LTCC低溫共燒陶瓷工藝流程示意圖
定義
LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic）技術(shù)即低溫共燒陶瓷技術(shù)，是一種先進(jìn)的無源集成及混合電路封裝技術(shù),它可 將三大無源元器件（包括電阻器、電容器和電感器）及其各種無源組件（如濾波器、變壓器等）封裝于多層布線基板中，并與有源器件（如：功率MOS、晶體管、IC電路模塊 等）共同集成為一完整的電路系統(tǒng)。它是近年發(fā)展起來的令人矚目的整合組件技術(shù)，已經(jīng)成為無源集成的主流技術(shù)，成為無源元件領(lǐng)域的發(fā)展方向和新的元件產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。
?。?/font>1）LTCC單一元器件，包括片式電感、片式電容、 片式電阻和片式磁珠等等；
?。?/font>2）LTCC組合器件，包括以LC組合片式濾波器為代表，在一個(gè)芯片內(nèi)含有多個(gè)和多種元器件的組合器件；
（3）LTCC集成模塊，在一個(gè)LTCC芯片中不僅含有多個(gè)和多種無源元器件，而且還包含多層布線，與有源模塊的接口等等；
（4）集成裸芯片的LTCC模塊。在(3)的基礎(chǔ)上同時(shí)內(nèi)含有半導(dǎo)體裸芯片，構(gòu)成一個(gè)整體封裝的模塊。
優(yōu)勢
相對(duì)于傳統(tǒng)的器件及模塊加工工藝，采用LTCC技術(shù)具有以下主要的優(yōu)點(diǎn)：
1. 使用電導(dǎo)率高的金屬材料作為導(dǎo)體材料，有利于提高電路系統(tǒng)品質(zhì)因子；
2. 可以制作線寬小于50μm的細(xì)線結(jié)構(gòu)電路；
3. 可以制作層數(shù)很高的電路基板，并可將多種無源元件埋入其中，有利于提高電路及器件的組裝密度；
4. 能集成的元件種類多、參量范圍大，除L/R/C外，還可以將敏感元件、EMI抑制元件、電路保護(hù)元件等集成在一起；
5. 可以在層數(shù)很高的三維電路基板上，用多種方式鍵連IC和各種有源器件，實(shí)現(xiàn)無源/有源集成；
6. 一致性好，可靠性高，耐高溫、高濕、沖振，可應(yīng)用于惡劣環(huán)境；
7. 非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝，允許對(duì)生坯基板進(jìn)行檢查，從而有助于提高成品率，降低生產(chǎn)成本；
8. 與薄膜多層布線技術(shù)具有良好的兼容性；
因此，LTCC技術(shù)以其優(yōu)異的電學(xué)、機(jī)械、熱學(xué)及工藝特性，成為最具潛力的電子元器件小型化、集成化和模塊化的實(shí)現(xiàn)方式。
LTCC器件按其所包含的元件數(shù)量和在電路中的作用，大體可分為LTCC元件、LTCC功能器件、LTCC封裝基板和LTCC模塊基板。
LTCC功能器件：
早期通信產(chǎn)品內(nèi)的濾波器和雙工器多為體積很大的介質(zhì)濾波器和雙工器?，F(xiàn)在GSM和CDMA手機(jī)上的濾波器已被聲表面濾波器取代或埋入模塊基板中，而PHS手機(jī)和無繩電話上的濾波器則大多為體積小、價(jià)格低、由LTCC制成的LC濾波器，藍(lán)牙和無線網(wǎng)卡則從一開始就選用LC濾波器。
由LTCC制成的濾波器包括帶通、高通和低通濾波器三種，頻率則從數(shù)十MHz直到5.8GHz。LC濾波器在體積、價(jià)格和溫度穩(wěn)定性等方面有其無可比擬的優(yōu)勢，其不斷受到廣泛重視就不難理解了。
由LTCC制作的上述射頻器件在國外和我國臺(tái)灣省已有數(shù)年的歷史，日本的村田、東光、TDK、雙信電機(jī)，我國臺(tái)灣省的華信科技、ACX，韓國的三星等都在批量生產(chǎn)和銷售。我國內(nèi)地在2003年才從展覽會(huì)和網(wǎng)頁上看到，南玻電子公司和另一家公司著手開發(fā)類似產(chǎn)品。
LTCC片式天線：
