Exigences matérielles du LTCC
Les exigences relatives aux propriétés des matériaux des dispositifs LTCC comprennent les propriétés électriques, les propriétés thermomécaniques et les propriétés de processus.

La constante diélectrique est la propriété la plus critique des matériaux LTCC. Étant donné que l’unité de base du dispositif à radiofréquence – la longueur du résonateur est inversement proportionnelle à la racine carrée de la constante diélectrique du matériau, lorsque la fréquence de travail du dispositif est faible (comme des centaines de MHz), si un matériau avec une faible constante diélectrique est utilisé, l’appareil La taille sera trop grande pour être utilisée. Par conséquent, il est préférable de sérialiser la constante diélectrique pour l’adapter à différentes fréquences de fonctionnement.

La perte diélectrique est également un paramètre important pris en compte dans la conception des dispositifs radiofréquence, et elle est directement liée à la perte du dispositif. En théorie, plus c’est petit, mieux c’est. Le coefficient de température de la constante diélectrique est un paramètre important qui détermine la stabilité en température des performances électriques du dispositif radiofréquence.

Afin d’assurer la fiabilité des dispositifs LTCC, de nombreuses propriétés thermomécaniques doivent également être prises en compte lors du choix des matériaux. Le plus critique est le coefficient de dilatation thermique, qui doit correspondre autant que possible au circuit imprimé à souder. En outre, compte tenu du traitement et des applications futures, les matériaux LTCC doivent également répondre à de nombreuses exigences de performances mécaniques, telles que la résistance à la flexion σ, la dureté Hv, la planéité de la surface, le module d’élasticité E et la ténacité à la rupture KIC, etc.

« Les performances du procédé peuvent généralement inclure les aspects suivants : Premièrement, il peut être fritté à une température inférieure à 900°C en une microstructure dense et non poreuse. Deuxièmement, la température de densification ne doit pas être trop basse, afin de ne pas empêcher le rejet de matière organique dans la pâte d’argent et la ceinture verte. Troisièmement, après avoir ajouté des matériaux organiques appropriés, il peut être coulé en un ruban vert uniforme, lisse et résistant.

Classification des matériaux LTCC
Actuellement, les matériaux céramiques LTCC sont principalement composés de deux systèmes, à savoir le système « verre-céramique » et le système « verre + céramique ». Le dopage avec de l’oxyde à bas point de fusion ou du verre à bas point de fusion peut réduire la température de frittage des matériaux céramiques, mais la réduction de la température de frittage est limitée et les performances du matériau seront endommagées à des degrés divers. La recherche de matériaux céramiques à basse température de frittage a attiré l’attention des chercheurs. Les principales variétés de ces matériaux en cours de développement sont les séries de borate d’étain et de baryum (BaSn(BO3)2), les séries de germanate et de tellurate, les séries de BiNbO4, les séries de Bi203-Zn0-Nb205, les séries de ZnO-TiO2 et d’autres matériaux céramiques. Ces dernières années, le groupe de recherche de Zhou Ji à l’Université Tsinghua s’est engagé dans la recherche dans ce domaine.
Propriétés du matériau LTCC
Les performances des produits LTCC dépendent entièrement des performances des matériaux utilisés. Les matériaux céramiques LTCC comprennent principalement les matériaux de substrat LTCC, les matériaux d’emballage et les matériaux de dispositifs à micro-ondes. La constante diélectrique est la propriété la plus critique des matériaux LTCC. La constante diélectrique doit être sérialisée dans la plage de 2 à 20000 3.8 pour convenir à différentes fréquences de fonctionnement. Par exemple, un substrat avec une permittivité relative de 6 convient à la conception de circuits numériques à grande vitesse ; un substrat de permittivité relative de 80 à 20,000 peut bien compléter la conception de circuits haute fréquence ; un substrat avec une permittivité relative allant jusqu’à 3 10 peut faire des dispositifs de haute capacité sont intégrés dans une structure multicouche. La haute fréquence est une tendance relativement évidente dans le développement de produits numériques 901C. Le développement de matériaux LTCC à faible constante diélectrique (ε≤6) pour répondre aux exigences de haute fréquence et de vitesse élevée est un défi pour la façon dont les matériaux LTCC peuvent s’adapter aux applications à haute fréquence. La constante diélectrique du système 5.2 de FerroA5.9 et DuPont est de 4110 à 70, le 4.3-4.7C d’ESL est de 3.9 à 2.5, la constante diélectrique du substrat LTCC de NEC est d’environ XNUMX et la constante diélectrique aussi faible que XNUMX est en cours de développement.

