Low Temperature Co-fired Ceramic

一文讀懂LTCC技術(shù)

LTCC基板

是怎么做出來的

LTCC基板加工工藝和LTCC濾波器稍微有些不一樣，區(qū)別主要來源于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用方式。下圖為L(zhǎng)TCC基板制造的工藝流程圖，主要有混料、流延、打孔、填孔、絲網(wǎng)印刷、疊片、等靜壓、排膠燒結(jié)等主要工序，后面簡(jiǎn)單介紹各個(gè)工序工藝。

混料與流延：將有機(jī)物和無機(jī)物成分按一定比例混合，用球磨的方法進(jìn)行碾磨和均勻化，然后涂布在一個(gè)移動(dòng)的載帶上（通常為聚酯膜），通過一個(gè)干燥區(qū)，去除所有的溶劑，通過控制刮刀間隙，流延成所需要的厚度。此工藝的一般厚度容差是±6％。

打孔：利用機(jī)械沖壓、鉆孔或激光打孔技術(shù)形成通孔。通孔是在生瓷片上打出的小孔（直徑通常為0.1-0.2mm），用在不同層上以互連電路。在此階段還要沖制模具孔，幫助疊片時(shí)的對(duì)準(zhǔn)；對(duì)準(zhǔn)孔用于印刷導(dǎo)體和介質(zhì)時(shí)自動(dòng)對(duì)位。

印刷：利用標(biāo)準(zhǔn)的厚膜印刷技術(shù)對(duì)導(dǎo)體漿料進(jìn)行印刷和烘干。通孔填充和導(dǎo)體圖形在箱式或鏈?zhǔn)綘t中按相關(guān)工藝溫度和時(shí)間進(jìn)行烘干。根據(jù)需要，所有電阻器、電容器和電感器在此階段印刷和烘干。

通孔填充：利用傳統(tǒng)的厚膜絲網(wǎng)印刷或模板擠壓把特殊配方的高固體顆粒含量的導(dǎo)體漿料填充到通孔。

排膠與燒結(jié)：200-500℃之間的區(qū)域被稱為有機(jī)排膠區(qū)（建議在此區(qū)域疊層保溫最少60min）。然后在5～15min 將疊層共燒至峰值溫度（通常為850℃）。氣氛燒成金屬化的典型排膠和燒成曲線會(huì)用上2～10h。燒成的部件準(zhǔn)備好后燒工藝，如在頂面上印刷導(dǎo)體和精密電阻器，然后在空氣中燒成。

檢驗(yàn)：然后對(duì)電路進(jìn)行激光調(diào)阻（如果需要）、測(cè)試、切片和檢驗(yàn)，LTCC 封裝中可用硬釬焊引線或散熱片(如果需要)。

LTCC電路檢測(cè)：對(duì)LTCC基板還需進(jìn)行多方面的檢測(cè)，常見的有翹曲度、尺寸、外觀、電性能等。

LTCC

有什么優(yōu)缺點(diǎn)

1、陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻、高速傳輸以及寬通帶的特性。根據(jù)配料的不同，LTCC材料的介電常數(shù)可以在很大范圍內(nèi)變動(dòng)，配合使用高電導(dǎo)率的金屬材料作為導(dǎo)體材料，有利于提高電路系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)，增加了電路設(shè)計(jì)的靈活性；

2、可以適應(yīng)大電流及耐高溫特性的要求，并具備比普通PCB電路基板更優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性，極大地優(yōu)化了電子設(shè)備的散熱設(shè)計(jì)，可靠性高，可應(yīng)用于惡劣環(huán)境，延長(zhǎng)了其使用壽命；

3、可以制作層數(shù)很高的電路基板，并可將多個(gè)無源元件埋入其中，免除了封裝組件的成本，在層數(shù)很高的三維電路基板上，實(shí)現(xiàn)無源和有源的集成，有利于提高電路的組裝密度，進(jìn)一步減小體積和重量；

4、與其他多層布線技術(shù)具有良好的兼容性，例如將LTCC與薄膜布線技術(shù)結(jié)合可實(shí)現(xiàn)更高組裝密度和更好性能的混合多層基板和混合型多芯片組件；

5、非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝，便于成品制成前對(duì)每一層布線和互連通孔進(jìn)行質(zhì)量檢查，有利于提高多層基板的成品率和質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低成本。

6、節(jié)能、節(jié)材、綠色、環(huán)保已經(jīng)成為元件行業(yè)發(fā)展勢(shì)不可擋的潮流，LTCC也正是迎合了這一發(fā)展需求，最大程度上降低了原料，廢料和生產(chǎn)過程中帶來的環(huán)境污染。

1、收縮率問題。LTCC 存在許多涉及可靠性的難點(diǎn)，基板與布線共燒時(shí)的收縮率及熱膨脹系數(shù)匹配問題即是其中的一個(gè)重要挑戰(zhàn)，它關(guān)系到多層金屬化布線的質(zhì)量。LTCC 共燒時(shí)，基板與漿料的燒結(jié)特性不匹配主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：a.燒結(jié)致密化完成溫度不一致；b.基板與漿料的燒結(jié)收縮率不一致；c.燒結(jié)致密化速度不匹配。

這些不匹配容易導(dǎo)致燒成后基板表面不平整、翹曲、分層，另一個(gè)后果是金屬布線的附著力下降。

2、散熱問題。雖然LTCC 基板比傳統(tǒng)的PCB 板在散熱方面已經(jīng)有了很大的改進(jìn)，但由于集成度高、層數(shù)多、器件工作功率密度高，LTCC基板的散熱仍是一個(gè)關(guān)鍵問題，成為影響系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的決定因素之一。

對(duì)LTCC來說，其明顯的不足之處就是基片的導(dǎo)熱率低（2～6W/m· K），遠(yuǎn)低于氮化鋁基片的導(dǎo)熱率（≥100W/m· K），比氧化鋁基片的導(dǎo)熱率（15～25W/m·K）也低了不少。這限制了LTCC在大型、高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。