需电镀保护的优点。 MCM-D 采用薄膜多层布线基板，按使用的基体材料采用薄膜多层布线基板，按使用的基体材料不同又可细分为不同又可细分为：MCM-D/C(陶瓷陶瓷基体薄膜多层布线基板多芯片组件基体薄膜多层布线基板多芯片组件)、MCM-D/M(金属金属基体薄膜多层布线基板多芯片组件基体薄膜多层布线基板多芯片组件)和和MCM-D/Si(硅硅基体薄膜多层布线基板多芯片组件基体薄膜多层布线基板多芯片组件)等等。18ppt课件1.1 MCM技术简介技术简介1表表1-1 MCM 基本类型的性能比较基本类型的性能比较19ppt课件1
20、.2 LTCC技术简介技术简介2 下面将介绍下面将介绍 LTCC 的技术特点、采用的基本材料、的技术特点、采用的基本材料、工艺实现流程、发展趋势及缺点和改进措施。这对后续电工艺实现流程、发展趋势及缺点和改进措施。这对后续电路的讲解是一个铺垫。路的讲解是一个铺垫。1.2.1 LTCC 技术特点技术特点 LTCC 是低温共烧陶瓷技术的简称，它是与高温共烧是低温共烧陶瓷技术的简称，它是与高温共烧陶瓷陶瓷 HTCC(High Temperature Co-fired Ceramic)相对而相对而言的。言的。 LTCC 技术是在技术是在 800950的温度下，将印刷有导的温度下，将印刷有导电金属图形与具
21、有互连通孔的多层陶瓷生片，在实现精确电金属图形与具有互连通孔的多层陶瓷生片，在实现精确对位后叠在一起，最后共烧结成为一块整体多层互连结构。对位后叠在一起，最后共烧结成为一块整体多层互连结构。 20ppt课件1.2.1 LTCC 技术特点技术特点 这种技术能够使布线密度增大，使互连线距离缩短，这种技术能够使布线密度增大，使互连线距离缩短，并可以在各层基板上独立设计电路，因而可以实现具有并可以在各层基板上独立设计电路，因而可以实现具有三三维立体维立体结构的电路。结构的电路。 此外，多层陶瓷基板此外，多层陶瓷基板表面表面还可以通过挖腔安装还可以通过挖腔安装裸芯裸芯片片或者以或者以表贴的方式表贴的方式
22、安装其他电路元件，利用层间安装其他电路元件，利用层间通孔通孔和和内部电路相连。这就使得电路的组装密度得到了极大的提内部电路相连。这就使得电路的组装密度得到了极大的提高，从而可以满足电子整机对电路小型化、高密度、多功高，从而可以满足电子整机对电路小型化、高密度、多功能、高可靠性和高传输速率的要求。能、高可靠性和高传输速率的要求。 21ppt课件1.2.1 LTCC 技术特点技术特点 LTCC 技术属于多芯片组件技术属于多芯片组件(MCM)技术中的一个分支，技术中的一个分支，最早由美国休斯公司于最早由美国休斯公司于 1982 年开发。它兼具高温共烧陶年开发。它兼具高温共烧陶瓷瓷(HTCC)技术和厚
23、膜技术的许多优点，拥有极其广阔的技术和厚膜技术的许多优点，拥有极其广阔的应用前景。表列出了三者之间的性能比较。应用前景。表列出了三者之间的性能比较。 22ppt课件1.2.1 LTCC 技术特点技术特点 除以上表格中列举的优点外，除以上表格中列举的优点外，LTCC 技术还具有温技术还具有温度系数好，热膨胀系数可与硅半导体匹配的独特优点。度系数好，热膨胀系数可与硅半导体匹配的独特优点。 LTCC 相对传统的微波混合集成电路相对传统的微波混合集成电路(HMIC)而言，而言，其特点和优势可从以下几个方面来说明：其特点和优势可从以下几个方面来说明：1、内层基板中可以埋入无源电路元件，、内层基板中可以埋
