LTCC生产方案工艺和概述部分0001

1、LTCC生产线项目方案概述所谓低温共烧陶瓷 （Low-temperature cofired ceramics,LTCC） 技术，就是将低温烧结陶瓷粉制成厚 度精确而且致密的生瓷带，作为电路基板材料，在生瓷带上利用机械或激光打孔、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900C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

2、，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（component） 基板（substrates ）与模块（modules ）。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%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

3、件和模块在民用领域主要用于CSMCDMA口 PHS手机、无绳电话、WLAf和蓝牙等通信产品。另外，LTCC技术由于自身具有的独特优点，在军事、航天、航空、电子、计算机、汽车、医疗等领域均获得 了越来越广泛本推荐方案集成当今世界先进的自动化设计，生产、检测设备于一体，同时考虑军工生产的特点和厂家的 售后服务能力，是专门为贵所量身定制的解决方案。在方案的设计中地考虑到军工产品多品种、小批量和高质量 要求地特点，在选用设备时以完整性、灵活性、可靠性为原则，其中在一些关键环节采用了一些国外较先进及技 术含量较高和性能稳定的设备。由于是多家制造商的设备连线使用，所以必须由集成供应商统一安装调试和培训，并

4、提供长期的工艺和设 备配套服务。（二）项目发展的必要性1、国家发展需要。九五期间国家投巨资建设 LSI 高密度国家重点工业性试验基地， 其目的是进行高密度 LSI 产品的开发和生产技术研究，为封装产品的产业化提供技术支持。它的开发和研究成果直接为产业化服务，在试 验基础上，尽快建设产业基地不仅是国家的需要也是市场的需要。2、微电子技术进步的需要。 信息产业是知识经济的支柱，作为其核心的微电子技术在不断迅猛发展，我国 的微电子技术，特别是 LSI 技术的发展却相对滞后，除管理决策，资金等因素外，封装技术的落后，也是一个重 要因素，建设 LSI 高密度封装产业基地，以强大的科研和产品开发能力，以高

5、质量的封装产品支持我国集成线路 行业的技术进步，具有十分重要的意义。3、21世纪国防战略的需要。 陶瓷封装产品以高可靠、 高性能、小型化、多功能为其特点，这正与电子装备 短、薄、轻、小化的需求相对应，国产的导弹、卫生、计算机、通讯、指挥系统。尤其以高可靠、抗干扰、长寿 命为首要指标，高密度陶瓷封装更是首当其冲。4、市场的需要。 2010 年后中国集成电路的消费将达到 1000亿美元，约占世界市场的 20%，仅以现在应用 多的移动电话、笔记本电脑为例，国内诸如LCCC勺陶瓷封装产品的需求量10亿只以上，用于声表面波封装的无 引线陶瓷载体，仅京、圳两家公司年需求量就在亿只以上，以目前国内两家企业一

6、家研究所的生产能力，根本无 法满足市场需求。（三）项目的技术支撑（四）LTCC技术优势现代移动通讯、无线局域网、军事雷达等正向小型、轻、高频、多功能及低成本化发展，对元器件提出轻 量、小型、高频、高可靠性、价格低廉提高集成度的要求。而采取低温共烧陶瓷（ Low Femperature Co-Fired ） 技术制造多层基板，多层片式元件和多层模块是实现上述要求最有效途径。用于系统集成的低温共烧陶瓷（ LTCC：Low Femperature Co-Fired Ceramics ）多层基板中的“共烧”有 两层意思。其一是玻璃与陶瓷共烧，可使烧结温度从1650C下降到900C以下，从而可以用Cu

7、Ag、Ag-Pd Ag-Pt 等熔点较低的金属代替等难熔金属做布线导体，既可大大提高电导率，又可在大气中烧成；其二是金属导体布线 与玻璃陶瓷一次烧成，便于高密度多层布线。80年代初，低温共烧陶瓷（LTCC材料达到商业化水平，引起了高密度互联电路设计者的极大兴趣。LTCC 多层基板很快在各种高性能、中小批量产品、军事、航空等应用领域确立了举足轻重的地位。 90年代期间， LTCC 材料在大批量产品、中档位价格性能比的应用领域得到推广。如汽车控制组件、硬盘读写放大器等。低温共烧陶瓷（LTCC材料具有良好的性能特征：1、根据配料的不同，LTCC材料的介电常数可以在很大的范围内变动，可根据应用要求灵活

8、配置不同材料特 性的基板，提高了设计的灵活性。如一个高性能的 SIP（system in a package系统封装）可能包含微波线路、高 速数字电路、低频的模拟信号等，可以采用相对介电常数小于的基板来设计高速数字电路；相对介电常数为 6-80 的基板完成高频微波电路的设计；介电常数更多的基板设计各种无源元件，最后把它们层叠在一起烧结完成整个 SIP器件。便于系统集成、易于实现高密度封装。2、 LTCC材料具有优良的高频、高Q值、低损耗特性，加之共烧温度低，可以用 Ag、Ag-Pd Ag-Pt、Cu高 电导率的金属作为互连材料， 具有更小的互连导体损耗。 这些都有利于所高电路系统的品质因数，

