Απαιτήσεις υλικών LTCC

Απαιτήσεις υλικών LTCC
Οι απαιτήσεις για τις ιδιότητες υλικών των συσκευών LTCC περιλαμβάνουν ηλεκτρικές ιδιότητες, θερμομηχανικές ιδιότητες και ιδιότητες διεργασίας.

Η διηλεκτρική σταθερά είναι η πιο κρίσιμη ιδιότητα των υλικών LTCC. Δεδομένου ότι η βασική μονάδα της συσκευής ραδιοσυχνοτήτων-το μήκος του αντηχείου είναι αντιστρόφως ανάλογο με την τετραγωνική ρίζα της διηλεκτρικής σταθεράς του υλικού, όταν η συχνότητα εργασίας της συσκευής είναι χαμηλή (όπως εκατοντάδες MHz), εάν ένα υλικό με χαμηλή διηλεκτρική σταθερά χρησιμοποιείται, η συσκευή Το μέγεθος θα είναι πολύ μεγάλο για χρήση. Επομένως, είναι καλύτερο να σειριοποιήσουμε τη διηλεκτρική σταθερά ώστε να ταιριάζει σε διαφορετικές συχνότητες λειτουργίας.

Η διηλεκτρική απώλεια είναι επίσης μια σημαντική παράμετρος που λαμβάνεται υπόψη στο σχεδιασμό των συσκευών ραδιοσυχνοτήτων και σχετίζεται άμεσα με την απώλεια της συσκευής. Θεωρητικά, όσο μικρότερο τόσο το καλύτερο. Ο συντελεστής θερμοκρασίας της διηλεκτρικής σταθεράς είναι μια σημαντική παράμετρος που καθορίζει τη σταθερότητα θερμοκρασίας της ηλεκτρικής απόδοσης της συσκευής ραδιοσυχνοτήτων.

Προκειμένου να διασφαλιστεί η αξιοπιστία των συσκευών LTCC, πρέπει επίσης να λαμβάνονται υπόψη πολλές θερμομηχανικές ιδιότητες κατά την επιλογή υλικών. Ο πιο κρίσιμος είναι ο συντελεστής θερμικής διαστολής, ο οποίος θα πρέπει να ταιριάζει με την πλακέτα για να συγκολληθεί όσο το δυνατόν περισσότερο. Επιπλέον, λαμβάνοντας υπόψη την επεξεργασία και τις μελλοντικές εφαρμογές, τα υλικά LTCC θα πρέπει επίσης να πληρούν πολλές απαιτήσεις μηχανικής απόδοσης, όπως αντοχή κάμψης σ, σκληρότητα Hv, επιπεδότητα, ελαστικό συντελεστή Ε και αντοχή θραύσης KIC και ούτω καθεξής.

«Η απόδοση της διαδικασίας μπορεί γενικά να περιλαμβάνει τις ακόλουθες πτυχές: Πρώτον, μπορεί να συντηχθεί σε θερμοκρασία κάτω των 900 ° C σε μια πυκνή, μη πορώδη μικροδομή. Δεύτερον, η θερμοκρασία πυκνότητας δεν πρέπει να είναι πολύ χαμηλή, έτσι ώστε να μην εμποδίζεται η εκκένωση οργανικής ύλης στην πάστα αργύρου και την πράσινη ζώνη. Τρίτον, μετά την προσθήκη κατάλληλων οργανικών υλικών, μπορεί να χυθεί σε μια ομοιόμορφη, λεία και ισχυρή πράσινη ταινία.

