Requisits materials LTCC
Els requisits per a les propietats dels materials dels dispositius LTCC inclouen propietats elèctriques, propietats termomecàniques i propietats de procés.

La constant dielèctrica és la propietat més crítica dels materials LTCC. Atès que la unitat bàsica del dispositiu de radiofreqüència-la longitud del ressonador és inversament proporcional a l’arrel quadrada de la constant dielèctrica del material, quan la freqüència de treball del dispositiu és baixa (com ara centenars de MHz), si un material amb una constant dielèctrica baixa, el dispositiu La mida serà massa gran per utilitzar-lo. Per tant, el millor és serialitzar la constant dielèctrica per adaptar-se a diferents freqüències de funcionament.

La pèrdua dielèctrica també és un paràmetre important considerat en el disseny de dispositius de radiofreqüència i està directament relacionada amb la pèrdua del dispositiu. En teoria, com més petit millor. El coeficient de temperatura de la constant dielèctrica és un paràmetre important que determina l’estabilitat de temperatura del rendiment elèctric del dispositiu de radiofreqüència.

Per tal de garantir la fiabilitat dels dispositius LTCC, també cal tenir en compte moltes propietats termomecàniques a l’hora de seleccionar materials. El més crític és el coeficient d’expansió tèrmica, que hauria de coincidir amb la placa de circuit que es vol soldar tant com sigui possible. A més, tenint en compte el processament i les futures aplicacions, els materials LTCC també haurien de complir molts requisits de rendiment mecànic, com ara resistència a la flexió σ, duresa Hv, planitud superficial, mòdul elàstic E i resistència a la fractura KIC, etc.

“El rendiment del procés generalment pot incloure els aspectes següents: en primer lloc, es pot sinteritzar a una temperatura inferior a 900 ° C en una microestructura densa i no porosa. En segon lloc, la temperatura de densificació no ha de ser massa baixa, per no evitar la descàrrega de matèria orgànica a la pasta de plata i al cinturó verd. En tercer lloc, després d’afegir materials orgànics adequats, es pot convertir en una cinta verda uniforme, llisa i resistent.

Classificació de materials LTCC
En l’actualitat, els materials ceràmics LTCC es componen principalment de dos sistemes, a saber, el sistema “vitroceràmica” i el sistema “vidre + ceràmica”. El dopatge amb òxid de baixa fusió o vidre de baixa fusió pot reduir la temperatura de sinterització dels materials ceràmics, però la reducció de la temperatura de sinterització és limitada i el rendiment del material es danyarà en diversos graus. La recerca de materials ceràmics amb baixa temperatura de sinterització ha atret l’atenció dels investigadors. Les principals varietats d’aquests materials que es desenvolupen són sèries de borat d’estany de bari (BaSn (BO3) 2), sèries de germanat i telurat, sèries BiNbO4, sèries Bi203-Zn0-Nb205, sèries ZnO-TiO2 i altres materials ceràmics. En els darrers anys, el grup de recerca de Zhou Ji a la Universitat de Tsinghua s’ha compromès a investigar en aquesta àrea.
Propietats del material LTCC
El rendiment dels productes LTCC depèn completament del rendiment dels materials utilitzats. Els materials ceràmics LTCC inclouen principalment materials substrats LTCC, materials d’embalatge i materials per a dispositius de microones. La constant dielèctrica és la propietat més crítica dels materials LTCC. Cal que la constant dielèctrica es serialitzi entre 2 i 20000 per ser adequada a diferents freqüències de funcionament. Per exemple, un substrat amb una permitivitat relativa de 3.8 és adequat per al disseny de circuits digitals d’alta velocitat; un substrat amb una permitivitat relativa de 6 a 80 pot completar bé el disseny de circuits d’alta freqüència; un substrat amb una permitivitat relativa de fins a 20,000 pot fer que els dispositius d’alta capacitat s’integrin en una estructura multicapa. L’alta freqüència és una tendència relativament evident en el desenvolupament de productes digitals 3C. El desenvolupament de materials LTCC de baixa constant dielèctrica (ε≤10) per satisfer els requisits d’alta freqüència i alta velocitat és un repte per a la manera com els materials LTCC es poden adaptar a aplicacions d’alta freqüència. La constant dielèctrica del sistema 901 de FerroA6 i DuPont és de 5.2 a 5.9, la 4110-70C de l’ESL és de 4.3 a 4.7, la constant dielèctrica del substrat LTCC de NEC és d’aproximadament 3.9 i la constant dielèctrica tan baixa com 2.5 està en desenvolupament.