9、特别适合高频、 高速电路的应用。3、 LTCC基板采多层布线立体互连技术，可以大大提高布线密度和集成度，IBM实现的产品已经达到一百多 层。NTT未来网络研究所以LTCC模块的形式，制作出用于发送毫米波段60GH濒带的SiP产品，尺寸为12mmX 12 伽X伽，18层布线层由mX6层和mX 12层组成，集成了带反射镜的天线、功率放大器、带通滤波器和电压控制 振荡器等元件。LTCC材料厚度目前已经系列化，一般单层厚度为1015um4、LTCCT艺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；以LTCC技术制造的片式多层微波器件，可表面

10、贴装、可承受波峰焊和再流焊等；在实 现轻、薄、短、小化的同时，提高可靠性、耐高温、高湿、冲振的特性，可适应恶劣环境。5、 LTCC可以制作多种结构的空腔。空腔中可以安装有源、无源器件；LTCd内可埋置（嵌入）无源器件； 通过减少连接芯片导体的长度及接点数，能集成的元件种类多，易于实现多功能化和提高组装密度；通过提高布 线密度和增加元器件集成度，可减少SiP外围电路元器件数目，简化与SiP连接的外围电路设计，有效降低电路 组装难度和成本。6、基于LTCC技术的SiP具有良好的散热性。现在的电子产品功能越来越多，在有限有空间内集成大量的 电子元器件，散热性能是影响系统性能和可靠性的重要因素。LTC

11、C材料具有良好的热导率，其热导率是有机材料 的20倍，并且由于LTCC勺连接孔采用的是填孔方式，能够实现较好的导热特性。7、 基于LTCC技术的SiP同半导体器件间具有良好的热匹配性能。LTCC勺TCE（热膨胀系数）与Si、GaAs InP等的接近，可以在基板上直接进行倒芯片（flip chip , FC组装，这对于采用不同芯片材料的SiP有着非同 一般的意义。经过近30年的研究开发，LTCC技术在实用化方面取得实质性进展。目前，大尺寸，大容量基板可以通过烧 结的控制技术大批量生产，明显降低成本；新的无机材料配方和工艺可降低高频损耗，使工作频率扩展到 90GHz 以上；光刻的厚膜导体可与LTC

12、C共烧，容昴形成线宽和间距均为50um的布线，会大大增强了 LTCC多层基板的高 密度性；平面电阻，电容，电感材料与LTCCM有结构相容性，将这些无源器件嵌入LTCC中，给集成封装和微型 射频提供广阔前景。（五）LTCC产品应用领域目前，LTCC产品主要应用于下述四个领域：1、高密度多层基板。由低介电常数的LTCC材料制作。LTCC适合用于密度电子封装用的三维立体布线多层 陶瓷基板。因其具有导体电阻率低、介质的介电常数小、热导高、与硅芯片相匹配的低热膨胀系数、易于实现多 层化等优点，特别适合于射频、微波、毫米波器件等。目前，随着电子设备向轻、薄、短、小方向的发展，设备工作频率的提高（如手机从目

13、前的400900MH提高到，甚至3040GHZ,以及军用设备向民用设备的转化，LTCC 多层基板将以其极大的优势成为无线通信、军事及民用等领域重要发展方向之一。下表列出了使用频率范围及相 应的电子设备系统。 超级计算机用多层基板。用以满足器件小型化、信号超高速化的要求。 下一代汽车用多层基板（EC部件）。利用其高密度、多层化、混合电路化等特点，以及其良好的耐热 性，作为一一代汽车电子控制系统部件，受到广泛注意。 高频部件（VC,TCX等）。对于进入GH濒带的超高频通信，LTCC多层基板将在手机、GPS定位系统 等许多高频部件广泛使用（参照表） 。 光通信用界面模块及HEM模块。2、多层介质谐振

14、器、微波天线、滤波器等微波器件。 利用中介电常数的LTCC材料制作。介质芯片天线不仅具有尺寸小，重量轻，较好的方向性，电气特性稳定等优点，而且具备低成本，大批量生产的经济上的优势。 它符合无线通信产品向轻、薄、短、小方的向发展的趋势，而成为近年来研究的热点。LTCC技术的成熟为介质芯片天线的发展提供了强大的动力。3、多芯片组件（Multi-ChiP Modules, MC）利用低介电常数的LTCC材料，与Ag、Ag-Pd Ag-Pt、Cu高 电导率金属的浆料图形共烧，形成三维布线的多层共烧基板，再经表面贴装将无源片式元件和多个裸芯片集成在 LTCC基板上，最后加盖密封形成多芯片组件（Multi

15、-Chip Modules, MC）与单芯片封装相比，MC可保证IC元 件间的布线最短。这对于时钟频率超过100MHZ勺超高速芯片来说，具有明显的优越性。MCM早在80年代初期就 曾以多种形式存在，最初是用于军事。当时是将裸芯片直接实装在 PCBh,或是多层金属一陶瓷共烧基板上；同 时IBM也曾将其应用在3081型大型计算机上，采用混合电路技术把100块IC实装在30层陶瓷基板上，称之为热 导组件（ TCM）。以前由于成本昂贵，MC大都用于军事、航天及大型计算机上。但随着技术的进步及成本的降低，MC将普及到汽车、通信、工业设备、仪器与医疗等电子系统产品上。MCME各种不同领域的特殊作用如下：