Ταξινόμηση υλικών LTCC
Προς το παρόν, τα κεραμικά υλικά LTCC αποτελούνται κυρίως από δύο συστήματα, το σύστημα «γυαλί-κεραμικό» και το σύστημα «γυαλιού + κεραμικού». Το ντόπινγκ με οξείδιο χαμηλής τήξης ή γυαλί χαμηλής τήξης μπορεί να μειώσει τη θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης κεραμικών υλικών, αλλά η μείωση της θερμοκρασίας πυροσυσσωμάτωσης είναι περιορισμένη και η απόδοση του υλικού θα υποστεί βλάβη σε διάφορους βαθμούς. Η αναζήτηση κεραμικών υλικών με χαμηλή θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης έχει προσελκύσει την προσοχή των ερευνητών. Οι κύριες ποικιλίες τέτοιων υλικών που αναπτύσσονται είναι η σειρά βορικού κασσίτερου βαρίου (BaSn (BO3) 2), σειρά γερμανικών και τελουρατικών, σειρά BiNbO4, σειρά Bi203-Zn0-Nb205, σειρά ZnO-TiO2 και άλλα κεραμικά υλικά. Τα τελευταία χρόνια, η ερευνητική ομάδα του Zhou Ji στο Πανεπιστήμιο Tsinghua έχει δεσμευτεί για έρευνα σε αυτόν τον τομέα.
Ιδιότητες υλικού LTCC
Η απόδοση των προϊόντων LTCC εξαρτάται πλήρως από την απόδοση των χρησιμοποιούμενων υλικών. Τα κεραμικά υλικά LTCC περιλαμβάνουν κυρίως υποστρώματα LTCC, υλικά συσκευασίας και υλικά συσκευών μικροκυμάτων. Η διηλεκτρική σταθερά είναι η πιο κρίσιμη ιδιότητα των υλικών LTCC. Η διηλεκτρική σταθερά απαιτείται να σειριοποιηθεί στην περιοχή 2 έως 20000 για να είναι κατάλληλη για διαφορετικές συχνότητες λειτουργίας. Για παράδειγμα, ένα υπόστρωμα με σχετική διαπερατότητα 3.8 είναι κατάλληλο για το σχεδιασμό ψηφιακών κυκλωμάτων υψηλής ταχύτητας. ένα υπόστρωμα με σχετική διαπερατότητα 6 έως 80 μπορεί να ολοκληρώσει τον σχεδιασμό κυκλωμάτων υψηλής συχνότητας. ένα υπόστρωμα με σχετική διαπερατότητα έως 20,000 μπορεί να κάνει Συσκευές υψηλής χωρητικότητας να ενσωματωθούν σε μια πολυστρωματική δομή. Η υψηλή συχνότητα είναι μια σχετικά προφανής τάση στην ανάπτυξη ψηφιακών προϊόντων 3C. Η ανάπτυξη χαμηλών διηλεκτρικών σταθερών (ε≤10) υλικών LTCC για την κάλυψη των απαιτήσεων υψηλής συχνότητας και υψηλής ταχύτητας αποτελεί πρόκληση για το πώς τα υλικά LTCC μπορούν να προσαρμοστούν σε εφαρμογές υψηλής συχνότητας. Η διηλεκτρική σταθερά του συστήματος 901 των FerroA6 και DuPont είναι 5.2 έως 5.9, η 4110-70C του ESL είναι 4.3 έως 4.7, η διηλεκτρική σταθερά του υποστρώματος LTCC της NEC είναι περίπου 3.9 και η διηλεκτρική σταθερά τόσο χαμηλή όσο 2.5 βρίσκεται υπό ανάπτυξη.

Το μέγεθος του αντηχείου είναι αντιστρόφως ανάλογο με την τετραγωνική ρίζα της διηλεκτρικής σταθεράς, οπότε όταν χρησιμοποιείται ως διηλεκτρικό υλικό, η διηλεκτρική σταθερά απαιτείται να είναι μεγάλη για να μειωθεί το μέγεθος της συσκευής. Προς το παρόν, το όριο της εξαιρετικά χαμηλής απώλειας ή της εξαιρετικά υψηλής τιμής Q, της σχετικής διαπερατότητας (> 100) ή ακόμη και> 150 διηλεκτρικών υλικών είναι ερευνητικά hotspots. Για κυκλώματα που απαιτούν μεγαλύτερη χωρητικότητα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν υλικά με υψηλή διηλεκτρική σταθερά ή ένα στρώμα διηλεκτρικού υλικού με μεγαλύτερη διηλεκτρική σταθερά μπορεί να τοποθετηθεί μεταξύ του στρώματος υλικού υποστρώματος κεραμικού LTCC και της διηλεκτρικής σταθεράς μπορεί να είναι μεταξύ 20 και 100. Επιλέξτε μεταξύ Το Η διηλεκτρική απώλεια είναι επίσης μια σημαντική παράμετρος που πρέπει να ληφθεί υπόψη στο σχεδιασμό των συσκευών ραδιοσυχνοτήτων. Έχει άμεση σχέση με την απώλεια της συσκευής. Θεωρητικά, ελπίζεται ότι όσο μικρότερο τόσο το καλύτερο. Επί του παρόντος, τα υλικά LTCC που χρησιμοποιούνται σε συσκευές ραδιοσυχνοτήτων είναι κυρίως τα DuPont (951,943), Ferro (A6M, A6S), Heraeus (CT700, CT800 και CT2000) και Electro-Science Laboratories. Μπορούν όχι μόνο να παρέχουν σειριακή πράσινη κεραμική ταινία LTCC με διηλεκτρική σταθερά, αλλά και να παρέχουν αντίστοιχα υλικά καλωδίωσης.

