1引言

　　世界電子產(chǎn)品已進(jìn)入一個(gè)速度更快,、密度更高、體積更薄,、成本更低且要求更有效散熱的封裝時(shí)代,。隨著無(wú)線電通信領(lǐng)域（如手機(jī)）的迅速商業(yè)化，對(duì)降低成本,，提高性能有很大的壓力,。LTCC（低溫共燒陶瓷）技術(shù)是一種低成本封裝的解決方法，具有研制周期短的特點(diǎn),。本文*述了利用LTCC技術(shù)在滿足微電子工業(yè)發(fā)展,，特別是大功率RF電路要求上應(yīng)用的可行性。

　　2LTCC技術(shù)概覽

　　LTCC是一種將未燒結(jié)的流延陶瓷材料疊層在一起而制成的多層電路,，內(nèi)有印制互連導(dǎo)體,、元件和電路，并將該結(jié)構(gòu)燒成一個(gè)集成式陶瓷多層材料,。 LTCC利用常規(guī)的厚膜介質(zhì)材料流延,，而不是絲網(wǎng)印制介質(zhì)漿料。生瓷帶切成大小合適的尺寸,，打出對(duì)準(zhǔn)孔和內(nèi)腔,，互連通孔采用激光打孔或機(jī)械鉆孔形成。將導(dǎo)體連同所需要的電阻器,、電容器和電感器網(wǎng)印或光刻到各層陶瓷片上,。然后各層瓷片對(duì)準(zhǔn)、疊層并在850℃下共燒,。利用現(xiàn)有的厚膜電路生產(chǎn)技術(shù)裝配基板和進(jìn)行表面安裝,。

　　3LTCC工藝概覽

　　LTCC原材料由有機(jī)和無(wú)機(jī)成分混合物組成。有機(jī)成分是聚合物粘接劑和溶解于溶液的增塑劑組成,。諸如聚乙烯醇縮丁醛,、聚塑醛丙酮和低級(jí)的烷（烴）基丙烯酸鹽共聚合物。丙烯酸酯還在使用,，是因?yàn)樗鼈兡鼙磺鍧嵉卦诳諝庵信拍z（或在溫度300℃～400℃之間,，惰性氣氛下）。要求粘接劑Tg低,，分子強(qiáng)度高,，排膠特性好,。粘接劑通常為5％wt（粘接劑的百分比越高，燒成后的收縮率越高）,。

　　無(wú)機(jī)部分由陶瓷和玻璃組成,，通常是按1：3配比。陶瓷的選擇取決于所需要的特性,，如熱膨脹系數(shù)（CTE）和熱導(dǎo)率,。優(yōu)選的低CTE陶瓷有石英玻璃、莫來(lái)石,、堇青石和氧化鋯。為了實(shí)現(xiàn)更高的CTE,，優(yōu)選的陶瓷是Al2O3,、石英、鎂橄欖石和鋯酸鈣,。

　　玻璃的選擇依賴所需要的特性,，如介電常數(shù)、附著力,、CTE和損耗角正切值,。玻璃軟化點(diǎn)必須高到在開(kāi)始致密化之前完成排膠，低至能保證高密度燒結(jié),。常用的增塑劑和溶劑有二甲酸,、丙酮、二甲苯,、甲醇和乙醇,。然后把各組分在油漆狀的懸浮液（稱作釉漿）中進(jìn)行碾磨和均勻化，澆注在一個(gè)移動(dòng)的載帶上（通常為聚酯膜）,，通過(guò)一個(gè)干燥區(qū),，去除所有的溶劑，通過(guò)控制刮刀間隙,，流延成所需要的厚度,，粘度和載帶收縮率。此工藝的一般厚度容差是±6％,。其他流延技術(shù)可用于實(shí)現(xiàn)更小的容差,。

　　然后把生（未燒結(jié)）瓷帶在不銹鋼桌上展開(kāi)，切成片狀（略大于沖片尺寸）,。在120℃下加熱約30分鐘預(yù)處理陶瓷片（或在N2干燥箱中存放24小時(shí)）,。采用沖床將預(yù)處理的生瓷片沖成最后工作尺寸。定位圖形也在此過(guò)程中產(chǎn)生,。

　　下一步是形成通孔,，利用機(jī)械沖壓,、鉆孔或激光打孔技術(shù)形成通孔。通孔是在生瓷片上打出的小孔（通常直徑為5密爾～8密爾）,，用在不同層上以互連電路,。在此階段還要沖制模具孔，幫助疊片時(shí)的對(duì)準(zhǔn),；對(duì)準(zhǔn)孔用于印刷導(dǎo)體和介質(zhì)時(shí)自動(dòng)視頻對(duì)準(zhǔn),。

