低温共烧陶瓷技术前景

      摘要:介绍了低温共烧陶瓷(LTCC)的概念和特点,总结了LTCC的国内发展现状以及新产品的开发进展,较后介绍了LTCC产品的...

      摘要:介绍了低温共烧陶瓷(LTCC)的概念和特点,总结了LTCC的国内发展现状以及新产品的开发进展,较后介绍了LTCC产品的广泛应用。

     1 LTCC的概念及特点

      所谓低温共烧陶瓷工(Low-temperature cofired ceramics,LTCC)技术,就是将低温烧结陶瓷粉制成厚度准确而且致密的生瓷带,作为电路基板材料,在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形,并将多个无源元件埋入其中,然后叠压在一起,在900℃烧结,制成三维电路网络的无源集成组件,也可制成内置无源元件的三维电路基板,在其表面可以贴装 IC和有源器件,制成无源/有源集成的功能模块。总之,利用这{TodayHot}种技术可以成功地制造出各种高技术LTCC产品。多个不同类型、不同性能的无源元件集成在一个封装内有多种方法,主要有低温共烧陶瓷(LTCC)技术、薄膜技术、硅片半导体技术、多层电路板技术等。目前,LTC C技术是无源集成的主流技术。LTCC整合型组件包括各种基板承载或内埋各式主动或被动组件的产品,整合型组件产品项目包含零组件(components)、基板(substrates)与模块(modules )。

     LTCC与其它多层基板技术相比较,具有以下特点:

    (1)易于实现更多布线层数,提高组装密度;

    (2)易于内埋置元器件,提高组装密度,实现多功能;

    (3)便于基板烧成前对每一层布线和互连通孔进行质量检查,有利于提高多层基板的成品率和质量,缩短生产周期,降低成本:

    (4)具有良好的高频特性和高速传输特性;{HotTag}

    (5)易于形成多种结构的空腔,从而可实现性能优良的多功能微波MCM;

    (6)与薄膜多层布线技术具有良好的兼容性,二者结合可实现更高组装密度和更好性能的混合多层基板和混合型多芯片组件(MCM-C/D);

    (7)易于实现多层布线与封装一体化结构,进一步减小体积和重量,提高可靠性。

    LTCC技术由于自身具有的独特优点,用于制作新一代移动通信中的表面组装型元器件,将显现出巨大的优越性。

    2 各种产品不断推出

      LTCC(低温共烧陶瓷)己经进入产业化阶段,日、美、欧洲国家等各家公司纷纷推出了各种性能的LTCC产品。LTCC在我国台湾地区发展也很快。LTCC在2003年后快速发展,平均增长速度达到17.7%。从目前来看,今后几年的发展速度将会超过17.7%。衬底制造商Lamina Ceramics公司开发的一个多层技术能使未经烧制的陶瓷结合在Kovar合金(Fe-Ni-Co)或铜钼铜(CuMoCu)金属上。这个多层印刷电路板制造工艺叫作低温共烧陶瓷金属(LTCC-M),它能够降低收缩率,改善导热性,有望缩小目前流行的射频(RF)电路和微波组件、高速电路底板和光组件等元件的封装尺寸并降低成本。这项技术为设计人员提供了把元件嵌入金属层的能力。新技术把x-y平面的共烧收缩率缩小到了大约0.1%,远远低于标准LTCC和HTCC工艺的12.7%-15%。大到0.4mx0.4m的多层印刷电路板可以有多达24层1. 016m x 10-4m厚的层。元件可以直接小片装配到金属板层,不再需要把全封装元件连接到衬底上的吸热层。采用基于科伐 (Kovar)合金的工艺时导热率平均为40W/mK,采用基于CuMoCu的工艺时导热率约为170W/mK。传统LTCC和 HTCC工艺的导热率分别为2-3W/mK和24.7W/mK。

    3 国内LTCC发展现状

      国内LTCC产品的开发比国外发达国家至少落后5年。这主要是由于电子终端产品发展滞后造成的。LTCC功能组件和模块主要用于CSM,CDMA和PHS手机、无绳电话、WLAN和蓝牙等通信产品,除40多兆的无绳电话外,这几类产品在国内是近4年才发展起来的。 深圳南玻电子有限公司引进了目前世界上较先进的设备,建成了国内第1条LTCC生产线,开发出了多种LTCC产品并己投产,如:片式LC滤波器系列、片式蓝牙天线、片式定向耦合器、片式平衡-不平衡转换器、低通滤波器阵列等,性能己达到国外同类产品水平,并己进入市场。目前,南玻电子正在开发LTCC多层基板和无线传输用的多种功能模块。
 
      国内目前尚不能生产LTCC专用工艺设各。据不完全统计,国内南玻电子引进了一条完整的LTCC生产线,另外约有4家研究所己经或正在引进LTCC中试设备,开发LTCC功能模块。

      香港青石集成微系统公司(CiMS)长期从事微波电磁场的研究与LTCC产品的设计。他们采用先进的电磁场模拟优化软件,设计出了多款LC滤波器和LTCC模块,取得了良好的效果。

      目前,清华大学材料系、上海硅酸盐研究所等单位正在实验室开发LTCC用陶瓷粉料,但还尚未到批量生产的程度。国内现在急需开发出系列化的、有自主知识产权的LTCC用陶瓷粉料,并专业化生产LTCC用陶瓷生带系列,为LTCC产业的开发奠定基础。南玻电子公司正在用进口粉料,开发出。。为9.1,18.0和37.4的3种生带,厚度为10-100μm,生带厚度系列化,为不同设计、不同工作频率的LTCC产品的开发奠定了基础。

     4 LTCC的应用情况

      LTCC产品的应用领域很广泛,如各种制式的手机、蓝牙模块、CPS, PDA、数码相机、WLAN、汽车电子、光驱等。其中,手机的用量占据主要部分,约达80%以上;其次,是蓝牙模块和WLAN。由于LTCC产品的可靠性高,汽车电子中的应用也日益上升。手机中使用的LTCC产品包括LC滤波器、双工器、功能模块、收发开关功能模块、平衡-不平衡转换器、耦合器、功分器、共模扼流圈等。

      在SMD中采用LTCC技术的目的旨在提高组装密度、缩小体积、减轻重量、增加功能、提高可靠性和性能,缩短了组装周期。压控振荡器(VCO)是移动通信设备的关键器件,可通过LTCC技术制作VCO,使其满足移动通信对小型、轻量、低功耗、低相位噪声(高C/N比)的要求。目前,国际上己应用LTCC技术制成高性能的表而组装型VCO,并形成了系列化商品,通过采用LTCC技术使VCO体积大大缩小。1996-2000年,VCO的体积减小了90%以上。这种表而组装型VCO的体积仅为原米带引线VCO体积的1/5-1/20。采用LTCC技术制作的新型VCO具有体积小、功耗低、高频特性好、相位噪声小、适合表面贴装等优点,在移动通信领域得以广泛应用。这种小型化VCO在CSM,DCS,CDMA,PDC等数字通信系统终端以及全球定位系统 (GPS)等卫星通信相关的终端得以大量使用。

      移动通信的迅速发展也进一步促进了DC/DC变换器的小型化,为SMD型DC/DC变换器提供了广阔的应用市场。国外不少电源制造厂商都在采用LTCC技术积极开发标准的SMD型DC/DC变换器,其额定功率为5-30W,具有各种通用的输入、输出电压。一些新的DC/DC变换器设计还可提供较短的启动时间。此外,采用LTCC技术还制作了移动通信用的片式多层天线、蓝牙组件、射频放大压控衰减器、功率放大器、移相器等表而安装型器件。

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