Ένα άλλο καυτό ζήτημα στην έρευνα των υλικών LTCC είναι η συμβατότητα των υλικών που καίγονται. Κατά την ταυτόχρονη πυροδότηση διαφορετικών διηλεκτρικών στρωμάτων (πυκνωτές, αντιστάσεις, επαγωγές, αγωγοί κ.λπ.), η αντίδραση και η διάχυση διεπαφής μεταξύ διαφορετικών διεπαφών θα πρέπει να ελέγχονται για να γίνει καλή η αντιστοίχιση κάθε διηλεκτρικού στρώματος και ο ρυθμός πυκνότητας και η πυροσυσσωμάτωση συρρίκνωση μεταξύ των στρωμάτων διασύνδεσης Ο ρυθμός και ο ρυθμός θερμικής διαστολής είναι όσο το δυνατόν πιο συνεπείς για να μειώσουν την εμφάνιση ελαττωμάτων όπως το χτύπημα, η στρέβλωση και η ρωγμή.

Σε γενικές γραμμές, ο ρυθμός συρρίκνωσης των κεραμικών υλικών που χρησιμοποιούν τεχνολογία LTCC είναι περίπου 15-20%. Εάν η πυροσυσσωμάτωση των δύο δεν μπορεί να ταιριάζει ή να είναι συμβατή, το επίπεδο διασύνδεσης θα διασπαστεί μετά τη σύντηξη. εάν τα δύο υλικά αντιδράσουν σε υψηλή θερμοκρασία, το προκύπτον στρώμα αντίδρασης θα επηρεάσει τα αρχικά χαρακτηριστικά των αντίστοιχων υλικών. Η συμβατότητα πυροδότησης δύο υλικών με διαφορετικές διηλεκτρικές σταθερές και συνθέσεις και ο τρόπος μείωσης της αμοιβαίας αντιδραστικότητας αποτελούν το επίκεντρο της έρευνας. Όταν το LTCC χρησιμοποιείται σε συστήματα υψηλής απόδοσης, το κλειδί για τον αυστηρό έλεγχο της συμπεριφοράς συρρίκνωσης είναι ο έλεγχος της συρρίκνωσης πυροσυσσωμάτωσης του συστεγαζόμενου συστήματος LTCC. Η συρρίκνωση του συστήματος πυρκαγιάς LTCC κατά μήκος της κατεύθυνσης XY είναι γενικά 12% έως 16%. Με τη βοήθεια της τεχνολογίας πυροσυσσωμάτωσης χωρίς πίεση ή με τη βοήθεια πίεσης, επιτυγχάνονται υλικά με μηδενική συρρίκνωση στην κατεύθυνση XY [17,18]. Κατά τη σύντηξη, το επάνω και το κάτω μέρος του LTCC πυροδοτούμενου στρώματος τοποθετούνται στο πάνω και κάτω μέρος του LTCC συστεγασμένου στρώματος ως στρώμα ελέγχου συρρίκνωσης. Με τη βοήθεια ενός ορισμένου αποτελέσματος συγκόλλησης μεταξύ του στρώματος ελέγχου και του πολυστρωματικού και του αυστηρού ρυθμού συρρίκνωσης του στρώματος ελέγχου, η συμπεριφορά συρρίκνωσης της δομής LTCC κατά μήκος των κατευθύνσεων Χ και Υ περιορίζεται. Προκειμένου να αντισταθμιστεί η απώλεια συρρίκνωσης του υποστρώματος προς την κατεύθυνση XY, το υπόστρωμα θα αντισταθμιστεί για τη συρρίκνωση προς την κατεύθυνση Ζ. Ως αποτέλεσμα, η αλλαγή μεγέθους της δομής LTCC στις κατευθύνσεις Χ και Υ είναι μόνο περίπου 0.1%, διασφαλίζοντας έτσι τη θέση και την ακρίβεια της καλωδίωσης και των οπών μετά τη σύντηξη και διασφαλίζοντας την ποιότητα της συσκευής.