16、军事、航天：武器系统、汽车导航系统、卫星控制装置、高频雷达； 通信：电话、无线电传真、通信设备、同步光纤网络； 仪器设备：高频示波器、电子显微镜、点火控制/温度控制； 咨询： IC 存储卡、超级计算机、大型计算机、计算机辅助设计 /制造系统、个人计算机； 消费：放像机、摄录放像机、数码相机、高清晰度电视机。4、无源器件嵌入式系统封装（System in a Packages ip ）基板。利用低介电常数的LTCC基板和与之相容 的高介电常数的LTCC材料及高磁导率材料等，或直接利用现有的无源元件，可将四大无源元件，即变压器（T）、 电容器（0、电感器（L）、电阻器（R）嵌入多层布线基板中，与表

17、面贴装的有源器件（如功率 MOS晶体管、IC 电路模块等）共同集成为一完整的电路系统,可有效地提高电路的封装密度及系统的可靠性、保密性,特别适用 于移动通信、军事雷达、航空航天等领域（一）国内外市场 我们已经进入信息时代。目前,电子信息产业已成为世界性支柱与先导产业,先进工业国家把半导体集成 电路称为“工业之父”, LSI 芯片和电子封装技术在信息产业中扮演了十分重要的角色,随着电子产品的轻、薄、 短、小、高性能及芯片向高集成度、高频率、超高I/0端子数方向发展，大规模集成电路（LSI）高密度陶瓷封装 的应用将越来越广泛。1、电子封装市场前景方面 。目前国内每年大约需要 140亿片芯片,而国内

18、能供应的才 20%。据估计, 2010 年后,中国集成电路的年消费将达到 1000亿美元,约占当时世界市场的 20%,若其中 50%用于电子封装,则年产 值将达到几千亿人民币。2、HTC（高温共烧多层基板和ALN基板的市场前景方面。HTCC多层基板和ALN基板，具有许多固有的优点，BGA、 LTCC 广播如机械强度高、热导性能好，有广泛的用途。目前国内对HTC（基板和ALN基板的年需求量已分别超过100万rf和 5万rf,市场前景广阔。3、LTCC低温共烧多层基板的市场前景方面。LTCC低温共烧多层基板除可用于DIP、LCCC PGA QFP CSP MC等各种封装制品外，还可用于计算机主板、

19、高速电路基板、功率电路基板、汽车电子电路基板等。 还可代替混合集成电路（HIC）广泛应用于军事和空间技术通讯（包括电讯、无线电通讯、微波通讯、雷达、 和其他通讯、导航通讯）等。随着数字化技术的普及和工作频率的提高，LTCC的应用范围会急速扩大。4、LCCC勺市场前景方面。LCCC-元引线陶瓷片式载体，主要用于晶体振荡器和声表面波滤波器表贴化外 壳（即使用LCCC进行封装）;由于晶体振荡器和声表面波滤波器应用极广，需要量极大。而且随着高产量和高性 能的需求；对LCCC勺需求量也直线上升。通信和信息工业的迅速发展，有力带动了晶体振荡器市场的增长，其产 品也日趋小型化、表面贴装化和高精度化。近两年由

20、于应用面不断扩展和需求量的增多,造成市场供应紧缺,售 价也有上升，刺激制造商千方百计增加产量；日水晶体振荡器生产虽已增加，仍供不应求，尤其TCX（型晶体振荡 器更为紧缺。据专家预测,今年的需求将继续增加,特别是表面安装款式的产品。台湾电气和电子制造商协会约有14家成员工厂制造石英晶体器件，在台湾岛有10家，它们侧重生产高档级表面安装型SPXC产品，属于标准封 装晶体振荡器。每只价格约美元,专家估计；信息工作和通信工作对高档级表面安装振荡器的需求将急速增长, 今年的增长率将达到 50%,其中移动电话的需求将增长 100%、笔记本电脑的需求将增长 40%、台式电脑将增长20%。 台湾产品的出口率也

21、将大幅度增长，主要市场是美国、欧州、日本、韩国和新加坡。今年出口预计将增长30%r40%。随着需求的增长,制造商已满负荷生产。一些厂家正在扩大现有的生产能力,特别是表面安装款式的产品, USI公司表面安装型晶体振荡器，其生产能力将增加一倍、HOSONI公司于今年初生产表面安装款式产品，小型化 和表面安装型晶体振荡器是台湾发展的主要趋势。VCX（型现在流行XX尺寸，主要用在LAN卡、机顶盒、FM调制 器、自动频率控制及锁相环电路等方面，1998年以来，共应用日趋火爆，目前新型VCX啲尺寸是XX和XX SPXO 表面安装型最小尺寸为XX主要用于LAN卡、数字摄像机、计算机和电信产品。移动电话和个人

