Requisitos de material LTCC
Los requisitos para las propiedades de los materiales de los dispositivos LTCC incluyen propiedades eléctricas, propiedades termomecánicas y propiedades del proceso.

La constante dieléctrica es la propiedad más crítica de los materiales LTCC. Dado que la unidad básica del dispositivo de radiofrecuencia, la longitud del resonador es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la constante dieléctrica del material, cuando la frecuencia de trabajo del dispositivo es baja (como cientos de MHz), si un material con una constante dieléctrica baja, el tamaño del dispositivo será demasiado grande para su uso. Por lo tanto, es mejor serializar la constante dieléctrica para adaptarse a diferentes frecuencias de operación.

La pérdida dieléctrica también es un parámetro importante que se considera en el diseño de dispositivos de radiofrecuencia y está directamente relacionada con la pérdida del dispositivo. En teoría, cuanto más pequeño, mejor. El coeficiente de temperatura de la constante dieléctrica es un parámetro importante que determina la estabilidad de temperatura del rendimiento eléctrico del dispositivo de radiofrecuencia.

Para garantizar la confiabilidad de los dispositivos LTCC, también se deben considerar muchas propiedades termomecánicas al seleccionar materiales. El más crítico es el coeficiente de expansión térmica, que debe coincidir con la placa de circuito que se va a soldar tanto como sea posible. Además, considerando el procesamiento y las aplicaciones futuras, los materiales LTCC también deben cumplir con muchos requisitos de rendimiento mecánico, como resistencia a la flexión σ, dureza Hv, planitud de la superficie, módulo elástico E y tenacidad a la fractura KIC, etc.

“El desempeño del proceso generalmente puede incluir los siguientes aspectos: Primero, se puede sinterizar a una temperatura por debajo de 900 ° C en una microestructura densa y no porosa. En segundo lugar, la temperatura de densificación no debe ser demasiado baja para no evitar la descarga de materia orgánica en la pasta de plata y el cinturón verde. En tercer lugar, después de agregar los materiales orgánicos apropiados, se puede moldear en una cinta verde uniforme, suave y resistente.

Clasificación de materiales LTCC
En la actualidad, los materiales cerámicos LTCC se componen principalmente de dos sistemas, a saber, el sistema “vitrocerámica” y el sistema “vidrio + cerámica”. El dopado con óxido de bajo punto de fusión o vidrio de bajo punto de fusión puede reducir la temperatura de sinterización de los materiales cerámicos, pero la reducción de la temperatura de sinterización es limitada y el rendimiento del material se dañará en diversos grados. La búsqueda de materiales cerámicos con baja temperatura de sinterización ha llamado la atención de los investigadores. Las principales variedades de dichos materiales que se están desarrollando son la serie de borato de bario y estaño (BaSn (BO3) 2), serie germanate y tellurate, serie BiNbO4, serie Bi203-Zn0-Nb205, serie ZnO-TiO2 y otros materiales cerámicos. En los últimos años, el grupo de investigación de Zhou Ji en la Universidad de Tsinghua se ha comprometido con la investigación en esta área.
Propiedades del material LTCC
El rendimiento de los productos LTCC depende completamente del rendimiento de los materiales utilizados. Los materiales cerámicos LTCC incluyen principalmente materiales de sustrato LTCC, materiales de embalaje y materiales para dispositivos de microondas. La constante dieléctrica es la propiedad más crítica de los materiales LTCC. Se requiere que la constante dieléctrica esté serializada en el rango de 2 a 20000 para que sea adecuada para diferentes frecuencias de operación. Por ejemplo, un sustrato con una permitividad relativa de 3.8 es adecuado para el diseño de circuitos digitales de alta velocidad; un sustrato con una permitividad relativa de 6 a 80 bien puede completar el diseño de circuitos de alta frecuencia; se puede fabricar un sustrato con una permitividad relativa de hasta 20,000 dispositivos de alta capacidad integrados en una estructura multicapa. La alta frecuencia es una tendencia relativamente obvia en el desarrollo de productos digitales 3C. El desarrollo de materiales LTCC de baja constante dieléctrica (ε≤10) para cumplir con los requisitos de alta frecuencia y alta velocidad es un desafío para la forma en que los materiales LTCC pueden adaptarse a aplicaciones de alta frecuencia. La constante dieléctrica del sistema 901 de FerroA6 y DuPont es de 5.2 a 5.9, el 4110-70C de ESL es de 4.3 a 4.7, la constante dieléctrica del sustrato LTCC de NEC es de aproximadamente 3.9 y la constante dieléctrica tan baja como 2.5 está en desarrollo.