WLAN和藍(lán)牙設(shè)備通信距離短，收發(fā)功率小，對(duì)天線的功率和收發(fā)特性要求不高，但對(duì)天線所占PCB的面積及成本要求很嚴(yán)。由LTCC制備的片式天線具有體積小、便于表面貼裝、可靠性高、成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于WLAN和藍(lán)牙。
LTCC模塊基板：
電子元件的模塊化已成為業(yè)界不爭的事實(shí)，其中尤其以LTCC為首選方式。可供選擇的模塊基板有LTCC、HTCC(高溫共燒陶瓷)、傳統(tǒng)的PCB如FR4和PTFE(高性能聚四氟已烯)等。HTCC的燒結(jié)溫度在1500℃以上，與之匹配的難熔金屬如鎢、鉬/錳等導(dǎo)電性能較差，燒結(jié)收縮不如LTCC易于控制。LTCC的介電損耗比RF4低一個(gè)數(shù)量級(jí)。PTFE的損耗較低，但絕緣性都較差。LTCC比大多數(shù)有機(jī)基板材料可更好地控制精度。沒有任何有機(jī)材料可與LTCC基板的高頻性能、尺寸和成本進(jìn)行綜合比較。
發(fā)展
國外和我國臺(tái)灣省對(duì)LTCC模塊基板的研究可謂如火如荼，已經(jīng)有多種LTCC模塊商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。僅生產(chǎn)手機(jī)天線開關(guān)模塊(簡稱ASM)的就有村田、三菱電工、京瓷、TDK、Epcos、日立、Avx等十多家。此外還NEC、村田和愛立信等公司的藍(lán)牙模塊、日立等公司的功放模塊等等，都是由LTCC工藝制成的。
LTCC模塊因其結(jié)構(gòu)緊湊、耐機(jī)械沖擊和熱沖擊性強(qiáng)，目前在軍工和航天設(shè)備上受到極大關(guān)注和廣泛應(yīng)用。今后其在汽車電子上的應(yīng)用將會(huì)非常廣泛。
國內(nèi)LTCC產(chǎn)品的開發(fā)比國外發(fā)達(dá)國家至少落后5年。這主要是由于電子終端產(chǎn)品發(fā)展滯后造成的。LTCC功能組件和模塊主要用于CSM，CDMA和PHS手機(jī)、無繩電話、WLAN和藍(lán)牙等通信產(chǎn)品，除40多兆的無繩電話外，這幾類產(chǎn)品在國內(nèi)是近4年才發(fā)展起來的。 深圳南玻電子有限公司引進(jìn)了目前世界上最先進(jìn)的設(shè)備，建成了國內(nèi)第1條LTCC生產(chǎn)線，開發(fā)出了多種LTCC產(chǎn)品并己投產(chǎn)，如:片式LC濾波器系列、片式藍(lán)牙天線、片式定向耦合器、片式平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器、低通濾波器陣列等，性能己達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平，并己進(jìn)入市場。目前，南玻電子正在開發(fā)LTCC多層基板和無線傳輸用的多種功能模塊。
國內(nèi)目前尚不能生產(chǎn)LTCC專用工藝設(shè)各。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)南玻電子引進(jìn)了一條完整的LTCC生產(chǎn)線，另外約有4家研究所己經(jīng)或正在引進(jìn)LTCC中試設(shè)備，開發(fā)LTCC功能模塊。
香港青石集成微系統(tǒng)公司(CiMS)長期從事微波電磁場的研究與LTCC產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。他們采用先進(jìn)的電磁場模擬優(yōu)化軟件，設(shè)計(jì)出了多款LC濾波器和LTCC模塊，取得了良好的效果。
目前，清華大學(xué)材料系、上海硅酸鹽研究所等單位正在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)LTCC用陶瓷粉料，但還尚未到批量生產(chǎn)的程度。國內(nèi)現(xiàn)在急需開發(fā)出系列化的、有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的LTCC用陶瓷粉料，并專業(yè)化生產(chǎn)LTCC用陶瓷生帶系列，為LTCC產(chǎn)業(yè)的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。南玻電子公司正在用進(jìn)口粉料，開發(fā)出為9.1、18.0和37.4的3種生帶，厚度為10-100μm，生帶厚度系列化，為不同設(shè)計(jì)、不同工作頻率的LTCC產(chǎn)品的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