22、数字助理（PDA等便携式电子产品的迅速发展，也刺激了香港市场对晶体振荡器的强烈需 求，尤其是TCXO VCXO高档级产品。一些厂商如Interguip公司正在积极开发OCX产品，下半年将增加VCXO 表面安装型产品的生产。VCXO品的需求呈快速增长趋势，主要用于广播卫星接收机。今年许多制造商调整产品 结构，转向VCXO OCX蒔高精度产品的生产，其产品增长将超过300%标准钟表振荡器的需求增长大约20%-30% 小型化及表贴化也是香港的发展趋势。目前香港的种表振荡器最小尺寸作到3xgm精度100PPm要求达到50PPm.目前 世界SAW滤波器的年产量6亿只，多年用于移动通信，呈现出供不应求的态

23、势，主要生产国是日本、 德国和美国。我国开发SAW滤波器已有30多年时间，科研生间单位30多家，有较高的设计水平和批量生产经验。但由 于设备跟不上,缺乏象半导体工艺加工一样的精细加工设备（高精度的光刻设备和镀膜机等）致使生产水平较低, 年产仅数百只左右,形不成规模。航天据 Atted Bustimess Inlelligence Inc 预测,2010年晶体振荡器外壳,世界需求量在 6亿只左右,又据我 国权威人士预测计，我国用于手机于P汽车电子领域的晶振封装2010年需求在亿只，以后仍以年15%-30的速度 递增，国内主要需求厂商如下：深圳南玻集团公司声表面波器件封装用陶瓷基座 （LCCC-4

24、B年需求约9亿只；深 圳英达利公司石英晶体振荡器封装用陶瓷基座（LCCC-4B年需求不少于1000万只；北京七0七厂温度补偿型晶 体振荡器、及谐振器陶瓷基座年需求量 4000万只；欧克通信器材有限公司晶体振荡器陶瓷基座年需求量约 600万 只；南京华联兴电子有限公司晶振、谐振、声表面波器件用陶瓷基座年需求量 2000万只；台州水晶电子集团公司 晶振、谐振器件用陶瓷基座年需求量 1000万只；其它还有北京长峰声表面波公司、深圳三泽声表面波公司、 总么司 203所、23所、湖北东光电子公司、唐山晶源电子股份有限公司等都有不同数量陶瓷外壳的需求。LCCC可见，仅移动电话用表贴型封装的无引线陶瓷芯片载

25、体（LCCC就有一个巨大的市场。而以表贴型60%，2010年后，电子封装将是CSF和MCM的天下，其市场前景不可估量。目前国外一些大公司正在进行从 DIP、QFL PGA等向BGA CSP MC封装的改型工作。、外壳职代金属外壳的石英晶体振荡器、谐振器和声表面波滤波器的封装则更是款来的、巨大的潜在市场。5、 CSP及 MCM封装的市场前景方面。据估计，到2010年；在所有电子设备中，携带型的比例将超过（二）国内集成电路陶瓷封装生产现状目前，国内具备生产大规模集成电路陶瓷封装产品的主要有：闽航电子器件公司、信息产业部电子第十三 宜兴总厂引进航天部 771研二是位于北方所、信息产业部电子第四十三所

26、，宜兴电子器件总厂。电子十三所引进的国外先进设备较闽航少， 的是国外二手设备，技术相对落后。到目前为止尚无一家实现产业化。国内从事大规模集成电路陶瓷封装研究的主要科研单位有清华大学材料科学与工程研究院、 究所，由国家定点的大规模集成电路高密度封装国家试验基地一是位于南方的闽航电子器件公司， 的信息产业部电子第十三所。从这几年公司的发展来看，闽航电子器件公司具有明显的优势，该公司是福建南平无线电三厂与航天部771 研究所合资建立的部省联营企业，于2000年1月通过国家计委验收并授予“大规模集成电路高密度封装国家重点 试验基地”。现能生产DIP、QFP PGA LCC（等四大系列60多年品种的陶瓷

27、封装外壳，在承担国家从“六五”到 “九五”期间的多项LIS封装重点科技攻关课题和新产品试制项目中取得显著成绩，并有多项成果填补国家空白， 多次受到国家和福建省的表彰。目前闽航公司已与清华大学合作引进了 LTCC氐温共烧陶瓷技术。四、生产技术工艺（一） LTCC材料介绍1、LTCC材料的研究状况。目前，在技术产业推动下，开发能与银低温共烧的微波介质陶瓷材料已成为前沿 和热点问题，并取提突破性进展。目前，LTCC材料在日本、美国等发达国家已进入产业化、系列化和可进行地材 料设计的阶段。许多LTCC材料生产厂家可以提供配套系列产品；美国国家半导体 Dupont、村田制作所、松下、 京瓷等研发机构对L

28、TCC技术已研发多年，已经形成一定的材料体系，生产工艺也较为成熟。在专利技术、材料来 源及规格主导权方面均占优势。相比之下，我国的LTCC材料研发起步较晚，拥有自主知识 产权的材料体系和器 件几乎是空白。国内现在急需开发出系列化的，拥有自主知识产权的 LTCC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。以LTCC技术制造微波器件，陶瓷材料应具备以下几个要求：烧结温度应低于 950C :介电常数和介 电损耗适当，一般要求Q值越来越好；谐振频率的温度系数T f应小；陶瓷与内电极材料等无界面反应，扩 散小，相互之间共烧要匹配；粉体特性应利于浆料配制和流延成型等。目前，