　　接著是通孔填充，利用傳統(tǒng)的厚膜絲網(wǎng)印刷或擠壓把特殊配方的高固體顆粒含量的導(dǎo)體漿料填充到通孔,?？删幊逃?jì)算機(jī)數(shù)控沖床可用于獲得不銹鋼或黃銅模版。通孔填充漿料的收縮率要與生瓷帶收縮率匹配,。

　　下一步是利用標(biāo)準(zhǔn)的厚膜印刷技術(shù)對(duì)導(dǎo)體漿料進(jìn)行印刷和烘干,。通孔填充和導(dǎo)體圖形在120℃箱式爐中烘干約5分鐘。根據(jù)需要,，所有電阻器,、電容器和電感器在此階段印刷和烘干。

　　接著是檢查,、整理和對(duì)準(zhǔn),。檢查、整理和對(duì)準(zhǔn)不同層,，使每層中的對(duì)準(zhǔn)孔同心并準(zhǔn)備疊層,。疊層期間（無(wú)論是單軸還是等靜壓），整理和對(duì)準(zhǔn)的基板層被熱壓在一起（通常為70℃,，3000psi下10分鐘）,。然后一步共燒疊層。200℃～500℃之間的區(qū)域被稱為有機(jī)排膠區(qū)（建議在此區(qū)域疊層保溫最少 60分鐘）,。然后在5分鐘～15分鐘將疊層共燒至峰值溫度（通常為850℃）,。氣氛燒成金屬化的典型排膠和燒成曲線會(huì)用上2小時(shí)～10小時(shí),如圖1所示。

圖1LTCC典型的燒成曲線

　　燒成的部件準(zhǔn)備好后燒工藝,，如在頂面上印刷導(dǎo)體和精密電阻器,，然后在空氣中燒成。如果Cu用于金屬化,，燒結(jié)必須在N2鏈?zhǔn)綘t中進(jìn)行,。然后對(duì)電路進(jìn)行激光調(diào)阻（如果需要）、測(cè)試,、切片和檢驗(yàn),。LTCC封裝中可用硬釬焊引線或散熱片(如果需要)。在此階段,，封裝準(zhǔn)備好后續(xù)的工藝,，如下所示,。

　　流延→卷帶→切片→預(yù)處理→沖片→第1層→沖孔→通孔填充→印刷導(dǎo)體→檢驗(yàn)/核對(duì)/對(duì)位→疊層→燒成/共燒→后燒工藝→電測(cè)試→切片→

　　多層工藝時(shí)，要重復(fù)第6步到第10步,。

　　4LTCC材料的特性

　　4．1生瓷帶材料

　　生瓷帶是LTCC系統(tǒng)確定關(guān)鍵性能的主要成分,，包括介電常數(shù)、損耗因子,、絕緣電阻,、擊穿電壓、抗彎強(qiáng)度,、CTE和熱導(dǎo)率,。

　　4．2導(dǎo)體

　　導(dǎo)體漿料絲網(wǎng)印刷形成電路的導(dǎo)體部分。顆粒尺寸,、顆粒組織和尺寸分布在決定燒成導(dǎo)體的最終電性能和物理性能上起著重要作用,。選擇合適的金屬化取決于各種因素的組合，如電阻率,、可焊性、引線鍵合力,、與系統(tǒng)中其他元件的兼容性,、用途（通孔填充、焊接,、接地層）,、電子遷移、衰減,、RF性能,、熱導(dǎo)率、載流能力,、附著力,、流變學(xué)、抗腐蝕性,、外觀和成本,。表1列舉出LTCC技術(shù)采用的各種金屬化材料。

　　值得一提的是光刻蝕導(dǎo)體的獲得,，因?yàn)樗茉贚TCC基板上產(chǎn)生很細(xì)的線條和間隔（<50μm）,。

表1 LTCC采用的導(dǎo)體材料

4．3電阻漿料

　　厚膜電阻漿料用于制造無(wú)源電阻器元件。電阻漿料和導(dǎo)體漿料一樣,，由玻璃料,、導(dǎo)電粉和有機(jī)載體混合物組成。通過(guò)變化玻璃和導(dǎo)電粉的配比實(shí)現(xiàn)不同的電阻率（玻璃含量越高,，電阻率越高）,。大多數(shù)氣氛燒成的電阻器是在導(dǎo)電相材料上制成,，如釕酸鹽,、釕酸鉍和釕酸鉛,。選擇合適的電阻材料取決于諸如方阻、功耗,、頻率響應(yīng),、電阻溫度系數(shù)、短期過(guò)載和高電壓等的需求,。LTCC應(yīng)用的電阻材料有表面安裝型和內(nèi)埋型兩種,。表面安裝型電阻器，其阻值從 5Ω/□～2MΩ/□,，調(diào)阻后的容差可以小到±1％,。內(nèi)埋電阻器的阻值范圍從10Ω/□～100KΩ/□。由于內(nèi)埋不能在燒成之前調(diào)阻,，容差一般是± 25％,。

