Low Temperature Co-fired Ceramic
宏科電子技術(shù)社區(qū)
一文讀懂LTCC技術(shù)
低溫共燒陶瓷
什么是LTCC技術(shù)
LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic）是低溫共燒陶瓷的英文縮寫。這項(xiàng)1982年就出現(xiàn)并發(fā)展起來的組件整合技術(shù)，如今已經(jīng)成為令人矚目的主流無源集成技術(shù)。它引領(lǐng)了無源元件領(lǐng)域的發(fā)展方向，并成為新的元件產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。
LTCC技術(shù)采用像制作電容一樣的方式制作各種陶瓷器件。首先，用陶瓷粉、玻璃粉及有機(jī)黏合劑通過混合、流延、烘干等工藝形成生瓷膜，然后使用網(wǎng)版印刷技術(shù)將銀漿印刷在生瓷膜上形成電路圖形，再將印有電路圖形的生瓷膜按照先后順序疊在一起對(duì)齊壓緊，最后放置于850～900℃的燒結(jié)爐中燒結(jié)成型，即可完成。有時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)層與層之間的電氣互連，在印刷之前還要打孔，在孔內(nèi)填入銀漿。用于印刷的金屬可以是銀、金等，為了便于焊接，有時(shí)還要給露出來的電極電鍍上錫鉛合金。
和LTCC極為相似的還有一種技術(shù)，叫HTCC（High Temperature Co-fired Ceramic）技術(shù)，又稱為高溫共燒多層陶瓷技術(shù)。其實(shí)，LTCC是在HTCC的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，HTCC技術(shù)的出現(xiàn)要比LTCC早得多，常見的片式陶瓷電容（又叫MLCC）就是用這種方式生產(chǎn)的。它和LTCC主要的差異在于，HTCC的陶瓷膜中沒有添加玻璃粉，所以必須在1300～1600℃的高溫環(huán)境下共燒成型。由于燒結(jié)溫度較高，使得導(dǎo)體金屬材料的選擇非常受限，主要為熔點(diǎn)較高但導(dǎo)電性卻較差的鎢、鉬、錳等金屬。
LTCC技術(shù)可以干什么
LTCC技術(shù)所使用的陶瓷材料介電常數(shù)一般較HTCC小，通過高精度印疊銀這種良導(dǎo)體，使得它可以制作很多高頻高Q的陶瓷器件。基于這種工藝平臺(tái)，可以設(shè)計(jì)和制造從很低的頻率到很高（10MHz到10GHz甚至太赫茲）的各種濾波器、功分器、電橋、天線等無源片式器件。
采用LTCC技術(shù)可以制作復(fù)雜的多層電路板。電路板中不但有各種走線，還能集成濾波器、電橋、天線輻射單元等無源器件。在板上配合厚膜印刷、回流焊、MCM微組裝、釬焊金屬圍框等工藝，可以將半導(dǎo)體裸芯片、表貼元器件等多個(gè)不同類型、不同性能的元器件集成在一起，形成高技術(shù)的LTCC微波毫米波組件產(chǎn)品。LTCC整合型組件包括各種基板承載或內(nèi)埋各式主動(dòng)或被動(dòng)組件的產(chǎn)品，包含零部件、基板與模塊。在這里，LTCC技術(shù)是無源集成的合集。
LTCC產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，如各種制式的手機(jī)、藍(lán)牙模塊、GPS, PDA、數(shù)碼相機(jī)、WLAN、汽車電子、光驅(qū)等。其中，手機(jī)的用量占據(jù)主要部分，約達(dá)80%以上；其次，是藍(lán)牙模塊和WLAN。由于LTCC產(chǎn)品的可靠性高，汽車電子中的應(yīng)用也日益上升。手機(jī)中使用的LTCC產(chǎn)品包括LC濾波器、雙工器、功能模塊、收發(fā)開關(guān)功能模塊、平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器、耦合器、功分器、共模扼流圈等。LTCC技術(shù)是無源集成器件的關(guān)鍵技術(shù)，它涉及到低溫共燒材料和低溫共燒工藝兩大方面，其中低溫共燒陶瓷材料是最關(guān)鍵和最基礎(chǔ)的問題。目前，國外企業(yè)生產(chǎn)的商用LTCC生瓷帶品種有限，材料介電常數(shù)εr在5～10之間，多用于多層基板、片式電感、藍(lán)牙模塊和集成電路封裝等，無法滿足產(chǎn)品多元化的需求。而高介電常數(shù)（εr＞60）的LTCC介質(zhì)材料，可以減小無源集成模塊中電容單元、濾波器單元的占有空間，并給產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來更大的調(diào)節(jié)空間，同時(shí)，這類材料也可以用于制作高性能小尺寸片式濾波器、片式天線等。大的元器件生產(chǎn)廠商，如村田、太陽誘電等都針對(duì)性的研發(fā)了相應(yīng)的材料體系，國內(nèi)企業(yè)雖然相對(duì)滯后，但經(jīng)過近幾年的追趕，已經(jīng)打破了LTCC材料依賴進(jìn)口的局面，目前已經(jīng)具備了多品種、多型號(hào)的LTCC瓷料及匹配電子漿料的供應(yīng)能力。
