低溫共燒陶瓷（Low Temperature Co-Fired Ceramics, LTCC）封裝能將不同種類的芯片等元器件組裝集成于同一封裝體內以實現系統的某些功能，是實現系統小型化、集成化、多功能化和高可靠性的重要手段。

圖 射頻模塊用LTCC封裝，來源：京瓷

一、LTCC封裝的類型

LTCC 基板可進行不同形式的封裝。選擇熱膨脹系數與 LTCC 基板相近和密度適當的金屬外殼與 LTCC 基板焊接可實現 LTCC 金屬外殼封裝，LTCC 金屬外殼封裝氣密性好、通用性強。LTCC 基板與金屬圍框結合可實現具有不同引腳形式的針柵陣列（Pin Grid Array, PGA）封裝、焊球陣列（Ball Grid Array, BGA）封裝、穿墻無引腳封裝、四面引腳扁平（Quad Flat Package, QFP）封裝、無引腳片式載體（Leadless Chip Carrier, LCC）封裝和三維多芯片模塊（Three-Dimensional Multichip Module, 3D-MCM）封裝等氣密性 LTCC 一體化封裝。

（1）LTCC 金屬外殼封裝

LTCC 金屬外殼封裝與傳統厚膜多層氧化鋁基板金屬外殼封裝相似，是將 LTCC ?基板焊接或粘接在金屬外殼內部底面上，通過金屬外殼上鑲嵌的絕緣子或連接器實現外殼內外電連接的一種封裝，通常用于高可靠性的電子產品或定制的有特殊性能要求的軍事或航空航天產品中。

（2）LTCC 針柵陣列封裝

LTCC 針柵陣列封裝是在LTCC 基板表面焊接金屬圍框作為封裝框體、底面焊接金屬 PGA 作為 I/O 端的一種封裝。將 LTCC 電路基板作為封裝載體在基板上直接引出封裝的 I/O 端子，使基板與圍框和蓋板成為一個整體的封裝也稱為 LTCC(/金屬)一體化封裝。在 LTCC 基板上焊接圍框后再組裝元器件，即可通過平行縫焊等封上蓋板實現氣密性封裝。

圖 LTCC PGA封裝示意圖

（3）LTCC 焊球陣列封裝

LTCC 焊球陣列封裝是 LTCC 基板表面焊接金屬圍框作為封裝框體、底面焊接焊球作為 I/O 端的一種封裝。LTCC BGA氣密性封裝也屬于 LTCC 一體化封裝。

圖 LTCC BGA封裝示意圖

（4）LTCC 穿墻無引腳封裝

LTCC 穿墻無引腳封裝是 LTCC 基板表面焊接金屬圍框作為封裝框體、I/O 端頭為從 LTCC 基板內部引出到圍框外側的金屬化導帶的一種封裝形式。穿墻是金屬化導帶從框內穿過金屬圍框下部的瓷體而出現在圍框外部，該導帶與 LTCC 基板共燒而成。通過穿墻導帶可以將組件的引出線從密封的腔體內部引出來。LTCC 穿墻無引腳封裝也是一種 LTCC 一體化封裝。

圖 LTCC 穿墻無引腳封裝示意圖

（5）LTCC 四面引腳扁平封裝

LTCC 四面引腳扁平封裝是 LTCC 基板表面焊接金屬圍框作為封裝框體、基板底面邊緣焊接引線作為 I/O 端的一種封裝，LTCC QFP 封裝也屬于 LTCC 一體化封裝。

圖 LTCC 四面引腳扁平封裝示意圖

（6）LTCC 無引腳片式載體封裝

LTCC 無引腳片式載體封裝是 LTCC 基板表面焊接金屬圍框作為封裝框體、 I/O 端頭為從 LTCC 基板內部引出到基板底部的導體膜層的一種封裝形式，屬于 LTCC 一體化封裝。