圖2螺旋電感器

　　4．4電容器介質(zhì)

　　電容器材料有載帶型和漿料型。LTCC系統(tǒng)的電容介電常數(shù)從3.9～200,。高K材料的研制是替代X7R,，Z5U和NPO型電容器的關(guān)鍵。X7R電容器容量范圍為10pF～3000pF,，而NPO型則不到0.3％,如表2

表2 LTCC系統(tǒng)應(yīng)用的電容器

4．5電感器漿料

　　電感器也能集成到LTCC系統(tǒng)中,，但該技術(shù)尚未成熟。各種應(yīng)用如圓螺旋,、方螺旋,、蛇形和單環(huán)形電感器已用于RF領(lǐng)域。寄生和互連到電極/板會(huì)影響最終電感值和電路Q,。直線式電感器的一般方程如下：

　　L(Ind.)=5.08×10－3×L×[Ln(L/(w＋t)＋1.19＋0.022×L/(w＋t)×nH/mil

　　其中,，L(Ind.)=電感（nH），L=導(dǎo)體長(zhǎng)度（密爾）,，t=導(dǎo)體厚度（密爾）,，w=導(dǎo)體寬度（密爾）

　　螺旋式電感器一般關(guān)系由下列方程式支配：

　　L(Ind.)=0.03125×N2×do×nH/mil

　　do=5×di=2.5n(w＋s)

　　其中,L(Ind.)=電感(nH)，do=螺旋外徑,，di=螺旋內(nèi)徑,，N=匝數(shù)，s=導(dǎo)體間隔,，w=導(dǎo)體寬度

　　對(duì)于螺旋電感器,建議線要盡可能寬,同時(shí)保持整個(gè)電感體直徑盡可能小(見(jiàn)圖2),。為提高每單位長(zhǎng)度的能量存儲(chǔ)，螺旋中心應(yīng)有足夠量的空間，由于表面電阻是隨著頻率平方根的函數(shù)直接變化,。實(shí)驗(yàn)表明,，Q增加到一定頻率，然后迅速回落,。另外,，實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于同一內(nèi)尺寸,，圓形螺旋比方形螺旋的Q值高 10％,，雖然電感量約低于20％。

　　5應(yīng)用LTCC的優(yōu)勢(shì)

　　LTCC的研制周期短,，啟動(dòng)成本低,，是一種低成本封裝方法。它利用光成像材料,，以相對(duì)低的成本通過(guò)薄膜技術(shù)形成細(xì)線和間隔,。LTCC具有堅(jiān)固的、致密又可靠的封裝,，能夠做成多層結(jié)構(gòu),，通過(guò)集成無(wú)源元件如電阻器、電容器和電感器實(shí)現(xiàn)微型化,。這些無(wú)源元件印刷在表面層時(shí),，也能激光調(diào)阻到很小的容差。另外,，LTCC的介電常數(shù)低（低至3.9）、介質(zhì)損耗低和衰減低,。制成的封裝具有不同的CTE和熱導(dǎo)率要求,。LTCC焊接引線和散熱片材料，具有3D 設(shè)計(jì)的高密度互連,，內(nèi)埋無(wú)源和3D元件,。平行加工允許檢驗(yàn)個(gè)別層和同時(shí)共燒所有層的優(yōu)勢(shì)，形成最終的高產(chǎn)量和低成本,。在經(jīng)受不同溫度和濕度條件下時(shí),，與其他RF基板材料比較，影響RF性能的材料特性,，如介電常數(shù),、介電損耗和衰減仍舊相對(duì)穩(wěn)定。LTCC具有空腔的能力,，可將芯片直接粘貼到散熱片,，然后利用絲焊將引出端鍵合到不同層。

　　6結(jié)束語(yǔ)

　　LTCC為大功率RF應(yīng)用提供了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，足以彌補(bǔ)其缺陷,。隨著新材料的不斷研究和改善,，不久的將來(lái)，為大功率RF應(yīng)用選擇基板和封裝技術(shù)的時(shí)候,，LTCC會(huì)成為最佳的選擇之一,。