應(yīng)用
1、在手機(jī)發(fā)展中的應(yīng)用：
我們知道，未來手機(jī)正朝著輕型化、多功能、數(shù)字化及高可靠性、高性能的方向發(fā)展，對(duì)元器件的小型化、集成化以至模塊化要求愈來愈迫切。LTCC低溫共燒陶瓷技術(shù)是近年來興起的一種令人矚目的多學(xué)科交叉的整合組件技術(shù)，它在推動(dòng)手機(jī)體積和功能上的變化中都起到了巨大的作用，正是實(shí)現(xiàn)未來手機(jī)發(fā)展目標(biāo)的有力手段。曾有人做了一個(gè)形象的比喻，將低溫共燒陶瓷制成的元器件比作一棟大廈，每一層有著不同的功能，但它們又是一個(gè)整體。LTCC 在手機(jī)中的用量約達(dá)80%以上，手機(jī)中使用的LTCC產(chǎn)品包括LC濾波器、雙工器、功能模塊、收發(fā)開關(guān)功能模塊。平常老百姓接觸到最多的就是手機(jī)、電話、無繩電話，現(xiàn)在用得最多的是藍(lán)牙耳機(jī)里面的天線。只要體積小的，無線接收的設(shè)備肯定要用到濾波器、天線，這些都離不開LTCC。LTCC器件的體積很小，最小的只有1mm×0.5mm，放在手中，可以說，只要稍微打個(gè)噴嚏可能就不見了。
2、基于LTCC技術(shù)的天線制作：
天線是任何無線電系統(tǒng)的基本組成部分，隨著無線通信的不斷發(fā)展，通信設(shè)備的集成度越來越高使得其體積越來越小，這就對(duì)天線的小型化提出了更高的要求，而利用LTCC技術(shù)能進(jìn)一步縮小天線的體積而滿足系統(tǒng)小型化的要求。LTCC以其高耐溫性、高熱傳導(dǎo)率、低介質(zhì)損耗、優(yōu)良的高頻高Q 等特性非常適宜作為小型化天線的材料，而LTCC工藝所具備的多層技術(shù)又使得天線的布局從二維走向三維，為天線的小型化創(chuàng)造了更加良好的工藝條件。
3、LTCC在微波器件中的作用：
在眾多的微波介質(zhì)板材中，LTCC相對(duì)于HTCC更具優(yōu)勢。它結(jié)合了共燒技術(shù)和厚膜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，減少了昂貴、重復(fù)的燒結(jié)過程，所有電路被疊層熱壓并一次燒結(jié)，節(jié)省了時(shí)間，降低了成本，減小了電路的尺寸；對(duì)于射頻微波領(lǐng)域，更重要的是它具有高品質(zhì)因數(shù)、高穩(wěn)定性、高集成度等優(yōu)點(diǎn)。因此，LTCC已成為民用和軍品電子系統(tǒng)理想的選用材料。目前，基于LTCC技術(shù)的微波器件已開始應(yīng)用于手機(jī)、小靈通、無繩電話等各種移動(dòng)通信設(shè)備中，在藍(lán)牙、無線局域網(wǎng)卡、天線開關(guān)等模塊中也大有用武之地。低溫陶瓷共燒(LTCC)技術(shù)采用厚膜材料，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的版圖圖形和層疊次序，將金屬電極材料和陶瓷材料一次性共燒結(jié)，獲得所需的無源器件及模塊組件。金屬帶的層疊技術(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)層與層之間電容和電感的耦合，利用交叉電容耦合的方法就可以在阻帶獲得能改善傳輸特性的傳輸零點(diǎn)。此外，LTCC采用高電導(dǎo)率的金、銀等金屬作導(dǎo)電介質(zhì)，在燒結(jié)過程中不會(huì)氧化，因此無需電鍍保護(hù)；LTCC陶瓷基片的組成成分可變，根據(jù)配料的不同可生成具有不同電氣性能的介質(zhì)材料，各參量在一定范圍內(nèi)可調(diào)整，從而增加了設(shè)計(jì)的靈活性。