La taille du résonateur est inversement proportionnelle à la racine carrée de la constante diélectrique, donc lorsqu’il est utilisé comme matériau diélectrique, la constante diélectrique doit être grande pour réduire la taille du dispositif. À l’heure actuelle, la limite de perte ultra-faible ou de valeur Q ultra-élevée, la permittivité relative (>100) ou même >150 matériaux diélectriques sont des points chauds de la recherche. Pour les circuits nécessitant une plus grande capacité, des matériaux avec une constante diélectrique élevée peuvent être utilisés, ou une couche de matériau diélectrique avec une constante diélectrique plus grande peut être prise en sandwich entre la couche de matériau de substrat en céramique diélectrique LTCC, et la constante diélectrique peut être comprise entre 20 et 100. Choisissez entre . La perte diélectrique est également un paramètre important à prendre en compte dans la conception des dispositifs radiofréquence. Elle est directement liée à la perte de l’appareil. En théorie, on espère que le plus petit sera le mieux. Actuellement, les matériaux LTCC utilisés dans les appareils à radiofréquence sont principalement DuPont (951,943 6), Ferro (A6M, A700S), Heraeus (CT800, CT2000 et CTXNUMX) et Electro-science Laboratories. Ils peuvent non seulement fournir un ruban céramique vert LTCC sérialisé avec une constante diélectrique, mais également fournir des matériaux de câblage correspondants.

Un autre problème brûlant dans la recherche des matériaux LTCC est la compatibilité des matériaux co-cuits. Lors de la co-cuisson de différentes couches diélectriques (condensateurs, résistances, inductances, conducteurs, etc.), la réaction et la diffusion d’interface entre différentes interfaces doivent être contrôlées pour que la cocuisson de chaque couche diélectrique soit bonne, ainsi que le taux de densité et le frittage retrait entre les couches d’interface Le taux et le taux de dilatation thermique sont aussi constants que possible pour réduire l’apparition de défauts tels que l’écaillage, le gauchissement et la fissuration.

De manière générale, le taux de retrait des matériaux céramiques utilisant la technologie LTCC est d’environ 15-20%. Si le frittage des deux ne peut pas être apparié ou compatible, la couche d’interface se divisera après le frittage ; si les deux matériaux réagissent à haute température, la couche de réaction résultante affectera les caractéristiques d’origine des matériaux respectifs. La compatibilité de co-cuisson de deux matériaux avec des constantes diélectriques et des compositions différentes et la manière de réduire la réactivité mutuelle sont au centre des recherches. Lorsque le LTCC est utilisé dans des systèmes hautes performances, la clé d’un contrôle strict du comportement de retrait est de contrôler le retrait de frittage du système co-cuit LTCC. Le retrait du système de co-combustion LTCC le long de la direction XY est généralement de 12 % à 16 %. À l’aide de la technologie de frittage sans pression ou de frittage assisté par pression, des matériaux avec un retrait nul dans la direction XY sont obtenus [17,18]. Lors du frittage, le haut et le bas de la couche cocuite LTCC sont placés sur le dessus et le bas de la couche cocuite LTCC en tant que couche de contrôle du retrait. A l’aide d’un certain effet de liaison entre la couche de contrôle et le multicouche et le taux de retrait strict de la couche de contrôle, le comportement de retrait de la structure LTCC le long des directions X et Y est limité. Afin de compenser la perte de retrait du substrat dans la direction XY, le substrat sera compensé pour le retrait dans la direction Z. En conséquence, le changement de taille de la structure LTCC dans les directions X et Y n’est que d’environ 0.1%, assurant ainsi la position et la précision du câblage et des trous après frittage, et garantissant la qualité du dispositif.