29、已有较多的LTCC相I关文献和专利 报道。因微波介质陶瓷的研究不仅仅涉及除低烧结温度，而且应兼顾材料介电特性以及料浆设备、陶瓷与金属电 级共烧等工程应用方面的问题，技术开发难度很大。2、LTCC材料体系。微波介质材料与器件行业一方面为了缩小器件的体积而开发同介电常数的材料体系， 另一方面为了提高器件的灵敏度而研究高品质因子的材料配方，重视器件工作的同温度性而开发小谐振频率温度 系数的介质陶瓷，目前开发的可低温烧结的材料体系主要有：（1）低介电常数体系。低介电常数微波介质材料因其微波介电性能好，高频损耗小，介电常数小，适合巴 仑、滤波器、天线、模声等高频片式元器件和陶瓷基板的设计与制造，开始受到

30、人们的普通关注。介电常数小于 10,特别是介电常数在4 5之间的LTCC材料，由于可以发送信号延迟，目前主要集中在LTCC基板材料的应用上。 表1列出了研究较为成熟的基板材料。我国近来也研究出一些低介电常数的LTCC材料，浙江大学张启龙等研究的（Ca1-XMgXSiO3体系，通过添加CaTiO3 Li2CO3t V2O5等可以在900C烧结，材料性能优良，介电常数 =8 10；品质因数Qf25000GHZ谐振频率温度系数T f0,该材料能很好的与Ag电极匹配，可以用于多层介质开线， 巴伦、各类滤波器等多层频率器件设计生产。陈湘明等人研究的xMgO yZnO zAI2O3体系，得到介电常数为7

31、9, Qf值高达60, 000160, 000GHZ谐振频率温度系数接近零的微波介质材料，该材料可应用于高频陶瓷电容 器、温度补偿陶瓷电容器或微波基板等。目前华中科技大学的吕文中等人研究的uZnO-vSiO2-WTiO2 uMgO-vSiO2- WCaO-XTiO和uCaO-vWO3- WTiO体系，具有低介电常数、低损耗与近零谐振频优选法温度系数，可用于通讯系 统中介质天线、介质基板等微波无器件。国外一些公司的基板材料公司玻璃介质陶瓷填充相导体rac/10-6C -1康宁晶化玻璃堇青石Au杜邦铝硼硅酸盐玻璃AI2O3Ag、Au杜邦晶化玻璃堇青石AuHirachi铅铝硼硅酸盐玻壬苕 AI2OS

32、CaZr O3P b/Ag912一NEC硼硅酸盐玻璃SiO2、堇青石18 %49澎孔二氧化硅匕Au1NEC铅硼硅酸盐玻璃1 AI2OS SiO2Ag/PdWest ing houseCuO B2O3 AI2()3SiO2AuFerro晶化玻璃一Ag、AuPd/ Ag60Fyocera铝硼硅酸盐玻璃AI2O3AuFyocera铝硼硅酸盐玻璃SiO2Cu(2)中介电常数材料体系。其又可分为： BiNbO4体系。纯BiNbO4艮难获得致密陶瓷，通常通过掺杂烧结助剂来改善其烧结特性，从而提高其微 波介电性能。Ko等在BiNbO4中掺入%V2O和%CuO即可在900C的低温下获得致密的陶瓷，其介电性能为

33、： r=, Qf=22000GHZ,rf=2ppm/C。研究ZnO-B2O3 ZnO-B2O3-SiO2玻璃和 B203寸 BiNbO4烧结特性和微波性能的影响， 发现各边助剂通过液相烧结机制均能除低BiNbO4烧结温度至920C,ZnO-B2O3-SiO玻璃和B2O3寸介电性能尤其 是Q值影响较大，添加1wt% ZnO-B2O玻璃烧结的样品性能最佳，其 =41 , Qf=13500GHZ但BiNbO4系与Ag 电极材料会发生界反应，导致材料介电性能严重恶化，限制了该材料在多层微波频率器件中的使用。 Ca(Li1/3Nb2/3),TiO3 - 5体系。因其具有良好的微波介电性能和较低烧结温度

34、(20000 GHz t f= - 10+ 10ppm/C。虽然Zn-TiO2的结烧结温度可降低到 LTCC技术要求，且具有良好的微波性能，但相结构控制困难，且且采用BO助烧剂的材料配方无法流延成型。张启龙等通过添加ZnO -BdSiO2玻璃，实现ZnTiQ在900C的低温烧结，解决了添加BQ产生的料浆不稳定问题， 已在正原电气股份有限公司产业化生产。 ZnNb20e体系。Zhang等研究了 CuO-B2O-V2O(Cu BiV)复合助剂对ZnNbO烧结和介电性能的影响。研究表明：CuO BiQ、VQ能与ZnO形成共溶液相，少量复合助剂能使ZnNbO的致密化温度由1150C降至870C。添 加

