低溫共燒陶瓷技術的

發展歷程

多層陶瓷技術起源于20世界40年代的第二次世界大戰期間，當時為了實現電容器的小型化，發展了陶瓷厚膜流延和疊層技術。1950年，美國無線電公司（RCA）對多層陶瓷基板技術的發展起到了重要的推動作用，該公司相繼提出了現在廣泛使用的電路設計、過孔形成技術、電路印刷技術和疊層共燒技術等概念。

20世紀60-70年代是多層陶瓷技術的高速發展期，很多我們如今仍耳熟能祥的IBM、富士通、摩托羅拉、NEC等電子信息領域的知名企業投入到多層陶瓷技術的研發中，大大推動了電極布線、三維互聯、結構設計、共燒工藝控制等技術的進步。當時的主要目的是發展基于陶瓷材料的多層電路板，所用的介質材料主要是氧化鋁陶瓷，導體材料是W、Mo、W-Mo合金等，共燒溫度在1600℃左右，也就是現在普遍使用的高溫共燒陶瓷（HTCC）技術。

在高溫共燒技術發展的過程中，IBM公司的技術人員已發現相比于Cu/Au/Ag等導體，W、Mo及其合金電極的電導率比較差，不適合高速電路使用，因而提出了采用Cu/Au/Ag等金屬作為電極材料的想法。由于這些良導體的熔點都比較低，需要采用具有低燒結溫度的介質陶瓷材料。因此，1970年開始，IBM公司的研究人員就開始研究開發低溫燒結陶瓷材料，這也是低溫共燒陶瓷（LTCC）材料和技術發展的開端。

LTCC材料一般是由多元材料組成，材料的介電性能、力學性能、熱學性能等具有更多的可調性，這使LTCC技術相比于HTCC技術具有更多的應用場景和細分領域。

1980年開始，除前述的IBM、富士通、摩托羅拉、NEC等公司外，日本村田、京瓷、松下及美國的老牌材料供應商杜邦、Ferro都相繼投入到LTCC材料和技術的研發。

在材料方面，與Cu電極共燒的材料成為研究的熱點，金和銀電極也逐步受到重視；介質材料研究中，針對封裝基板應用的低熱膨脹系數、高強度介質材料受到更多的關注；

工藝技術方面，燒結匹配性和加工精度控制是研究的重點，80年代IBM公司已經提出針對多層陶瓷基板布線的光刻工藝，以解決印刷布線精度不高的問題；

應用領域方面，多芯片組件（MCM）封裝是這個時期最主要的應用，射頻元器件應用開始發展。

由于日本電子信息產業80年代的蓬勃發展，日本企業在多層陶瓷技術、LTCC材料及技術應用研究方面逐漸占上風。

20世紀90年代是電子信息產業大發展的時期，電子信息產品向小型化、多功能化、高頻化發展成為LTCC技術發展最大的推動力。90年代初，IBM和富士通公司用銅布線材料和低介電常數陶瓷制造的多層基板進入商業應用，IBM公司曾上市以多層陶瓷基板為主板的大型計算機(型號IBM ES/9000），是多層陶瓷基板成熟應用的重要標志之一。

由于LTCC技術可實現三維集成、優良的高頻特性、化學穩定性和力學性能，逐步成為無源集成的主流技術。多芯片組件（MCM）封裝與集成基板仍然是LTCC技術在這個階段的主要應用，特別是航空航天、軍用電子等對可靠性要求更高的場景，LTCC產品的應用也成為特種技術發展的助推器。在民用方面，90年代中期德國博世（BOSCH）公司把LTCC技術成果用于汽車電子的核心部件ECU的封裝集成，成為LTCC技術發展的一個重要里程碑。時至今日，ECU用LTCC封裝基板仍是日本京瓷、村田等企業的重要產品。

進入本世紀以后，移動通信產業的高速發展為LTCC技術的應用帶來了新的機遇。LTCC技術在射頻領域應用最重要的標志性事件是京瓷成功的把其應用于藍牙模塊的集成，大大縮小了藍牙的體積，推動了藍牙的普及應用。

由于LTCC技術優異的射頻特性，迅速被用于各種射頻無源元器件的研究開發，基于LTCC技術的陶瓷天線使手機曾經露出來的天線縮到手機內，基于LTCC技術的濾波器、Balun、耦合器等射頻無源元件也被廣泛使用，從最早的功能手機到如今集成各種功能的智能手機，從2G時代，到3G、4G、5G時代，LTCC產品在通信產品中的應用從未被撼動，隨著毫米波通信時代的到來，LTCC技術也許會有新的機會。隨著通信設備對射頻元器件及模組的尺寸要求越來越小，對LTCC技術的工藝精度要求也越來越高，因此近年來光刻布線工藝、激光加工工藝等更精細的工藝技術逐步被應用于生產中。

LTCC技術除了用于無源集成之外，由于其工藝技術的靈活性，可以實現各種微結構、功能材料、有源器件甚至各種異型結構的加工。因此，多維集成的工藝路徑通常被用來跟半導體的硅加工工藝相比，被稱為基于厚膜技術的陶瓷微系統（C-MEMS）工藝，用來研制各種功能的微系統，比如各種集成傳感器、微流體器件、驅動器、微能源系統等等，滲透應用到能源、環境、醫療等各個領域。以LTCC技術為核心集成了天線、多種傳感器的微型膠囊可以用于移動醫療診斷消化系統疾病；摩托羅拉曾基于LTCC技術開發出微型燃料電池；村田公司推出了以LTCC等離子發生器為核心的家用空氣凈化系統，各種各樣的新應用顯示了LTCC技術的新發展動向和強大的生命力。

LTCC技術是一種有50余年歷史的老技術，但其眾多的優勢使其有頑強的生命力，在不同的時期都能在產業中找到最佳的應用場景，推動產業發展，同時也推動自身技術進步，相輔相成，老而彌堅。相信在微電子產業的超越摩爾時代、移動通信產業的5G/6G時代、汽車產業的電氣化時代、工業生產的智能化時代、社會生活的萬物互聯時代，LTCC技術能夠獲得新的發展機遇，為產業發展做出新的貢獻。