متطلبات المواد LTCC
تشتمل متطلبات خصائص المواد لأجهزة LTCC على الخصائص الكهربائية والخصائص الحرارية الميكانيكية وخصائص العملية.

ثابت العزل هو أهم خصائص مواد LTCC. نظرًا لأن الوحدة الأساسية لجهاز التردد اللاسلكي – طول الرنان يتناسب عكسيًا مع الجذر التربيعي لثابت العزل الكهربائي للمادة ، عندما يكون تردد عمل الجهاز منخفضًا (مثل مئات MHz) ، إذا كانت المادة مع استخدام ثابت عازل منخفض ، سيكون حجم الجهاز أكبر من اللازم للاستخدام. لذلك ، من الأفضل إجراء تسلسل لثابت العزل ليناسب ترددات التشغيل المختلفة.

يعد فقدان العازل أيضًا معلمة مهمة يتم أخذها في الاعتبار عند تصميم أجهزة التردد اللاسلكي ، وهي مرتبطة بشكل مباشر بفقدان الجهاز. من الناحية النظرية ، كلما كان ذلك أصغر كلما كان ذلك أفضل. معامل درجة حرارة ثابت العزل هو معلمة مهمة تحدد ثبات درجة حرارة الأداء الكهربائي لجهاز التردد اللاسلكي.

من أجل ضمان موثوقية أجهزة LTCC ، يجب أيضًا مراعاة العديد من الخواص الحرارية الميكانيكية عند اختيار المواد. الأكثر أهمية هو معامل التمدد الحراري ، والذي يجب أن يتطابق مع لوحة الدائرة ليتم لحامها قدر الإمكان. بالإضافة إلى ذلك ، بالنظر إلى المعالجة والتطبيقات المستقبلية ، يجب أن تلبي مواد LTCC أيضًا العديد من متطلبات الأداء الميكانيكي ، مثل قوة الانحناء σ ، والصلابة Hv ، وتسطيح السطح ، ومعامل المرونة E ، ومتانة الكسر KIC وما إلى ذلك.

“يمكن أن يشمل أداء العملية بشكل عام الجوانب التالية: أولاً ، يمكن تلبيدها عند درجة حرارة أقل من 900 درجة مئوية في بنية مجهرية كثيفة غير مسامية. ثانيًا ، يجب ألا تكون درجة حرارة التكثيف منخفضة جدًا ، حتى لا تمنع تصريف المواد العضوية في عجينة الفضة والحزام الأخضر. ثالثًا ، بعد إضافة المواد العضوية المناسبة ، يمكن صبها في شريط أخضر موحد وسلس وقوي.

تصنيف مواد LTCC
في الوقت الحاضر ، تتكون مواد السيراميك LTCC بشكل أساسي من نظامين ، هما نظام “الزجاج والسيراميك” ونظام “الزجاج + السيراميك”. يمكن أن يؤدي تناول المنشطات باستخدام أكسيد منخفض الذوبان أو زجاج منخفض الانصهار إلى تقليل درجة حرارة التكلس لمواد السيراميك ، ولكن تقليل درجة حرارة التلبيد محدود ، وسوف يتضرر أداء المادة بدرجات متفاوتة. جذب البحث عن مواد خزفية ذات درجة حرارة منخفضة للتلبيد انتباه الباحثين. الأصناف الرئيسية لهذه المواد التي يتم تطويرها هي سلسلة بورات قصدير الباريوم (BaSn (BO3) 2) ، وسلسلة germanate و tellurate ، وسلسلة BiNbO4 ، وسلسلة Bi203-Zn0-Nb205 ، وسلسلة ZnO-TiO2 ومواد خزفية أخرى. في السنوات الأخيرة ، التزمت مجموعة البحث Zhou Ji في جامعة Tsinghua بالبحث في هذا المجال.
خصائص المواد LTCC
يعتمد أداء منتجات LTCC كليًا على أداء المواد المستخدمة. تشتمل مواد السيراميك LTCC بشكل أساسي على مواد الركيزة LTCC ومواد التغليف ومواد أجهزة الميكروويف. ثابت العزل هو الخاصية الأكثر أهمية لمواد LTCC. يجب إجراء تسلسل ثابت للعزل في النطاق من 2 إلى 20000 ليكون مناسبًا لترددات التشغيل المختلفة. على سبيل المثال ، تعتبر الركيزة ذات السماحية النسبية 3.8 مناسبة لتصميم الدوائر الرقمية عالية السرعة ؛ يمكن أن تكمل الركيزة ذات السماحية النسبية من 6 إلى 80 تصميم الدوائر عالية التردد ؛ الركيزة ذات السماحية النسبية التي تصل إلى 20,000 يمكن أن تجعل الأجهزة عالية السعة مدمجة في هيكل متعدد الطبقات. التردد العالي هو اتجاه واضح نسبيًا في تطوير منتجات 3C الرقمية. يعد تطوير مواد LTCC ذات ثابت العزل الكهربائي المنخفض (10) لتلبية متطلبات التردد العالي والسرعة العالية تحديًا لكيفية تكيف مواد LTCC مع التطبيقات عالية التردد. ثابت العزل لنظام 901 من FerroA6 و DuPont هو 5.2 إلى 5.9 ، و 4110-70C من ESL هو 4.3 إلى 4.7 ، وثابت العزل الكهربائي للركيزة LTCC الخاصة بـ NEC يبلغ حوالي 3.9 ، وثابت العزل منخفضًا مثل 2.5 قيد التطوير.

