低溫共燒陶瓷基板技術(shù)(LTCC)是一種高密度集成封裝技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電子元器件與功能模塊的微型化、集成化和高可靠性，已成為目前主流的無(wú)源/有源混合電路集成技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。艾邦建有LTCC產(chǎn)業(yè)交流群，掃描下方二維碼即可加入：

一、LTCC對(duì)導(dǎo)體漿料的要求

厚膜導(dǎo)體漿料是LTCC的關(guān)鍵性材料，它是一種將金屬粉末、玻璃粉或氧化物以及有機(jī)載體混合后，研磨制得到的粘稠狀物體。LTCC技術(shù)主要涉及三種不同的厚膜導(dǎo)體漿料，分別是用于電子元件表面布線的漿料、用于形成電子元件內(nèi)部布線的漿料、用于散熱及層間導(dǎo)通的填孔漿料，在組件中用于表面及層間電路節(jié)點(diǎn)以及多層電路層間的電連接。

LTCC對(duì)金屬材料有如下要求：

(4)燒結(jié)后的導(dǎo)帶有高的電導(dǎo)率。

二、LTCC導(dǎo)體漿料的組成及作用

厚膜導(dǎo)體漿料是由金屬粉(功能相)、玻璃粉(無(wú)機(jī)粘接相)、有機(jī)載體均勻混合而成，其性能由三大組分相互作用決定，影響因素復(fù)雜。

1、功能相

由于 LTCC 技術(shù)的燒結(jié)溫度較低，一般在800-900℃，因此應(yīng)用于LTCC技術(shù)的厚膜導(dǎo)體漿料中的功能相也應(yīng)具有較低的燒結(jié)溫度，常用的功能相主要是 Au、Ag、Cu。

功能相在厚膜導(dǎo)體漿料中的主要作用是作為導(dǎo)體起導(dǎo)電作用，另外表面布線中的功能相還要能與外部無(wú)源器件或有源器件等進(jìn)行很好的互連，填孔漿料中的功能相還要有良好的散熱性能。為了滿足這些性能，對(duì)功能相的分散性，表面形貌及尺寸提出了嚴(yán)格要求。金屬粉顆粒的均勻性、分散性、表面形態(tài)及尺寸對(duì)漿料的燒結(jié)匹配有很大的影響。

2、粘結(jié)相

在厚膜漿料技術(shù)中為了改善金屬導(dǎo)體漿料與LTCC生帶之間的粘附力，通常是在漿料中摻入可與生帶產(chǎn)生結(jié)合的粘結(jié)相，主要是加入玻璃粉或者氧化物，燒結(jié)后厚膜與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度與粘結(jié)劑的物理化學(xué)性能相關(guān)，包括玻璃粉的潤(rùn)濕性，軟化點(diǎn)以及玻璃與基板材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生新相，還有其中的氧化物在高溫下分解還原成金屬，從而在厚膜表面形成 Au/Ag-Me-MeO活化過(guò)渡層。

圖 無(wú)機(jī)粘結(jié)相在燒結(jié)過(guò)程中的理想狀態(tài)

在 LTCC 工藝中，粘結(jié)相不僅僅起到將導(dǎo)體固定于基板的作用，還可以調(diào)整漿料的致密化溫度，從而適應(yīng)共燒工藝，同時(shí)可以通過(guò)調(diào)節(jié)粘結(jié)相的組成來(lái)調(diào)節(jié)漿料的燒結(jié)收縮開(kāi)始溫度、收縮速率、收縮率及冷卻后厚膜的熱膨脹系數(shù)等。粘結(jié)相的加入也會(huì)帶來(lái)一些不利影響，如降低厚膜的導(dǎo)電性能及絲焊性能等。

3、有機(jī)載體

有機(jī)載體作為導(dǎo)電相金屬粉與無(wú)機(jī)粘合相的載體，可分散無(wú)機(jī)粉末以提供所需的流變性能，通常包含有機(jī)粘結(jié)劑、溶劑、增塑劑和分散劑等。有機(jī)載體在漿料中的含量需要根據(jù)漿料的粘度需求以及有機(jī)載體本身的粘度共同決定，一般情況下不會(huì)超過(guò)30%。

有機(jī)載體不僅需要滿足漿料對(duì)粘度和觸變性的要求，還要能夠使無(wú)機(jī)相充分分散，避免發(fā)生團(tuán)聚，漿料在干燥后，有機(jī)載體中的樹(shù)脂能夠?qū){料很好的粘附在基板上，分解溫度要低并且分解要完全，避免殘留的灰分使得燒結(jié)后的厚膜不連續(xù)，影響到厚膜的焊接性能。

二、LTCC不同導(dǎo)體漿料的應(yīng)用

LTCC 常用的功能相主要是金（Au）、銀（Ag）、銅（Cu）。

圖 不同類型導(dǎo)電漿料的方阻值

1、銀（Ag）

Ag是目前LTCC技術(shù)中應(yīng)用最多的導(dǎo)體材料，其電阻率在金屬材料中最小，損耗小，傳輸性能優(yōu)異，熱導(dǎo)率在金屬材料中最高，傳熱特性好，制作工藝簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，能夠?qū)崿F(xiàn)與LTCC基板材料的有效結(jié)合。但Ag在電路中存在電遷移、電極擴(kuò)散、與LTCC基板材料燒結(jié)匹配性差等問(wèn)題。

銀相對(duì)金具有更低的成本，以及相對(duì)銅具有更高的可靠性，應(yīng)用于低成本、高強(qiáng)度系統(tǒng)如汽車、通信和消費(fèi)類產(chǎn)品。

2、銅（Cu）

Cu的電阻率和銀相近，損耗小，傳輸性能優(yōu)異，熱導(dǎo)率也較高，具有比Au更為優(yōu)良的高頻特性和導(dǎo)電性。Cu價(jià)格更為低廉，在成本上優(yōu)勢(shì)明顯，且沒(méi)有像Ag一樣的遷移缺陷，且熔點(diǎn)比 Ag 的高，可以使樣品燒結(jié)范圍變得更加寬廣，擁有優(yōu)良的可焊性和較低的成本。但Cu在高溫下容易發(fā)生氧化，通常需要采用惰性保護(hù)氣氛燒結(jié)。Cu應(yīng)用于低 K、低熱膨脹系數(shù)、低損耗、高可靠、低成本系統(tǒng)，適用于高速數(shù)字應(yīng)用。

3、金（Au）

Au的電阻率和熱導(dǎo)率相比銀和銅均略微遜色。Au具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，抗氧化性極佳，導(dǎo)電性以及在嚴(yán)苛環(huán)境中幾乎不發(fā)生電子遷移等優(yōu)點(diǎn)，更容易適應(yīng)于在復(fù)雜環(huán)境中工作，因此使用金制備的電路的可靠性極佳，是制備航空航天及軍事領(lǐng)域高可靠性 MCM 組件的首選。缺點(diǎn)是原料價(jià)格高昂。

4.金導(dǎo)體漿料與LTCC生帶共燒行為研究，鄭權(quán).

低溫共燒陶瓷（LTCC）產(chǎn)業(yè)論壇

8月29日

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