Požadavky na materiál LTCC
Požadavky na materiálové vlastnosti zařízení LTCC zahrnují elektrické vlastnosti, termomechanické vlastnosti a vlastnosti procesu.

Dielektrická konstanta je nejdůležitější vlastností LTCC materiálů. Protože základní jednotka radiofrekvenčního zařízení-délka rezonátoru je nepřímo úměrná druhé odmocnině dielektrické konstanty materiálu, je-li pracovní frekvence zařízení nízká (například stovky MHz), je-li materiál s nízkou dielektrickou konstantou se použije zařízení Velikost bude příliš velká pro použití. Proto je nejlepší serializovat dielektrickou konstantu tak, aby vyhovovala různým provozním frekvencím.

Dielektrická ztráta je také důležitým parametrem uvažovaným při konstrukci radiofrekvenčních zařízení a přímo souvisí se ztrátou zařízení. Teoreticky čím menší, tím lepší. Teplotní koeficient dielektrické konstanty je důležitým parametrem, který určuje teplotní stabilitu elektrického výkonu radiofrekvenčního zařízení.

Aby byla zajištěna spolehlivost zařízení LTCC, je třeba při výběru materiálů zohlednit také mnoho termomechanických vlastností. Tím nejkritičtějším je koeficient tepelné roztažnosti, který by měl co nejvíce odpovídat desce s plošnými spoji, která má být připájena. Kromě toho by s ohledem na zpracování a budoucí aplikace měly materiály LTCC splňovat také mnoho požadavků na mechanickou výkonnost, jako je pevnost v ohybu σ, tvrdost Hv, rovinnost povrchu, modul pružnosti E a lomová houževnatost KIC atd.

“Výkonnost procesu může obecně zahrnovat následující aspekty: Za prvé, může být slinut při teplotě nižší než 900 ° C do husté, neporézní mikrostruktury.” Za druhé, teplota zhuštění by neměla být příliš nízká, aby se nezabránilo vypouštění organické hmoty ve stříbrné pastě a zeleném pásu. Za třetí, po přidání vhodných organických materiálů může být odlit do rovnoměrné, hladké a silné zelené pásky.

Klasifikace materiálů LTCC
V současné době se keramické materiály LTCC skládají převážně ze dvou systémů, a to ze systému „sklo-keramika“ a systému „sklo + keramika“. Doping oxidem s nízkou teplotou tání nebo sklem s nízkou teplotou tání může snížit teplotu slinování keramických materiálů, ale snížení teploty slinování je omezené a výkonnost materiálu bude v různé míře poškozena. Hledání keramických materiálů s nízkou teplotou slinování upoutalo pozornost vědců. Hlavními odrůdami vyvíjených takových materiálů jsou boritan cínatý (BaSn (BO3) 2), germanate a tellurate, BiNbO4, Bi203-Zn0-Nb205, ZnO-TiO2 a další keramické materiály. V posledních letech se výzkumná skupina Zhou Ji na univerzitě Tsinghua věnuje výzkumu v této oblasti.
Vlastnosti materiálu LTCC
Výkonnost produktů LTCC zcela závisí na výkonu použitých materiálů. Keramické materiály LTCC zahrnují hlavně substrátové materiály LTCC, obalové materiály a materiály mikrovlnných zařízení. Dielektrická konstanta je nejdůležitější vlastností LTCC materiálů. Je nutné, aby byla dielektrická konstanta serializována v rozmezí 2 až 20000 3.8, aby byla vhodná pro různé pracovní frekvence. Například substrát s relativní permitivitou 6 je vhodný pro konstrukci vysokorychlostních digitálních obvodů; substrát s relativní permitivitou 80 až 20,000 může dobře dokončit návrh vysokofrekvenčních obvodů; substrát s relativní permitivitou až 3 10 může vyrobit Vysokokapacitní zařízení jsou integrována do vícevrstvé struktury. Vysoká frekvence je poměrně zřejmým trendem ve vývoji digitálních produktů 901C. Vývoj materiálů s nízkou dielektrickou konstantou (ε≤6) LTCC, které splňují požadavky na vysokou frekvenci a vysokou rychlost, je výzvou pro to, jak se mohou materiály LTCC přizpůsobit vysokofrekvenčním aplikacím. Dielektrická konstanta systému 5.2 FerroA5.9 a DuPont je 4110 až 70, 4.3-4.7C ESL je 3.9 až 2.5, dielektrická konstanta substrátu LTCC NEC je asi XNUMX a dielektrická konstanta až XNUMX je ve vývoji.