LTCC主要用于什么領(lǐng)域
LTCC在無源集成領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)突出，廣泛用于3C、通信、汽車、軍工等市場(chǎng)。它可以實(shí)現(xiàn)三大無源器件（電阻、電容、電感）及其各種無源器件（如濾波器、變壓器等）封裝于多層布線基板中，并與有源器件（如功率MOS、晶體管、IC模塊等）共同集成為完整的電路系統(tǒng)（如SiP）。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種制式的手機(jī)、藍(lán)牙、GPS模塊、WLAN模塊、WIFI模塊等；此外，由于其產(chǎn)品的高可靠性，在汽車電子、通訊、航空航天與軍事、微機(jī)電系統(tǒng)、傳感器技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用也日益上升。
5G頻段數(shù)量的增加及天線有源化趨勢(shì)對(duì)射頻前端集成提出更高要求。由于5G將在更高頻的頻段C-Band和毫米波上部署，而更高頻率的信號(hào)就意味著更大的饋線損耗，因此需要將天線與射頻前端集成從而實(shí)現(xiàn)天線有源化。由于LTCC多層布線基板可以實(shí)現(xiàn)裸芯片直接組裝，允許芯片之間靠的更近，互聯(lián)線變短，既縮小了封裝尺寸又縮短了信號(hào)延遲，同時(shí)解決了串?dāng)_噪聲、雜散電感、雜散電容耦合以及電磁輻射干擾等問題，因此LTCC正成為滿足5G基站、終端性能要求的核心工藝路徑之一。
?博思數(shù)據(jù)發(fā)布的《2017-2022年中國LTCC低溫共燒陶瓷市場(chǎng)分析與投資前景研究報(bào)告》，近年來，在手機(jī)等下游行業(yè)需求的拉動(dòng)下，全球LTCC市場(chǎng)保持穩(wěn)定增長，2014年全球LTCC市場(chǎng)規(guī)模為8.5億美元，2015年市場(chǎng)規(guī)模為9.2億美元，同比增長8.2%。
未來幾年，全球LTCC市場(chǎng)在下游市場(chǎng)的拉動(dòng)下仍將保持穩(wěn)定增長，新興市場(chǎng)是未來幾年LTCC市場(chǎng)主要增長點(diǎn)，預(yù)計(jì)到2022年全球LTCC市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到14.9億美元。
LTCC技術(shù)關(guān)鍵工藝是什么？
LTCC技術(shù)是無源集成器件的關(guān)鍵技術(shù)，它涉及到低溫共燒材料和低溫共燒工藝兩大方面，其中低溫共燒陶瓷材料是最關(guān)鍵和最基礎(chǔ)的問題。目前，國外企業(yè)生產(chǎn)的商用LTCC生瓷帶品種有限，材料介電常數(shù)εr在5～10之間，多用于多層基板、片式電感、藍(lán)牙模塊和集成電路封裝等，無法滿足產(chǎn)品多元化的需求。而高介電常數(shù)（εr＞60）的LTCC介質(zhì)材料，可以減小無源集成模塊中電容單元、濾波器單元的占有空間，并給產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來更大的調(diào)節(jié)空間，同時(shí)，這類材料也可以用于制作高性能小尺寸片式濾波器、片式天線等。大的元器件生產(chǎn)廠商，如村田、太陽誘電等都針對(duì)性的研發(fā)了相應(yīng)的材料體系，國內(nèi)企業(yè)雖然相對(duì)滯后，但經(jīng)過近幾年的追趕，已經(jīng)打破了LTCC材料依賴進(jìn)口的局面，目前已經(jīng)具備了多品種、多型號(hào)的LTCC瓷料及匹配電子漿料的供應(yīng)能力。
瓷料
漿料
器件和基片
LTCC膜帶
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