24、入无源电路元件，这使基板的表这使基板的表面面将有更多的区域可以用来将有更多的区域可以用来安装有源器件和铺设大面积安装有源器件和铺设大面积地地。这有两方面好处，一可以使组装密度获得提高，生。这有两方面好处，一可以使组装密度获得提高，生产效率得到改善，系统可靠性得到增强；二可以通过大产效率得到改善，系统可靠性得到增强；二可以通过大面积地的设计来实现微波的良好接地，进一步获得优良面积地的设计来实现微波的良好接地，进一步获得优良的高频特性。的高频特性。2、不同材料配方制作的、不同材料配方制作的 LTCC 基板的基板的介电常数不同介电常数不同，可以设计在一个较大范围内，这可以提高设计电路时的可以设计在一
25、个较大范围内，这可以提高设计电路时的灵活性。灵活性。23ppt课件1.2.1 LTCC 技术特点技术特点3、温度特性较好温度特性较好，与传统的，与传统的 PCB 板电路相比，导热性板电路相比，导热性更好。还具有与半导体材料能够匹配的热膨胀系数，这更好。还具有与半导体材料能够匹配的热膨胀系数，这能够减小裸芯片在安装时与基板的热应力，使得安装更能够减小裸芯片在安装时与基板的热应力，使得安装更加方便。加方便。4、生产方式是不连续的生产方式是不连续的，能够在共烧前对每层布线基，能够在共烧前对每层布线基板进行检查，有利于提高基板的质量和成品率，使生产板进行检查，有利于提高基板的质量和成品率，使生产周期缩
26、短，成本降低。周期缩短，成本降低。 目前，以片式元件、无源功能组件、无源集成基板、目前，以片式元件、无源功能组件、无源集成基板、有源功能组件等为代表的一系列有源功能组件等为代表的一系列 LTCC 产品，目前已广产品，目前已广泛应用于汽车电子、航空航天、无线通讯、军事及生物泛应用于汽车电子、航空航天、无线通讯、军事及生物医疗等领域。医疗等领域。24ppt课件1.2.1 LTCC 技术特点技术特点LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic，即低温共烧陶瓷，即低温共烧陶瓷)技术技术为共烧陶瓷多芯片组件为共烧陶瓷多芯片组件(MCM-C)中的一种多层布线类型的基板技术。
27、中的一种多层布线类型的基板技术。该技术将还未进行烧结的陶瓷材料层叠在一起而制成多层电路。互该技术将还未进行烧结的陶瓷材料层叠在一起而制成多层电路。互连导体和单元电路印制在基板内层，连导体和单元电路印制在基板内层，LSI、IC 等裸芯片则安装在基等裸芯片则安装在基板表面，从而可以实现高可靠性及高集成度特点的微波毫米波器件、板表面，从而可以实现高可靠性及高集成度特点的微波毫米波器件、组件和系统组件和系统(如下图所示如下图所示)。 LTCC 多层电路侧面图多层电路侧面图25ppt课件1.2.1 LTCC 技术特点技术特点 芯片之间的芯片之间的距离距离由于由于 LTCC 基板技术而更加接近，同基板技术
28、而更加接近，同理互连线之间的距离也更加缩短，因而该技术实现了小的理互连线之间的距离也更加缩短，因而该技术实现了小的系统封装尺寸和短的信号延迟等功能系统封装尺寸和短的信号延迟等功能。 同时，一系列附加的问题也相应被避免，比如杂散电同时，一系列附加的问题也相应被避免，比如杂散电容耦合、串扰噪声、杂散电感以及电磁场辐射等等，且元容耦合、串扰噪声、杂散电感以及电磁场辐射等等，且元器件所特有的电性能能够被最大限度地保持器件所特有的电性能能够被最大限度地保持。26ppt课件1.2.1 LTCC 技术特点技术特点 1 为顶层表面导体，为顶层表面导体，2 为共烧或烧银于顶层表面的电为共烧或烧银于顶层表面的电阻
29、，阻，3 为内埋电阻，为内埋电阻，4 为埋孔，为埋孔，5 为内埋电容，为内埋电容，6 为叠孔，为叠孔，7 为盲孔，为盲孔，8 是通孔覆盖盘。是通孔覆盖盘。27ppt课件1.2.1 LTCC 技术特点技术特点 LTCC 基板内埋置无源器件，通过通孔间的互连能够基板内埋置无源器件，通过通孔间的互连能够使得表面无源器件数量的减少和所占空间的缩小，有源器使得表面无源器件数量的减少和所占空间的缩小，有源器件从而具有更多的安装空间和尺寸件从而具有更多的安装空间和尺寸； 另外采取通孔互连能够使得互连寄生参量的减小、系另外采取通孔互连能够使得互连寄生参量的减小、系统性能的提高以及系统带宽的增加等统性能的提高以