El tamaño del resonador es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la constante dieléctrica, por lo que cuando se usa como material dieléctrico, se requiere que la constante dieléctrica sea grande para reducir el tamaño del dispositivo. En la actualidad, el límite de pérdida ultrabaja o valor Q ultra alto, permitividad relativa (> 100) o incluso> 150 materiales dieléctricos son puntos críticos de investigación. Para circuitos que requieren mayor capacitancia, se pueden usar materiales con alta constante dieléctrica, o se puede intercalar una capa de material dieléctrico con una constante dieléctrica más grande entre la capa de material de sustrato cerámico dieléctrico LTCC, y la constante dieléctrica puede estar entre 20 y 100. Elija entre . La pérdida dieléctrica también es un parámetro importante a considerar en el diseño de dispositivos de radiofrecuencia. Está directamente relacionado con la pérdida del dispositivo. En teoría, se espera que cuanto más pequeño, mejor. Actualmente, los materiales LTCC utilizados en dispositivos de radiofrecuencia son principalmente DuPont (951,943), Ferro (A6M, A6S), Heraeus (CT700, CT800 y CT2000) y Laboratorios de electrociencia. No solo pueden proporcionar cinta de cerámica verde LTCC serializada con constante dieléctrica, sino que también proporcionan materiales de cableado adecuados.

Otro tema candente en la investigación de materiales LTCC es la compatibilidad de materiales cocidos. Cuando se disparan conjuntamente diferentes capas dieléctricas (condensadores, resistencias, inductancias, conductores, etc.), se debe controlar la reacción y la difusión de la interfaz entre diferentes interfaces para hacer que la coincidencia de co-disparo de cada capa dieléctrica sea buena, y la tasa de densidad y la sinterización. contracción entre las capas de la interfaz La tasa y la tasa de expansión térmica son lo más consistentes posible para reducir la aparición de defectos tales como desconchado, alabeo y agrietamiento.

En términos generales, la tasa de contracción de los materiales cerámicos que utilizan la tecnología LTCC es de aproximadamente un 15-20%. Si la sinterización de los dos no puede coincidir o ser compatible, la capa de interfaz se dividirá después de la sinterización; si los dos materiales reaccionan a alta temperatura, la capa de reacción resultante afectará las características originales de los respectivos materiales. La compatibilidad de co-combustión de dos materiales con diferentes constantes y composiciones dieléctricas y cómo reducir la reactividad mutua son el foco de investigación. Cuando se utiliza LTCC en sistemas de alto rendimiento, la clave para un control estricto del comportamiento de contracción es controlar la contracción de sinterización del sistema co-encendido LTCC. La contracción del sistema co-encendido LTCC a lo largo de la dirección XY es generalmente del 12% al 16%. Con la ayuda de la sinterización sin presión o la tecnología de sinterización asistida por presión, se obtienen materiales con cero contracción en la dirección XY [17,18]. Al sinterizar, la parte superior e inferior de la capa cocida con LTCC se colocan en la parte superior e inferior de la capa cocida con LTCC como capa de control de la contracción. Con la ayuda de un cierto efecto de unión entre la capa de control y la multicapa y la estricta tasa de contracción de la capa de control, se restringe el comportamiento de contracción de la estructura LTCC a lo largo de las direcciones X e Y. Para compensar la pérdida de contracción del sustrato en la dirección XY, el sustrato se compensará por la contracción en la dirección Z. Como resultado, el cambio de tamaño de la estructura LTCC en las direcciones X e Y es solo de aproximadamente 0.1%, lo que garantiza la posición y precisión del cableado y los orificios después de la sinterización, y garantiza la calidad del dispositivo.