LTCC -materiaalivaatimukset
LTCC -laitteiden materiaaliominaisuuksia koskevat vaatimukset sisältävät sähköiset ominaisuudet, termomekaaniset ominaisuudet ja prosessiominaisuudet.

Dielektrisyysvakio on LTCC -materiaalien kriittisin ominaisuus. Koska radiotaajuuslaitteen perusyksikkö-resonaattorin pituus on kääntäen verrannollinen materiaalin dielektrisen vakion neliöjuureen, kun laitteen toimintataajuus on alhainen (kuten satoja MHz), jos Jos käytetään pientä dielektrisyysvakioita, laite on liian suuri käytettäväksi. Siksi on parasta sarjoittaa dielektrisyysvakio eri käyttötaajuuksille.

Dielektrinen häviö on myös tärkeä parametri, joka otetaan huomioon radiotaajuuslaitteiden suunnittelussa, ja se liittyy suoraan laitteen menetykseen. Teoriassa mitä pienempi sen parempi. Dielektrisen vakion lämpötilakerroin on tärkeä parametri, joka määrittää radiotaajuuslaitteen sähköisen suorituskyvyn lämpötilan vakauden.

LTCC-laitteiden luotettavuuden varmistamiseksi materiaalien valinnassa on otettava huomioon myös monet lämpömekaaniset ominaisuudet. Kriittisin niistä on lämpölaajenemiskerroin, jonka tulisi vastata mahdollisimman paljon juotettavaa piirilevyä. Lisäksi käsittelyä ja tulevia sovelluksia ajatellen LTCC -materiaalien tulee myös täyttää monet mekaaniset suorituskykyvaatimukset, kuten taivutuslujuus σ, kovuus Hv, pinnan tasaisuus, elastisuusmoduuli E ja murtumiskestävyys KIC ja niin edelleen.

”Prosessin suorituskyky voi yleensä sisältää seuraavat näkökohdat: Ensinnäkin se voidaan sintrata alle 900 ° C: n lämpötilassa tiheäksi, ei-huokoiseksi mikrorakenteeksi. Toiseksi, tiivistymislämpötilan ei pitäisi olla liian alhainen, jotta estetään orgaanisen aineen vapautuminen hopeapastaan ​​ja vihreään vyöhykkeeseen. Kolmanneksi, sopivien orgaanisten materiaalien lisäämisen jälkeen se voidaan valaa yhtenäiseksi, sileäksi ja vahvaksi vihreäksi nauhaksi.

LTCC -materiaalien luokittelu
Tällä hetkellä LTCC-keraamiset materiaalit koostuvat pääasiassa kahdesta järjestelmästä, nimittäin ”lasikeraaminen” ja ”lasi + keraaminen” -järjestelmä. Doping heikosti sulavalla oksidilla tai heikosti sulavalla lasilla voi alentaa keraamisten materiaalien sintrauslämpötilaa, mutta sintrauslämpötilan aleneminen on rajoitettua ja materiaalin suorituskyky heikkenee vaihtelevassa määrin. Keraamisten materiaalien etsiminen alhaisella sintrauslämpötilalla on herättänyt tutkijoiden huomion. Kehitettävien tällaisten materiaalien tärkeimmät lajikkeet ovat barium-tinaboraatti (BaSn (BO3) 2) -sarja, germanaatti- ja telluuraattisarja, BiNbO4-sarja, Bi203-Zn0-Nb205-sarja, ZnO-TiO2-sarja ja muut keraamiset materiaalit. Zhou Jin Tsinghuan yliopiston tutkimusryhmä on viime vuosina sitoutunut tutkimaan tätä aluetta.
LTCC -materiaalin ominaisuudet
LTCC -tuotteiden suorituskyky riippuu täysin käytettyjen materiaalien suorituskyvystä. LTCC -keraamiset materiaalit sisältävät pääasiassa LTCC -substraattimateriaaleja, pakkausmateriaaleja ja mikroaaltouunimateriaaleja. Dielektrinen vakio on LTCC -materiaalien kriittisin ominaisuus. Dielektrisyysvakio on sarjoitettava välillä 2 – 20000, jotta se soveltuu eri toimintataajuuksille. Esimerkiksi alusta, jonka suhteellinen läpäisevyys on 3.8, soveltuu nopeiden digitaalisten piirien suunnitteluun; substraatti, jonka suhteellinen läpäisevyys on 6-80, voi hyvin viimeistellä suurtaajuisten piirien suunnittelun; alusta, jonka suhteellinen läpäisevyys on jopa 20,000 3, voi tehdä suuren kapasiteetin laitteita integroituna monikerroksiseen rakenteeseen. Korkea taajuus on suhteellisen ilmeinen suuntaus digitaalisten 10C -tuotteiden kehityksessä. Matalan dielektrisen vakion (ε≤901) LTCC -materiaalien kehittäminen suurtaajuisten ja suurten nopeuksien vaatimusten täyttämiseksi on haaste sille, miten LTCC -materiaalit voivat sopeutua korkeataajuisiin sovelluksiin. FerroA6: n ja DuPontin 5.2-järjestelmän dielektrisyysvakio on 5.9-4110, ESL: n 70-4.3C on 4.7-3.9, NEC: n LTCC-substraatin dielektrisyysvakio on noin 2.5 ja dielektrisyysvakio niin alhainen kuin XNUMX on kehitteillä.