30、及系统带宽的增加等。 由此我们可以看出在工程中应用由此我们可以看出在工程中应用 LTCC 技术是实现高技术是实现高可靠性、小型化和高集成度等的关键技术之一，同时也是可靠性、小型化和高集成度等的关键技术之一，同时也是解决微波毫米波系统高可靠性、多功能化、前端小型化等解决微波毫米波系统高可靠性、多功能化、前端小型化等实际问题的有效途径之一实际问题的有效途径之一。28ppt课件1.2.2 LTCC 中使用的基本材料中使用的基本材料 1、介质材料、介质材料 目前目前 LTCC 技术中主要使用两种介质材料，其一是技术中主要使用两种介质材料，其一是玻玻璃陶瓷璃陶瓷，其二是，其二是结晶玻璃结晶玻璃。 前一种
31、材料是将如氧化铝粉末这类的陶瓷材料添加到前一种材料是将如氧化铝粉末这类的陶瓷材料添加到玻璃当中。陶瓷粉料和玻璃之间事实上并不产生反应，只玻璃当中。陶瓷粉料和玻璃之间事实上并不产生反应，只是相互间均匀散布。玻璃会在烧结时软化，并将润湿与其是相互间均匀散布。玻璃会在烧结时软化，并将润湿与其混合的陶瓷材料。两者进而会形成一种致密结构，且可以混合的陶瓷材料。两者进而会形成一种致密结构，且可以和用于烧结的垫板平面接近一致，使得做出的介质表面非和用于烧结的垫板平面接近一致，使得做出的介质表面非常平整。玻璃的性质决定了烧结后材料的性质。常平整。玻璃的性质决定了烧结后材料的性质。 后一种材料与玻璃陶瓷相比，其
32、特性更为优良。比如，后一种材料与玻璃陶瓷相比，其特性更为优良。比如，多次烧结产生的不利影响对由它制成的多次烧结产生的不利影响对由它制成的 LTCC 组件微乎其组件微乎其微，这对在烧结后还需要后处理工序的组件是很有利的。微，这对在烧结后还需要后处理工序的组件是很有利的。国内工艺线上进口的生瓷带主要来源于国内工艺线上进口的生瓷带主要来源于 Dupont 公司和公司和Ferro 公司。公司。29ppt课件1.2.2 LTCC 中使用的基本材料中使用的基本材料2、导体材料、导体材料 因为生瓷带的配方依据厚膜介质制作，所以可以使用因为生瓷带的配方依据厚膜介质制作，所以可以使用一些高电导率金属，比如金、银
33、、铜。其中一些高电导率金属，比如金、银、铜。其中金金的使用最为的使用最为广泛，但是成本相对较高。在低成本要求下，银和铜都是广泛，但是成本相对较高。在低成本要求下，银和铜都是可以使用的。可以使用的。银银的特点是可在空气中烧结，容易实现，并的特点是可在空气中烧结，容易实现，并且用于层间、通孔填充以及表面导体的银和钯银合金与生且用于层间、通孔填充以及表面导体的银和钯银合金与生瓷带系统是相容的。瓷带系统是相容的。铜铜的导电性能优于金，并且能够满足的导电性能优于金，并且能够满足高可靠性电路对焊接和附着力的要求，但必须在氮气中烧高可靠性电路对焊接和附着力的要求，但必须在氮气中烧结。结。3、电阻材料、电阻材
34、料 埋置于埋置于 LTCC 多层基板当中的电阻，其材料由多层基板当中的电阻，其材料由 RuO2、Ru2M2O2(M=Pb、Bi 等等)和玻璃、添加剂等组成。设计精确、和玻璃、添加剂等组成。设计精确、稳定的电阻是稳定的电阻是 LTCC 技术中研究的重要课题。技术中研究的重要课题。30ppt课件1.2.3 LTCC 的生产工艺流程的生产工艺流程LTCC 加工工艺中主要的技术步骤和流程图如图所示加工工艺中主要的技术步骤和流程图如图所示。31ppt课件1.2.3 LTCC 的生产工艺流程的生产工艺流程LTCC 加工工艺中主要的技术步骤和流程图如图所示加工工艺中主要的技术步骤和流程图如图所示。32ppt