35、%CuBiV的样品在890C烧结获得最佳介电性能： r= , Qf=67100 GHz t f= - C。Kim等研究了 FeVO对 ZnO-RONb2O- TiO 2(R=Sn,Zr,Ce)介电性能的影响。弓I入RO部分取代TQ，以调节材料的Tf值，并添加一定含 量的FeVO以实现陶瓷在900C烧结致密。在ZnONb2O-中添加2 wt%FeVO陶瓷的微波介电性能最佳：r=44 ,Qf=13000 GHz T f= - 9ppm/C。Zhang等采用相同方法在 ZnO-Nbd 中添加 wt% CUOV2Q，陶瓷在 860C烧结， 获得的微波介电性能为： r=，Qf=9000 GHz，t f=

36、 8ppm/C。 BaOTiO2体系。BaO-TiO体系中BaTiQ和Bam 具有优异的微波介电性能，但这两种陶瓷的烧结温度都比较高(均高于1350C),目前的研究方法是加入大量烧结助剂来降低烧结温度，但介电性能大幅度下降。Kim等在BaTi4Q中添加5wtw%ZnO3(摩尔比1： 1)玻璃，使烧结温度隆至900C,获得介电性能为： r=33 , Qf=27000 GHz T f= 7pp m/C。Hua ng等研究了添加BaO- E2Or SiO 2玻璃的BaTigQ 0陶瓷性能，陶瓷在900C可以烧结，微 波介电性能为： r= , Qf=1150 GHz采有溶胶一凝胶工艺预先在BaTigQ

37、。粉体表面镀上BaTi(BO3) 2膜，可阻止陶 瓷与玻璃在烧结过程中的瓜，保持介电性能的稳定。( 3) 高介常数材料体系。 其又分为： Bi 2O3 -ZnO-NbO5体系。BizO -ZnO-NbO(简称为BZN)陶瓷具有烧结温度低、r高、Tf可调等特点，可与低Pd含量的Pd-Ag电极浆料甚至纯Ag电极浆料共烧，是由我国首创的一类低温度烧结不含铅的高频陶瓷材料， 刚开始被作为电容器材料。目前，BZN瓷研究取得圈套进展，使原电容器材料作为微波介质陶瓷材料成为可能， 为微波介质材料的探索提供了新的途径。Kagata对BO3 (CaO,ZnO)-Nb2O5体系也作了系统的研究，组成为Bii8Ca

38、Nb2O5陶瓷在 950C下烧结时， r=59 , Qf=610 () , t f= 24ppm/C；样品在-25 20C和-20 85C之间的 Tf值相近，说明CaO勺加入使材料的Tf接近线性关系；Bi2O- CaO-Z nO- NbO陶瓷烧结温度925C，此时的样 品具有很高的和极低的T f , r=79 ,Qf=360 (), t f= ippm/CChoi能使含量增加，有第二相BiqVQ生 成，介电损耗迅速增加。典型的低温烧结Bi2(Zn1/3Nb2/3-xVx) Q陶瓷介电性能为： r=80 , Qf=3000GHz(6GHz, 陶瓷与Ag电极共烧情况良好。 Li -Nb-Ti体系。

39、Li2O-NbGTiO2(简称LNT)体系是一类重要的微波介质陶瓷材料，在某组分范围内组分 能形成固溶体Li1+x-Nb1-x-3y-Tix+4yO 3(简称为M相),M相具有较低的烧结的烧结温度(1100C)和良好的微波 介电特性： r=5578, Qf可达9000 GHz频率温度系数Tf可调。管恩祥以B2O3-ZnO-La2O玻璃为烧结助剂 对陶瓷进行低温烧结研究，陶瓷在900C烧结，获得微波介电性能为： r沁58, Q仕4800 Hz,t f沁11ppm/C。 Albina等通过掺入V2O降低Li 2O-NhO-TiO2烧结温度，添加2wt%VO,烧结温度TTiO2体系和BaO-Sm2O

40、3-TiO2 体 系 。 等 人 对 BaO-Ln2O3-TiO2 体 系 材 料 进 行 了 低 温 烧 结 究 90vol.%BaNdTi4O2(+1wt.%ZnO)/10vol.%BBSZ(BO:Bi 2O:SiO2：ZnO=27:35:26:32,摩尔比)，在 900C烧结，其介电 性能为： r=67 , Qf 1000GHz(6GHz) Tf =4ppm/C.陈尚坤等在 Ba 陶瓷中加入 .BaCu23CuO 和 5wt.%BaO-BO-SiO2,陶瓷在 950烧结， r =, Qf=2577GHz Tf =C，可与 Cu电极浆料低温共烧。In-SunCho等 通过添加锂硼硅酸盐玻璃

41、对BaO-( Nd1-xBix)2O 4TiO2系陶瓷进行低温化研究。玻璃助剂Li 2O-BQSiO2-AI 2CaO 的添加，使BaO-() 2Q4TiO2的烧结温度由1300C降到 900 C，介电性能为； r=68,Qf=2200GHz,Tf =55 pp m/C。BaO-Sr2O-TiO2体系的介电常数r可达Cho等人通过BG和CuO掺杂对BaSmTiQ?陶瓷进行 低温烧结研究.同时加入B3和%Cu可使烧结温度由1350C降低到870C ,其微波介电性能为： r=,Qf=4256GHz, T f= C 。 Jong-Hoo Paik 等 人 在 Basm2Ti 4O12 中 添 加 在