يتناسب حجم الرنان عكسياً مع الجذر التربيعي لثابت العزل الكهربائي ، لذلك عند استخدامه كمادة عازلة ، يجب أن يكون ثابت العزل كبيرًا لتقليل حجم الجهاز. في الوقت الحاضر ، يعتبر حد الفقد المنخفض للغاية أو قيمة Q العالية جدًا ، والسماحية النسبية (> 100) أو حتى> 150 مادة عازلة للكهرباء هي نقاط بحث ساخنة. بالنسبة للدوائر التي تتطلب سعة أكبر ، يمكن استخدام المواد ذات ثابت العزل العالي ، أو يمكن وضع طبقة مادة عازلة ذات ثابت عازل أكبر بين طبقة مادة الركيزة الخزفية العازلة LTCC ، ويمكن أن يكون ثابت العزل بين 20 و 100. اختر من بين . يعد فقدان العازل أيضًا معلمة مهمة يجب مراعاتها عند تصميم أجهزة التردد الراديوي. يرتبط ارتباطًا مباشرًا بفقدان الجهاز. من الناحية النظرية ، من المأمول أن يكون الأصغر هو الأفضل. حاليًا ، مواد LTCC المستخدمة في أجهزة التردد اللاسلكي هي بشكل أساسي DuPont (951,943) ، Ferro (A6M ، A6S) ، Heraeus (CT700 ، CT800 و CT2000) ومختبرات العلوم الكهربائية. لا يمكنهم فقط توفير شريط الخزف الأخضر LTCC المتسلسل مع ثابت العزل الكهربائي ، ولكن أيضًا توفير مواد الأسلاك المتطابقة.

هناك قضية ساخنة أخرى في البحث عن مواد LTCC وهي توافق المواد المشتعلة. عند الحرق المشترك لطبقات عازلة مختلفة (المكثفات ، المقاومة ، المحاثات ، الموصلات ، إلخ) ، يجب التحكم في التفاعل وانتشار الواجهة بين الواجهات المختلفة لجعل مطابقة الحرق المشترك لكل طبقة عازلة جيدة ، ومعدل الكثافة والتلبيد الانكماش بين طبقات الواجهة يكون معدل التمدد الحراري ومعدل التمدد الحراري متسقين قدر الإمكان لتقليل حدوث العيوب مثل التشقق والتزييف والتشقق.

بشكل عام ، معدل انكماش مواد السيراميك باستخدام تقنية LTCC هو حوالي 15-20٪. إذا تعذر مطابقة التلبيد بين الاثنين أو التوافق ، فسوف تنقسم طبقة الواجهة بعد التلبيد ؛ إذا تفاعلت المادتان عند درجة حرارة عالية ، فإن طبقة التفاعل الناتجة ستؤثر على الخصائص الأصلية للمواد المعنية. التوافق في إطلاق النار المشترك بين مادتين مع ثوابت وتركيبات عازلة مختلفة وكيفية تقليل التفاعل المتبادل هي محور البحث. عندما يتم استخدام LTCC في الأنظمة عالية الأداء ، فإن مفتاح التحكم الصارم في سلوك الانكماش هو التحكم في انكماش التلبيد لنظام التشغيل المشترك LTCC. يكون انكماش نظام الحرق المشترك LTCC على طول اتجاه XY بشكل عام من 12٪ إلى 16٪. بمساعدة تقنية التلبيد غير المضغوط أو تكنولوجيا التلبيد بمساعدة الضغط ، يتم الحصول على المواد مع عدم الانكماش في اتجاه XY [17,18 ، 0.1]. عند التلبيد ، يتم وضع الجزء العلوي والسفلي من الطبقة ذات الحرق المشترك LTCC في الجزء العلوي والسفلي من الطبقة التي تم إطلاقها بشكل مشترك LTCC كطبقة تحكم في الانكماش. بمساعدة تأثير ارتباط معين بين طبقة التحكم والطبقة المتعددة ومعدل الانكماش الصارم لطبقة التحكم ، يتم تقييد سلوك الانكماش لبنية LTCC على طول اتجاهات X و Y. من أجل التعويض عن فقدان الانكماش في الركيزة في اتجاه XY ، سيتم تعويض الركيزة عن الانكماش في اتجاه Z. نتيجة لذلك ، فإن تغيير حجم هيكل LTCC في الاتجاهين X و Y هو حوالي XNUMX٪ فقط ، وبالتالي ضمان موضع ودقة الأسلاك والثقوب بعد التلبيد ، وضمان جودة الجهاز.