35、课件1.2.3 LTCC 的生产工艺流程的生产工艺流程1、加工的生瓷带、加工的生瓷带。整个过程包含三道工序：配料、真。整个过程包含三道工序：配料、真空除气和流延。对流延后的生瓷带的要求为致密、厚度空除气和流延。对流延后的生瓷带的要求为致密、厚度均匀以及具有一定的机械强度。生瓷带烘干后采用卷轴均匀以及具有一定的机械强度。生瓷带烘干后采用卷轴形式保存，形式保存，2、生瓷带下料、生瓷带下料：所谓下料，就是在确定制作某个产品：所谓下料，就是在确定制作某个产品所需的材料形状、数量或质量后，从整个或整批材料中所需的材料形状、数量或质量后，从整个或整批材料中取下一定形状、数量或质量的材料的操作过程。可利用取
36、下一定形状、数量或质量的材料的操作过程。可利用切割机，激光或冲床切成固定大小。切割机，激光或冲床切成固定大小。33ppt课件1.2.3 LTCC 的生产工艺流程的生产工艺流程图图1-3下料下料34ppt课件1.2.3 LTCC 的生产工艺流程的生产工艺流程3、生瓷片打孔、生瓷片打孔：这道工序是低温共烧陶瓷多层基板制造：这道工序是低温共烧陶瓷多层基板制造过程中相当关键的技术。因为孔径大小、位置精度会对过程中相当关键的技术。因为孔径大小、位置精度会对布线密度和基板质量产生直接影响。打孔的方法有数控布线密度和基板质量产生直接影响。打孔的方法有数控钻床钻孔，数控冲床冲孔和激光打孔三种。就打孔精度钻床钻
37、孔，数控冲床冲孔和激光打孔三种。就打孔精度而言，三种方法中钻孔最低，冲孔最高；就打孔速度而而言，三种方法中钻孔最低，冲孔最高；就打孔速度而言，激光打孔最快，钻孔最慢。言，激光打孔最快，钻孔最慢。图图1 4 打孔打孔35ppt课件1.2.3 LTCC 的生产工艺流程的生产工艺流程4、生瓷片通孔填充、生瓷片通孔填充：一般有三种方法，一是丝网印刷，：一般有三种方法，一是丝网印刷，二是导体生片填充，三是厚膜印刷。而前者使用较多。通二是导体生片填充，三是厚膜印刷。而前者使用较多。通孔填充完毕后还需要进行烘干、检查盲孔与修补工作。孔填充完毕后还需要进行烘干、检查盲孔与修补工作。图图1 5 通孔填充通孔填充
38、36ppt课件1.2.3 LTCC 的生产工艺流程的生产工艺流程5、印刷导体图案、印刷导体图案：在基板上印刷形成导电带的方法有厚：在基板上印刷形成导电带的方法有厚膜丝网印刷和利用计算机直接描绘。丝网印刷的线宽和膜丝网印刷和利用计算机直接描绘。丝网印刷的线宽和线间距受到网丝自身尺寸的限制，印刷之前需要严格精线间距受到网丝自身尺寸的限制，印刷之前需要严格精确对位。计算机直接描绘不需要照相、制版、对位和印确对位。计算机直接描绘不需要照相、制版、对位和印刷，方便灵活，但是设备成本高，操作较复杂，且生产刷，方便灵活，但是设备成本高，操作较复杂，且生产效率低。效率低。图图1-6 电路印刷电路印刷37ppt
39、课件1.2.3 LTCC 的生产工艺流程的生产工艺流程6、叠片和热压、叠片和热压：在烧结之前，应该根据事先设计的次序：在烧结之前，应该根据事先设计的次序和层数，把打好互连通孔和印好有导体图案的生瓷片精确和层数，把打好互连通孔和印好有导体图案的生瓷片精确对位后叠在一起。然后在温度为对位后叠在一起。然后在温度为 60-120 度之间，压力为度之间，压力为 50-300kg/cm2 的环境中，对叠层之后的生瓷片进行热压，的环境中，对叠层之后的生瓷片进行热压，目的是使各层之间紧密粘接，形成完整的多层基板坯体目的是使各层之间紧密粘接，形成完整的多层基板坯体。 图图1-7 热压热压38ppt课件1.2.3