Resonaattorin koko on kääntäen verrannollinen dielektrisen vakion neliöjuureen, joten kun sitä käytetään eristävänä materiaalina, eristysvakion on oltava suuri laitteen koon pienentämiseksi. Tällä hetkellä erittäin pienen häviön tai erittäin korkean Q-arvon raja, suhteellinen läpäisevyys (> 100) tai jopa> 150 dielektristä materiaalia ovat tutkimuspisteitä. Suurempaa kapasitanssia vaativille piireille voidaan käyttää materiaaleja, joilla on suuri dielektrisyysvakio, tai dielektristä materiaalikerrosta, jolla on suurempi dielektrisyysvakio, voidaan sijoittaa LTCC -dielektrisen keraamisen alustamateriaalikerroksen väliin, ja dielektrisyysvakio voi olla 20-100. . Dielektrinen häviö on myös tärkeä parametri, joka on otettava huomioon radiotaajuuslaitteiden suunnittelussa. Se liittyy suoraan laitteen katoamiseen. Teoriassa toivotaan, että mitä pienempi, sen parempi. Tällä hetkellä radiotaajuuslaitteissa käytettäviä LTCC-materiaaleja ovat pääasiassa DuPont (951,943 6), Ferro (A6M, A700S), Heraeus (CT800, CT2000 ja CTXNUMX) ja Electro-science Laboratories. Ne eivät voi vain tarjota sarjamuotoista LTCC -vihreää keraamista teippiä, jossa on dielektrisyysvakio, vaan myös tarjota sopivia johdotusmateriaaleja.

Toinen kuuma kysymys LTCC-materiaalien tutkimuksessa on yhteispoltettujen materiaalien yhteensopivuus. Kun poltetaan eri dielektrisiä kerroksia (kondensaattoreita, resistansseja, induktansseja, johtimia jne.) Yhdessä, eri rajapintojen välistä reaktiota ja rajapinnan diffuusiota on ohjattava, jotta kunkin dielektrisen kerroksen yhteinen polttaminen vastaisi hyvää tiheyttä ja sintrausta rajapintakerrosten välinen kutistuminen Nopeus ja lämpölaajenemisnopeus ovat mahdollisimman yhdenmukaiset vikojen, kuten lohkeamisen, vääntymisen ja halkeamisen, vähentämiseksi.

Yleisesti ottaen LTCC-tekniikkaa käyttävien keraamisten materiaalien kutistumisnopeus on noin 15-20%. Jos näiden kahden sintraus ei ole yhteensopiva tai yhteensopiva, rajapintakerros halkeaa sintrauksen jälkeen; jos nämä kaksi materiaalia reagoivat korkeassa lämpötilassa, syntyvä reaktiokerros vaikuttaa vastaavien materiaalien alkuperäisiin ominaisuuksiin. Tutkimuksessa keskitytään kahden eri dielektrisillä vakioilla ja koostumuksilla varustetun materiaalin yhteensopivaan polttoon ja keskinäisen reaktiivisuuden vähentämiseen. Kun LTCC: tä käytetään korkean suorituskyvyn järjestelmissä, kutistumiskäyttäytymisen tiukan hallinnan avain on LTCC-kaasujärjestelmän sintrautuvan kutistumisen hallinta. LTCC-kaasujärjestelmän kutistuminen XY-suunnassa on yleensä 12%-16%. Paineettoman sintrauksen tai paineavusteisen sintraustekniikan avulla saadaan materiaaleja, joilla ei ole kutistumista XY-suunnassa [17,18]. Sintrattaessa LTCC-rinnakkain poltetun kerroksen ylä- ja alaosa asetetaan LTCC-rinnakkaiskäyttöisen kerroksen ylä- ja alaosaan kutistumisen ohjauskerroksena. Säätökerroksen ja monikerroksen välisen tietyn sidosvaikutuksen ja ohjauskerroksen tiukan kutistumisnopeuden avulla LTCC -rakenteen kutistumiskäyttäytymistä X- ja Y -suuntiin rajoitetaan. Alustan kutistumishäviön kompensoimiseksi XY -suunnassa alustalle kompensoidaan Z -suunnan kutistuminen. Tämän seurauksena LTCC -rakenteen koon muutos X- ja Y -suuntiin on vain noin 0.1%, mikä varmistaa johdotuksen ja reikien sijainnin ja tarkkuuden sintrauksen jälkeen sekä laitteen laadun.