Velikost rezonátoru je nepřímo úměrná druhé odmocnině dielektrické konstanty, takže když je použita jako dielektrický materiál, musí být dielektrická konstanta velká, aby se zmenšila velikost zařízení. V současné době je limit ultranízkých ztrát nebo ultra vysokých hodnot Q, relativní permitivity (> 100) nebo dokonce> 150 dielektrických materiálů výzkumnými hotspoty. Pro obvody vyžadující větší kapacitu lze použít materiály s vysokou dielektrickou konstantou, nebo lze mezi vrstvu LTCC dielektrického keramického substrátového materiálu vložit vrstvu dielektrického materiálu s větší dielektrickou konstantou a dielektrická konstanta může být mezi 20 a 100. Vybírejte mezi . Dielektrická ztráta je také důležitým parametrem, který je třeba vzít v úvahu při konstrukci radiofrekvenčních zařízení. To přímo souvisí se ztrátou zařízení. Teoreticky se doufá, že čím menší, tím lepší. V současné době jsou materiály LTCC používané v radiofrekvenčních zařízeních hlavně společnosti DuPont (951,943), Ferro (A6M, A6S), Heraeus (CT700, CT800 a CT2000) a Electro-science Laboratories. Mohou nejen poskytovat serializovanou zelenou keramickou pásku LTCC s dielektrickou konstantou, ale také poskytovat odpovídající materiály pro zapojení.

Dalším žhavým problémem výzkumu materiálů LTCC je kompatibilita společně spalovaných materiálů. Při společném vypalování různých dielektrických vrstev (kondenzátory, odpory, indukčnosti, vodiče atd.) By měla být řízena difúze reakce a rozhraní mezi různými rozhraními, aby bylo přizpůsobení společného spalování každé dielektrické vrstvy dobré, a hustota a slinování smrštění mezi vrstvami rozhraní Rychlost a rychlost tepelné roztažnosti jsou co nejkonzistentnější, aby se omezil výskyt defektů, jako je odlupování, deformace a praskání.

Obecně lze říci, že rychlost smrštění keramických materiálů využívajících technologii LTCC je přibližně 15-20%. Nelze -li slinování těchto dvou spárovat nebo být kompatibilní, vrstva rozhraní se po slinování rozdělí; pokud dva materiály reagují při vysoké teplotě, výsledná reakční vrstva ovlivní původní vlastnosti příslušných materiálů. Výzkum je zaměřen na kompatibilitu dvou materiálů s různou dielektrickou konstantou a složením a jak snížit vzájemnou reaktivitu. Když se LTCC používá ve vysoce výkonných systémech, je klíčem k přísné kontrole chování při smršťování řízení slinování smršťování systému LTCC spalovaného společně. Smršťování systému LTCC spoluspalovaného ve směru XY je obecně 12% až 16%. Pomocí technologie slinování bez tlaku nebo technologie slinování podporované tlakem se získávají materiály s nulovým smrštěním ve směru XY [17,18]. Při slinování jsou horní a spodní část vypalované vrstvy LTCC umístěny na horní a dolní část vrstvy vypálené LTCC jako vrstva pro kontrolu smrštění. S pomocí určitého spojovacího účinku mezi kontrolní vrstvou a vícevrstvou a přísnou rychlostí smršťování kontrolní vrstvy je chování smršťování struktury LTCC ve směru X a Y omezeno. Aby se kompenzovala ztráta smrštění substrátu ve směru XY, bude substrátu kompenzováno smrštění ve směru Z. V důsledku toho je změna velikosti struktury LTCC ve směrech X a Y pouze asi 0.1%, čímž je zajištěna poloha a přesnost kabeláže a otvorů po slinování a zajištěna kvalita zařízení.