40、 LTCC 的生产工艺流程的生产工艺流程7、切片、切片：为避免烧结后切割带来的基板边缘不平整，需：为避免烧结后切割带来的基板边缘不平整，需要将基板在热压后烧结前按照考虑收缩率后的设计尺寸要将基板在热压后烧结前按照考虑收缩率后的设计尺寸切成产品的实际尺寸。切成产品的实际尺寸。8、排胶与共烧、排胶与共烧：由于在生瓷片流延时加入了有机粘合剂，：由于在生瓷片流延时加入了有机粘合剂，所以需要将其汽化和烧除，这就是排胶。所以需要将其汽化和烧除，这就是排胶。排胶时采用的排胶时采用的气体氛围与基板中使用的导体材料有关气体氛围与基板中使用的导体材料有关。大多数基板中。大多数基板中采用的金属为金、银、钯银等贵重金
41、属，因此可以在空采用的金属为金、银、钯银等贵重金属，因此可以在空气中完成排胶。而采用了铜等金属的基板，则需要在氮、气中完成排胶。而采用了铜等金属的基板，则需要在氮、氢等气体中排胶。这一步工艺对多层基板的整体质量有氢等气体中排胶。这一步工艺对多层基板的整体质量有着严重影响。如果排胶不充分，基板将会在烧结时起泡、着严重影响。如果排胶不充分，基板将会在烧结时起泡、变形或分层；如果排胶过量，又可能造成金属图案脱落变形或分层；如果排胶过量，又可能造成金属图案脱落或者基板碎裂。共烧时的关键技术是炉膛温度的均匀性或者基板碎裂。共烧时的关键技术是炉膛温度的均匀性和烧结曲线和烧结曲线(烧结温度随时间变化的关系曲
42、线烧结温度随时间变化的关系曲线)，这影响着，这影响着烧结后基板收缩率的一致性。烧结后基板收缩率的一致性。39ppt课件1.2.3 LTCC 的生产工艺流程的生产工艺流程9、检测、检测：为验证多层基板中的电连接特性，必须对烧结：为验证多层基板中的电连接特性，必须对烧结后的基板进行检测。可采用探针测试仪对基板两面进行后的基板进行检测。可采用探针测试仪对基板两面进行开路、短路等的测试。开路、短路等的测试。40ppt课件1.2.4 LTCC 技术的发展趋势技术的发展趋势 随着随着 LTCC 工艺的不断改进，研究的不断深入，技工艺的不断改进，研究的不断深入，技术的逐渐成熟，术的逐渐成熟，LTCC 产品在
43、无线通信、军事、宇航、产品在无线通信、军事、宇航、汽车电子和医疗等领域已经取得了广泛应用。其未来发汽车电子和医疗等领域已经取得了广泛应用。其未来发展趋势主要体现在如下三个方面展趋势主要体现在如下三个方面：41ppt课件1.2.4 LTCC 技术的发展趋势技术的发展趋势1、向、向 LTCC 产品标准化方向发展产品标准化方向发展 通讯系统的射频电路中由许多组件模块构成，而各通讯系统的射频电路中由许多组件模块构成，而各 LTCC 厂家采用不同的集成方式来实现厂家采用不同的集成方式来实现。 以手机中的射频模块为例，线路主要包含天线，开以手机中的射频模块为例，线路主要包含天线，开关、关、SAW 滤波器、
44、低噪放、功放及振荡器等部件。一滤波器、低噪放、功放及振荡器等部件。一些厂商将天线与低噪声放大器整合在一起构成前端组件些厂商将天线与低噪声放大器整合在一起构成前端组件 FEM(FEM，Front End Module)，一些厂商则将天线和，一些厂商则将天线和功率放大器整合在一起构成功率开关组件功率放大器整合在一起构成功率开关组件PSM(PSM，Protection Switch Module)。 这就增加了下游客户的设计成本，他们在零件采购这就增加了下游客户的设计成本，他们在零件采购上也会因上也会因 LTCC 厂商单一而受到限制，因为他们需要针厂商单一而受到限制，因为他们需要针对不同的模块作不同
45、的设计。由此可见，产品规格的标对不同的模块作不同的设计。由此可见，产品规格的标准化将是使准化将是使 LTCC 组件市场得到大幅成长的巨大推动力组件市场得到大幅成长的巨大推动力。42ppt课件1.2.4 LTCC 技术的发展趋势技术的发展趋势2、继续向小型模块和高频系统方向发展。、继续向小型模块和高频系统方向发展。 一方面，无线手持式产品在近几年得到了快速成长，一方面，无线手持式产品在近几年得到了快速成长，对其体积的要求是继续减小；另一方面，随着无线通讯对其体积的要求是继续减小；另一方面，随着无线通讯设备工作频率的提升，产品中各组件模块的高频特性也设备工作频率的提升，产品中各组件模块的高频特性也