La mida del ressonador és inversament proporcional a l’arrel quadrada de la constant dielèctrica, de manera que, quan s’utilitza com a material dielèctric, la constant dielèctrica ha de ser gran per reduir la mida del dispositiu. Actualment, el límit de pèrdues ultra baixes o valor Q altíssim, permitivitat relativa (> 100) o fins i tot> 150 materials dielèctrics són punts d’investigació. Per als circuits que requereixen una capacitat més gran, es poden utilitzar materials amb una constant dielèctrica elevada o es pot intercalar una capa de material dielèctric amb una constant dielèctrica més gran entre la capa de material de substrat ceràmic dielèctric LTCC i la constant dielèctrica pot estar entre 20 i 100. Tria entre . La pèrdua dielèctrica també és un paràmetre important a tenir en compte en el disseny de dispositius de radiofreqüència. Està directament relacionat amb la pèrdua del dispositiu. En teoria, s’espera que com més petit millor. Actualment, els materials LTCC utilitzats en dispositius de radiofreqüència són principalment DuPont (951,943), Ferro (A6M, A6S), Heraeus (CT700, CT800 i CT2000) i Laboratoris d’electro-ciència. No només poden proporcionar cinta de ceràmica verda LTCC serialitzada amb constant dielèctrica, sinó que també proporcionen materials de cablejat coincidents.

Un altre tema candent en la investigació de materials LTCC és la compatibilitat de materials de cocció. Quan es coactiven diferents capes dielèctriques (condensadors, resistències, inductàncies, conductors, etc.), s’ha de controlar la reacció i la difusió de la interfície entre diferents interfícies per fer que la coincidència de cocció de cada capa dielèctrica sigui bona i la velocitat de densitat i la sinterització contracció entre les capes de la interfície La velocitat i la velocitat d’expansió tèrmica són el més coherents possibles per reduir l’aparició de defectes com l’escalada, la deformació i l’esquerda.

En termes generals, la taxa de contracció dels materials ceràmics amb tecnologia LTCC és d’aproximadament un 15-20%. Si la sinterització de les dues no pot ser igualada o compatible, la capa d’interfície es dividirà després de la sinterització; si els dos materials reaccionen a una temperatura alta, la capa de reacció resultant afectarà les característiques originals dels materials respectius. La compatibilitat de dos materials amb diferents constants dielèctriques i composicions diferents i la forma de reduir la reactivitat mútua són el focus d’investigació. Quan s’utilitza LTCC en sistemes d’alt rendiment, la clau per a un control estricte del comportament de contracció és controlar la contracció de sinterització del sistema de cocció LTCC. La contracció del sistema de cocció LTCC al llarg de la direcció XY és generalment del 12% al 16%. Amb l’ajut de la sinterització sense pressió o la tecnologia de sinterització assistida a pressió, s’obtenen materials amb contracció nul·la en la direcció XY [17,18]. En sinteritzar, la part superior i inferior de la capa de cocció LTCC es col·loquen a la part superior i inferior de la capa de cocció LTCC com a capa de control de contracció. Amb l’ajut d’un cert efecte d’unió entre la capa de control i la multicapa i l’estricta taxa de contracció de la capa de control, es restringeix el comportament de contracció de l’estructura LTCC al llarg de les direccions X i Y. Per tal de compensar la pèrdua de contracció del substrat en la direcció XY, el substrat es compensarà per la contracció en la direcció Z. Com a resultat, el canvi de mida de l’estructura LTCC en les direccions X i Y només és del 0.1%, cosa que garanteix la posició i precisió del cablejat i dels forats després de la sinterització i garanteix la qualitat del dispositiu.