低温共烧陶瓷技术前景-LTCC产品的发展现状分析

摘要：介绍了低温共烧陶瓷（LTCC）的概念和特点，总结了国内LTCC的发展现状和新产品的开发进展，最后介绍了LTCC产品的广泛应用。

1 LTCC的概念和特点

所谓低温共烧陶瓷（Low-，LTCC）技术就是将低温烧结的陶瓷粉末制成具有精确厚度和密度的绿色瓷带。 作为电路基板材料，在绿色瓷带上采用激光钻孔和微孔灌浆。 、精密导体浆料印刷等工艺制作所需的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后将它们层压在一起并在900℃下烧结，制成三维电路网络的无源集成元件，也可以制作内置无源元件的三维电路基板，表面可贴装IC和有源器件，形成无源/有源集成功能模块。 总之，利用该技术可以成功制造各种高科技LTCC产品。 将多个不同类型和性能的无源元件集成到一个封装中的方法有很多种，包括低温共烧陶瓷（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集成元件包括在各种基板上承载或嵌入各种有源或无源元件的产品。 集成组件产品项目包括组件（）、基板（）和模块（）。

与其他多层基板技术相比，LTCC具有以下特点：

(1)容易实现更多的布线层数，提高装配密度；

(2)易于嵌入元件，提高装配密度，实现多功能；

(3)便于在烧制基板前对各层布线和互连孔进行质量检查，有利于提高多层基板的良率和质量，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；{}

(5)易于形成各种结构的腔体，从而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。 两者结合可以实现更高的组装密度和更好的混合多层基板和混合多芯片元件（MCM-C/D）的性能；

(7)易于实现多层布线和封装的一体化结构，进一步减小尺寸和重量，提高可靠性。

由于其独特的优势，LTCC技术在用于生产新一代移动通信中的表面贴装元件时将表现出巨大的优势。

2 各类产品不断推出

LTCC（低温共烧陶瓷）已进入产业化阶段。 日本、美国、欧洲等国家的公司都推出了各种性能的LTCC产品。 LTCC在我国台湾也发展迅速。 LTCC在2003年以后发展迅速，平均增长率为17.7%。 从目前来看，未来几年的发展速度将超过17.7%。 基板制造商开发的多层技术可以将未烧制的陶瓷粘合到可伐合金（Fe-Ni-Co）或铜-钼-铜（铜-钼）金属上。 这种多层印刷电路板制造工艺被称为低温共烧陶瓷金属（LTCC-M），可以减少收缩并提高导热性，有望缩小目前流行的射频（RF）电路和微波元件、高速度电路背板和光学元件等于元件封装尺寸并降低成本。 该技术使设计人员能够将组件嵌入到金属层中。 新技术将xy平面内的共烧收缩率降低至0.1%左右，远低于标准LTCC和HTCC工艺的12.7%-15%。 尺寸为 0.4mx0.4m 的多层 PCB 最多可有 24 层 1. 016m x 10-4m 厚。 元件可以小件直接组装到金属板层上，无需将完全封装的元件连接到基板上的吸热层。 当使用基于Kovar合金的工艺时，热导率平均为40W/mK结构陶瓷，当使用基于Kovar合金的工艺时，热导率约为170W/mK。 传统LTCC和HTCC工艺的热导率分别为2-3W/mK和24.7W/mK。

3、国内LTCC发展现状

国内LTCC产品的发展至少落后国外发达国家5年。 这主要是由于电子终端产品发展滞后所致。 LTCC功能元件和模块主要应用于CSM、CDMA和PHS手机、无绳电话、WLAN和蓝牙等通信产品。 除了40兆以上的无绳电话外，这类产品在中国是近四年才开发出来的。 深圳市南玻电子有限公司引进了世界上最先进的设备，建成了国内第一条LTCC生产线。 开发了多种LTCC产品并已投入生产，如：片式LC滤波器系列、片式蓝牙天线、片式定向耦合器、片式巴伦、低通滤波器阵列等性能已达到国内先进水平。国外同类产品已进入市场。 目前，南玻电子正在开发用于无线传输的LTCC多层基板和各种功能模块。

目前国内还无法生产LTCC专用工艺设备。 据不完全统计，国内南玻电子已引进完整的LTCC生产线，另有约4家研究院所已引进或正在引进LTCC中试设备，开发LTCC功能模块。

香港蓝石集成微系统公司（CiMS）长期从事微波电磁场的研究和LTCC产品的设计。 他们利用先进的电磁场仿真和优化软件设计了多种LC滤波器和LTCC模块，并取得了良好的效果。

目前，清华大学材料系、上海陶瓷研究所等单位正在实验室开发用于LTCC的陶瓷粉体，但尚未达到批量生产的水平。 我国迫切需要开发具有自主知识产权的系列LTCC陶瓷粉体，专业生产系列LTCC陶瓷生料带，为LTCC产业发展奠定基础。 南玻电子有限公司采用进口粉体材料研制而成。 。 绿带有9.1、18.0、37.4三种，厚度10-100μm。 生带厚度系列化，为开发不同设计、不同工作频率的LTCC产品奠定了基础。

4 LTCC的应用

LTCC产品应用范围广泛，如各种标准的手机、蓝牙模块、CPS、PDA、数码相机、WLAN、汽车电子、光驱等。其中，手机用途占主要部分，占超过80%； 其次是蓝牙模块和WLAN。 由于LTCC产品的高可靠性，其在汽车电子中的应用也越来越多。 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技术的目的是提高装配密度、缩小体积、减轻重量、增加功能、提高可靠性和性能、缩短装配周期。 压控振荡器（VCO）是移动通信设备的关键部件。 通过LTCC技术可以生产VCO，满足移动通信对小尺寸、轻量化、低功耗、低相位噪声（高C/N比）的要求。 目前国际上已应用LTCC技术制作高性能表面组装VCO，并已形成系列产品。 通过使用LTCC技术，VCO的体积大大减小。 从1996年到2000年，VCO的销量下降了90%以上。 这种表贴式VCO的体积仅为原带引线VCO体积的1/5-1/20。 采用LTCC技术生产的新型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，已广泛应用于移动通信领域。 这种小型化的VCO广泛应用于CSM、DCS、CDMA、PDC等数字通信系统终端以及全球定位系统(GPS)等卫星通信相关终端。

移动通信的快速发展进一步推动了DC/DC转换器的小型化，为SMD DC/DC转换器提供了广阔的应用市场。 国外许多电源制造商正在积极开发采用LTCC技术的标准SMD DC/DC转换器，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 转换器设计还提供更短的启动时间。 此外，LTCC技术还被用于生产片式多层天线、蓝牙元件、射频放大压控衰减器、功率放大器、移相器以及其他用于移动通信的表面贴装器件。