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粉体百科|什么是低温共烧陶瓷基板材料?


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[导读]  低温共烧陶瓷(LTCC)基板材料是陶瓷封装基板的一个分支,以其优良的电学、机械、热学及工艺特性,满足低频、数字、射频和微波器件的多芯片组装或单芯片封装的技术要求。

中国粉体网讯  低温共烧陶瓷(LTCC)基板材料是陶瓷封装基板的一个分支,以其优良的电学、机械、热学及工艺特性,满足低频、数字、射频和微波器件的多芯片组装或单芯片封装的技术要求。




LTCC基板具有高频特性、热稳定性、被动元件集成化等优点:(1)有优良的高频、高Q特性和高速传输特性;(2)具有良好的温度特性,可适应大电流及耐高温的特性要求;(3)易于实现多功能化和提高组装密度,可靠性高、耐高温、高湿、冲振,可以应用于恶劣环境。因此,LTCC技术被认为是未来整合元件和高频应用基板材料最具发展前景的技术。


LTCC的分类


目前低温共烧陶瓷材料有三大类:微晶玻璃体系、玻璃+陶瓷复合体系和非晶玻璃体系。


微晶玻璃系


微晶玻璃是由一定组成的玻璃通过受控晶化制得的由大量微小晶体和少量残余玻璃相组成的复合体。它具有配方易调节,工艺简单且性能较优的特点。如低介电损耗,适用于制作工作频率在20~30GHZ的器件,以堇青石 

(2MgO·2Al2O3·5SiO2)、钙硅石(CaO、SiO2)及锂辉石(Li2O·Al2O3·4SiO2)应用最为广泛。微晶玻璃按基础玻璃组成一般可分为硅酸盐系统、铝硅酸盐系统、硼硅酸盐系统、硼酸盐系统以及磷酸盐系统等五大类。微晶玻璃采用硅酸盐类的玻璃-陶瓷材料,添加一种或多种氧化物,如P2O5、Li2O、B2O3、ZrO2、ZnO、TiO2、SnO2,烧结温度在850~1050℃,介电常数和热膨胀系数小。


玻璃+陶瓷复合系


这是目前最常用的LTCC材料。在陶瓷中加入低熔点的玻璃相,烧结时玻璃软化,粘度下降,从而可以降低烧结温度。玻璃主要是各种晶化玻璃,陶瓷填充相主要是Al2O3、SiO2、堇青石、莫来石陶瓷等。烧结温度在900℃左右,工艺简单灵活,容易控制调节复合材料的烧结特性和物理性能,介电常数及其温度系数小,电阻率高,化学稳定性好。


非晶玻璃系


将形成玻璃的氧化物进行充分混合,在800~950℃之间煅烧,然后球磨过筛,按照陶瓷工艺成型烧结成为致密的陶瓷基板。这种体系工艺简单,成分容易控制,但陶瓷基板的综合性能不太理想,如机械强度较低,介质损耗较大,目前很少采用。


LTCC的制备工艺及应用


LTCC陶瓷种类固然很多,但其陶瓷料制备的方法一般分为两种,即高温熔融法和化学制备法。高温熔融法是将各种氧化物按照预定的比例混合,在高温熔炼炉(一般高于1400℃)中发生液相反应,经过水淬,最后球磨或者超声粉碎,获得玻璃陶瓷粉料;化学制备法是将不同比例的氧化物和反应物溶入特定的溶液里,经过反映产生沉淀,沉淀物为玻璃陶瓷粉料,这种方法制得的粉料活性较高。


LTCC工艺涉及到陶瓷浆料的准备和配制,并流延成为最大可达几毫米的生瓷带料。然后,生瓷带被裁切为单独的小片,通过机械或激光的方法冲制需要的通孔。下一步,利用丝网印刷、微孔注浆等技术将金属导体(Cu、Ag和Au等)填充生瓷带上的孔,并制作导电图形。最后,将单层的生瓷带按工艺要求堆叠在一起,经单轴和等静压力层压而结合在一起,低温(900~1000℃)烧结成型,最终制成高密度集成电路,也可以内置无源元件,货在表面贴装IC和有源元件,或无源/有源的混合集成功能模块。




LTCC制备工艺流程图


由于LTCC优异的性能,它已被成功的应用于电路集成封装,多芯片模块(MCM),微电子机械系统(MEMS),各种片电感,片电容,片式变压器,片式天线的制造。应用领域涉及通信,汽车电子,医疗电子,航空航天和军事电子等。


参考资料:

张晓辉、郑欣.低温共烧陶瓷材料的研究进展

王瑞庭.低温共烧陶瓷技术的现状和走向

郑琼娜、王双喜等.低温共烧陶瓷材料及其制备工艺


(中国粉体网编辑整理/初末)

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