46、显得越发重要显得越发重要。 小型化小型化的要求可以通过增加基板层数、减小基板厚的要求可以通过增加基板层数、减小基板厚度以及通孔成型、电路印刷微细化等技术来实现度以及通孔成型、电路印刷微细化等技术来实现。 高频性能高频性能可以依靠设计低介电常数、高可以依靠设计低介电常数、高 Q 的陶瓷材的陶瓷材料和优化内部线路布局降低料和优化内部线路布局降低 EMI (EMI，Electro Magnetic Interference)干扰来保证。这一发展方向需要干扰来保证。这一发展方向需要材料技术、工艺技术和设计技术的共同提升来实现材料技术、工艺技术和设计技术的共同提升来实现。43ppt课件1.2.4 LTC
47、C 技术的发展趋势技术的发展趋势3、向无源器件的高密度集成化方向发展。、向无源器件的高密度集成化方向发展。 在以后几年，在以后几年，LTCC 将集成更高密度的无源器件，将集成更高密度的无源器件，如在如在 X 频段的平面天线阵将集成频段的平面天线阵将集成 128 单元。同时，更精单元。同时，更精细的布线技术也将成为细的布线技术也将成为 LTCC 技术中的发展重点方向，技术中的发展重点方向，其目标是使线宽和线间距小于其目标是使线宽和线间距小于 25 微米微米。44ppt课件1.2.5LTCC 技术存在的不足和解决途径技术存在的不足和解决途径 虽然虽然 LTCC 技术相对其他电子封装技术有着自身的技
48、术相对其他电子封装技术有着自身的特优势，但其同样存在着一些不足之处，需要进一步解特优势，但其同样存在着一些不足之处，需要进一步解决和完善。决和完善。1、陶瓷基板的收缩率问题、陶瓷基板的收缩率问题。 将将 LTCC 基板应用于高频系统时，由于传输线的尺基板应用于高频系统时，由于传输线的尺寸小，因此烧结后的微小变形都会对系统的性能产生较寸小，因此烧结后的微小变形都会对系统的性能产生较大影响，也会对信号孔的对位造成影响，严重时层间通大影响，也会对信号孔的对位造成影响，严重时层间通孔将无法传输信号，因此需要严格控制孔将无法传输信号，因此需要严格控制 LTCC 基板的收基板的收缩。缩。 现采用的控制收缩
49、率的主要烧结方法有无压力辅助现采用的控制收缩率的主要烧结方法有无压力辅助烧结烧结(PLAS，Presmre-less Assistant Sinkirng)、压力辅、压力辅助烧结助烧结(PAS)、自约束烧结、自约束烧结(SCS，Self-Constraint Sintering)、复合板共同压烧法四种。理想情况下的零收、复合板共同压烧法四种。理想情况下的零收缩率技术还需要进一步研究和实现。缩率技术还需要进一步研究和实现。45ppt课件1.2.5LTCC 技术存在的不足和解决途径技术存在的不足和解决途径 2、基板散热问题、基板散热问题 尽管相对传统的尽管相对传统的 PCB 板而言，板而言，LTC
50、C 基板在散热方基板在散热方面已有所改进，但由于其具有较多的层数、高的集成度、面已有所改进，但由于其具有较多的层数、高的集成度、集成的器件具有高工作功率模密度，因此散热问题仍是集成的器件具有高工作功率模密度，因此散热问题仍是一个关键问题，值得重视。一个关键问题，值得重视。 目前改进办法有将目前改进办法有将导热率高导热率高的材料加入浆料，在基的材料加入浆料，在基板中设计板中设计散热孔散热孔，大功率芯片先采用载体安装后再与腔，大功率芯片先采用载体安装后再与腔体装配。体装配。46ppt课件1.2.5LTCC 技术存在的不足和解决途径技术存在的不足和解决途径 3、生产成本问题、生产成本问题 国内目前已
