一分钟带你认识LTCC
射频学堂 2022-09-26

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。


1LTCC技术


LTCC(Low Temperatrue Co-fired Ceramic)即低温共烧陶瓷,是1982年由美国休斯公司开发出的新型材料技术。


LTCC是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带,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,并将多个无源器件嵌入其中进行叠压,最后在1000℃以下进行烧结,在其表面可以贴装IC和有源器件,从而形成LTCC无源/有源集成的功能模块。


为什么叫低温共烧陶瓷?顾名思义,低温是1000℃以下(相对于高温陶瓷1500以上)



LTCC技术最大的特点之一就是其实现了利用不同层来制作3D结构的可能性.


随着技术的发展.对电子元器件和组件的性能和功能的要求越来越高,而对于产品的尺寸却要求其越来越小,LTCC技术恰好能满足这两方面的要求,因而其在微电子领域得到了广泛的应用.


LTCC技术是无源集成的主流技术。

LTCC可以实现三大基础元器件(电阻、电容、电感)及其各种无源器件(如滤波器、变压器等)封装于多层布线基板中,并与有源器件(如功率MOS、晶体管、IC模块等)共同集成为完整的电路系统。

长期以来,电路中多采用PCB板实现电气互联,但是由于阻、容、感、滤波器等基于陶瓷材质的无源器件需要高温烧结,因此无法集成在多层PCB板中,LTCC工艺的必要性显现。

LTCC技术是一种低成本封装的解决方法,具有研制周期短的特点。

低温共烧陶瓷技术可满足后者轻,薄,短,小的需求。

然而,低温共烧陶瓷基板具有高硬度和易碎的特性。因此,当切割机切割硬基板,在基板和切割刀片之间会产生一个较大的摩擦力,该摩擦产生的应力转移到切割刀片。这会导致以LTCC为基板的电子产品合格率和产量的下降。

因此,当陶瓷基板被切割加工时如何提高产品的得率是一个重要的课题。 下图为典型的LTCC基板示意图,由此可知,采用LTCC工艺制作的基板具有可实现集成电路芯片封装、内埋置无源元件及高密度电路组装的功能。

2LTCC基板加工工艺图为LTCC基 板制造的工艺流程图,主要有混料、流延、打孔、填孔、丝网印刷、叠片、等静压、排胶烧结等主要工序,下面简单介绍各个工序工艺。

关键工位:打孔,印刷,叠层,这些都是影响产品良率的核心工位


LTCC制造的工艺流程图

混料与流延:将有机物(主要由聚合物粘结剂和溶解于溶液的增塑剂组成)和无机物(由陶瓷和玻璃组成)成分按一定比例混合,用球磨的方法进行碾磨和均匀化,然后浇注在一个移动的载带上(通常为聚酯膜),通过一个干燥区,去除所有的溶剂,通过控制刮刀间隙,流延成所需要的厚度。此工艺的一般厚度容差是±6%。

打孔:利用机械冲压、钻孔或激光打孔技术形成通孔。通孔是在生瓷片上打出的小孔(直径通常为0.1-0.2mm),用在不同层上以互连电路。在此阶段还要冲制模具孔,帮助叠片时的对准;对准孔用于印刷导体和介质时自动对位。

印刷:利用标准的厚膜印刷技术对导体浆料进行印刷和烘干。通孔填充和导体图形在箱式或链式炉中按相关工艺温度和时间进行烘干。根据需要,所有电阻器、电容器和电感器在此阶段印刷和烘干。

通孔填充:利用传统的厚膜丝网印刷或模板挤压把特殊配方的高固体颗粒含量的导体浆料填充到通孔。

排胶与烧结:200-500℃之间的区域被称为有机排胶区(建议在此区域叠层保温最少60min)。然后在5-15min 将叠层共烧至峰值温度(通常为850℃)。气氛烧成金属化的典型排胶和烧成曲线会用上2-10h。烧成的部件准备好后烧工艺,如在顶面上印刷导体和精密电阻器,然后在空气中烧成。如果Cu用于金属化,烧结必须在N2链式炉中进行。

检验:然后对电路进行激光调阻(如果需要)、测试、切片和检验,LTCC 封装中可用硬钎焊引线或散热片(如果需要)。



3LTCC应用


LTCC凭借突出的优势现已成为无源集成的主流技术,广泛应用于消费电子、通信、汽车电子、军工等市场。目前日本的村田、京瓷、东光(Toko)、TDK、双信电机(Soshin),韩国的三星(Samsung),台湾地区的华信科技(Walson)、ACX以及大陆地区的顺络电子、麦捷科技、南玻电子都是重要的市场参与者。


END

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