42、 875C 烧 结 , 得 到 陶 瓷 的 介 电 性 能 为 , r=60,Qf=4500GHz,T f=-30ppm/C。高介微波介陶瓷材料在低温烧结方面研究取得了一定的发展，部分高介入陶瓷的烧结温度已降低到C。, 但其微波介电性能破坏较大 , 同时存在浆料配制困难、与银电极发生界面反应等技术问题，真正能使用的材料较少。 因此仍需努力寻找新型低温烧结的高介电常数的微波介质陶瓷材料，以便能够满足多曾微波器件的需求。3、LTCC材料的应用状况及展望目前，在LTCC技术产业的推动下，开发能与AgA或Cu低温共烧的微波介质陶瓷材料已取得突破性进展， 已有较多的LTCC微波介质陶瓷相关文献和专利报道

43、。因LTCC微波介质陶瓷的研究不仅仅涉及降低烧结温度，而 且应兼顾材料介电特性以及料浆制备、陶瓷与金属电极共烧等工程应用方面的问题，技术开发难度很大：介电 性能破坏严重：利用掺杂氧化物、低熔点玻璃来实现微波介质陶瓷的低温烧结是目前使用最广泛最有效的方法， 但在烧结温度大大降低的同时，也不同程度地降低了材料的微波介电性能；难以配制粘度适中的料浆：如添加 B2O3 V2O5等烧结助剂的LTCC材料体系本身介电性能较好，但存在料浆粘度大、难以流延成型的问题；难以 保证陶瓷与电极材料的化学稳定性：部分介电性能优异的材料体系如 BiNbO4存在着与Ag电极发生界面的反应问 题，金属离子的扩散迁移会造成器

44、件性能的恶化甚至失效；陶瓷微观结构缺陷的影响：这将影响微波器件的电 性能。以上诸多因素造成目前微波介电陶瓷材料的研究大多停留在实验阶段，真正具有应用价值的LTCC微波介质 陶瓷材料不多。Ferro公司拥有(Zr,Sn)TiO3和(Ba,Nb) TiO3两种体系的LTCC微波介质陶瓷，其介电常数分 别为37和83。国内正原电气股份有限公司拥有自主开发的介电常数 sr为9和27的LTCC微波材料研究开发了 多种不同设计、不同工作频率的带通滤波器、 EMI 滤波器、平衡滤波器、巴伦、多层天线、天线开关模块等微波 器件。国际上有Dupont、Ferro、Heraeus三家提供数种s r 10的陶瓷生带

45、，国内开发LTCC器件的公司和研究 所也都在这些生瓷带，南波电子公司正在用进口陶瓷粉料，开发sr为、4的三种陶瓷生带，设计研发不同工作频率的微波器件。此外，为满足通信领域能集成化，从单个器件向由多个无源件与有源件组合的功能模块(MCM技术方向发 展需求，不同低温共烧陶瓷材料之间实现多层复合的技术是今后发展趋势。目前，Heraeus已开发出相关产品，国内浙江正原电气股份有限公司也已立项进行研究。随着未来电子元器件的模块化以及电子终端产品的过剩，价格成本的竞争必定会更加激烈，国内产家最初 采用的原料、设计直接从国外打包进口的做法已经难以满足价格战的要求。 我过对LTCC材料的研究明显落后，开 发、

46、优化拥有自主知识产权的新型LTCC材料体系和器件，不仅具有重要的社会效益而且具有显著的经济利益。(二) LTCC系统集成的制作工艺1 、制作工作流程LTCC系统集成的制作工艺包括下述几个步骤： 电路和结构设计：多层电路图的设计，层间互连孔的设计，带状线、微带线的电路模拟、阻抗匹配计算， 信号延迟串扰计算；元器件的结构设计，散热计算热应力分析，可靠性分析。 生片流延：流延浆料配制，载体选择，除泡技术，流延片厚度及精度控制，烘干技术。 打孔，开窗户、制空腔：采用机械冲孔或激光打孔。最小孔径，最小孔距离。大批量、高效率制作层间 通孔，保证孔隙、孔距精度、内壁光滑。 浆料填孔；可采用丝网印刷法或注浆法

47、，要保证填孔准确、饱满，不阴渗，不串孔。 丝网印刷：丝网印刷精度与浆料类型、粘度、网版类型，脱离高度，印刷压力，敌板速度及设备条件等 密切相关。 高分辨率布线：高频应用及高密度封装均需要高密度布线。死网印刷应保证线宽 /线间距达150/150,通 过光刻，用于贴装片式元件的表层厚膜导体，线宽 /线间距达 150/150。 定位和层叠：随着层间孔径、孔距变小，线宽/间距变细，对定位精度提供越来越高的要求。生片上通孔 的多少,印刷图形的疏密都对叠层产生影响。一层的松弛或折叠都会对定位精度和叠层。 层压等静压：模压或等静压。压力、温度和加压时间对共烧制品的质量有很大影响。 脱脂和共烧：脱脂、烧成曲线