圖 LTCC無引腳片式載體封裝示意圖

（7）LTCC 3D-MCM 封裝

LTCC 三維多芯片模塊封裝是將多塊(不少于2塊)二維板級 LTCC 模塊(2D-MCMD垂直疊裝并實現電連接和機械連接所形成組件的封裝。采用垂直互連制作的 LTCC 3D-MCM 不僅模塊所占投影表面積和體積縮小，重量減輕，而且由于垂直互連線縮短，互連線阻值、寄生電容和電感減小，信號延遲縮短，噪聲和損耗將下降，可以進一步提高信號傳輸速度。LTCC 3D-MCM 封裝可以是氣密性封裝，獨立形成多功能模塊或子系統；也可以是非氣密性封裝，構成 3D-MCM 后再組裝到系統(或子系統)載板上，成為載板上的一部分。

圖 LTCC 3D-MCM 結構示意圖

二、LTCC 封裝用材料

完整的LTCC封裝應是所有有源器件和無源元件均組裝到基板以后，再焊接上蓋板成為一個密封整體。LTCC 封裝材料是指用于承載電子元器件及其相互連線，起到機械支撐、密封環境保護、信號傳遞、散熱和屏蔽等作用的基體材料，包括 LTCC 基板、布線、殼體、框架、熱沉、蓋板、焊料等材料，總體上分為 LTCC 基板材料、封裝金屬材料和焊接材料三大類。

（1）LTCC 基板材料

LTCC 是以玻璃/陶瓷材料作為電路的介電層，運用 Au、Ag、Pd/Ag 等高電導率金屬做內外層電極和布線，以平行印刷方式印制多層電路，疊壓后在低于950℃的燒結爐中共同燒結而成的一種陶瓷，LTCC 基板具有布線導體方阻小、可布線層數多、布線密度高、燒結溫度低、介質損耗小、高頻性能優異、熱膨脹系數與多種芯片匹配等優點，因而成為一種理想的高密度集成用主導基板。LTCC 基板材料包括 LTCC 生瓷帶和與生瓷帶配套的導體和電阻等材料。生瓷帶主要有玻璃陶瓷系(微晶玻璃)和玻璃+陶瓷系兩類，導體材料主要為 Au、Ag、Pd、Pt 等貴金屬及其合金。

（2）LTCC 封裝金屬材料

LTCC 封裝金屬材料主要根據金屬封裝材料特性進行選擇，需要綜合考慮金屬材料的熱導率、熱膨脹系數、密度、可焊性、工藝成熟性等。

①可伐合金（Fe-Ni-Co）熱膨脹系數較小，與常用 LTCC 基片熱膨脹系數相匹配，具有較好的加工性，成本較低，是一種較常用的金屬管殼材料。

②CuW 和 CuMo 合金則結合了 W、Mo 和 Cu 的許多優異特性，從而具有良好的導熱導電性、耐電弧侵蝕性、抗熔焊性和耐高溫、抗氧化性等特點，并且熱膨脹系數可在一定范圍內選擇，主要應用于大規模集成電路和大功率微波器件中，作為熱控板、散熱元件(熱沉材料)和引線框架使用。

③AlSiC 具有高熱導率、低膨脹系數、高強度、低密度、良好的導電性等特點，作為基板或熱沉材料在國內封裝領域已得到批量應用。

（3）LTCC 封裝焊接材料

LTCC 封裝焊接材料主要作為連接材料，用于 LTCC 基板與金屬底板、金屬圍框、引腳的焊接,基板上元器件組裝、焊球連接及基板垂直互連等。LTCC 封裝用焊接材料熔點一般低于 450℃，屬于軟釬料。

LTCC 封裝焊接材料有焊膏和焊片，焊膏更適合微小元器件和焊球等多點位置的焊接，焊片常用于圍框、基板等面積相對較大的焊件和精確尺寸(焊料逸出少)焊件的焊接。

來源：LTCC 封裝技術研究現狀與發展趨勢，李建輝，等.

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2024年11月22日

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原文始發于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：一文了解 LTCC 封裝技術