48、的确定，收缩率控制，零收缩率烧结，翘曲度及表面粗糙度保证。 后处理：包括表面导体和电阻体的后烧成，表面贴装技术，引线连接(WB、划片、切分，LTCC模块检测等。其工艺流程图如下:陶瓷粉体严混合搅拌 T 流延卜烘干H打孑LF烧结_1热压H叠片通孔填充H印i=r导刷1-体V焊接HI检验I_H入库2. 1流延流延是一项相当精密的工艺，对于流延后的产品质量要求十分严格，以下几点可供参考:a.刮刀的表面光洁度流延刮刀一般用工具钢制成，它的耐磨性好，使用寿命长，但需注意保养，每次使用后必须清洗干净，并 防止硬物刮伤表面，使刮刀保持光滑平整。光滑平整的刮刀是获得厚度均匀，表面光滑膜带的关键。b浆料槽液面高度

49、浆料槽液面高度提高，浆料槽内的压力增大，使浆料通过刮刀间隙的流入速度增加，流延膜厚度增加，因 此维持液面高度均衡一致对控制流延膜厚度均匀性十分重要。大型的流延设备中通常需要带有液面传感器，控制 供浆阀门，控制液面高度变化在最小的幅度。C.浆料的均匀性流延用浆料必须充分分散均匀，当有未分散好的硬块、团聚体又未能过滤掉时膜带上就会产生疤痘状缺陷, 或因干燥烧成收缩不同产生凹陷。因此必须重视浆料的制备，在使用前必须过筛去除这些硬块和团聚体。如果浆 料中有气泡，流延前必须进行除泡处理。d流延厚度刮刀间隙的厚度与实际烘干成型厚度，不会一致，应为在烘干过程中有溶剂等的挥发，在浆料稳定，流延 其他条件如流速

50、，干燥温度一定的情况下，通常会有一个稳定的比例。一般可以通过流延试验得到有效的参数。e.制定并执行最佳的干燥工艺流延出的浆料膜经过干燥才能从基板上剥落下来。因此，制定合适的干燥工艺是获得高质量膜带的重要因 素。如果干燥工艺制定不当，流延膜常会出现气泡、针孔、皱纹、干裂，甚至不易从基板上脱落等缺陷。制定干 燥工艺的原则是：确保溶剂缓慢发挥，使膜层内溶剂的扩散速度与表面挥发速度趋于一致，防止表面过早硬化而 引起的后期开裂、起泡、皱纹等缺陷22打孔生瓷片上打孔是LTCC多层基板制造中极为关键的工艺技术，孔径大小、位置精度均将直接影响布线密度与 基板质量。在生瓷片上打孔就是要求在生瓷片上形成（） mn

51、直径的通孔，或生成方孔和异形孔。主要工艺问题：1、LTCC基板材料、厚度与冲头压力、凹模间隙等关系;2、位置精度控制。23印刷LTCC基板每层上的电路图形（包括导带、电阻、电容、电感等无源器件）是通过精密丝网印刷实现的。影 响厚膜图形质量的关键因素众多， 包括：丝网类型和目数、 乳胶类型、 印刷速率、 刮板或辗辊的硬度和接触角度、 压力和丝网的变形量等，必须严加控制。生瓷片上印刷的导体的厚度比一般厚膜工艺要求的厚度薄一些，各层生 瓷片之间的对位精度要高。主要工艺问题：1 、导体浆料的性能（触变性和流动性）2 、丝网张力、刮板速度、刮板角度和接触距离等印刷工艺参数控制24小孔填充小孔填充是为了填

52、充生陶瓷片上的通孔，目前有两种方法，但在小孔比较小或要求比较高的场合一般都运 用专业的小孔机。25叠片叠片也是LTC（生产中一道很重要的工序，叠片时除要求严格按照设计顺序外，还要求精确定位，以确保个 层之间图形的对准精确。批量生产中生瓷片上的定位孔是一种技术标准设计，无论基板尺寸的大小，在打孔，金 属化，叠片，热压等工序中，都使用同样大小的基片，同样大小的和位置的定位孔。26热压等静压成型是干压成型技术的一种新发展，但模型的各个面上都受力，故优于干压成型。该工艺主要是利用了液体或气体能够均匀地向各个方向传递压力的特性来实现坯体均匀受力27烧结影响烧结质量的因素主要有原料粉末的粒度，烧结温度，烧结时间，烧结气氛等，通常用以下物理指标来 衡量物料烧结质量的好坏 : 收缩率，机械强度，容重和气孔率2、采用的材料、工艺、技术采用的工艺有：先进的水溶性浆料流延新工艺； LTCC温共烧陶瓷新工艺。采用的技术有：新品CAD设计软件及应用技术包括LCCCBGA MCMLCC（大批量生产技术及CAM制造 软件系统，CAT在线测试系统技术；建立全线电脑网络化并实施全套 EDA技术；LTCC低温共烧氧化铝陶瓷技 术；氨化铝（AIN）材料，先进的水溶性浆料流延、烧结、合成技术；精密印刷丝网制