Requisitos materiais LTCC
Os requisitos para as propiedades do material dos dispositivos LTCC inclúen propiedades eléctricas, propiedades termomecánicas e propiedades do proceso.

A constante dieléctrica é a propiedade máis crítica dos materiais LTCC. Dado que a unidade básica do dispositivo de radiofrecuencia, a lonxitude do resonador é inversamente proporcional á raíz cadrada da constante dieléctrica do material, cando a frecuencia de traballo do dispositivo é baixa (como centos de MHz), se un material cunha constante dieléctrica baixa úsase o tamaño do dispositivo será demasiado grande para usalo. Polo tanto, o mellor é serializar a constante dieléctrica para adaptarse a diferentes frecuencias operativas.

A perda dieléctrica tamén é un parámetro importante considerado no deseño de dispositivos de radiofrecuencia e está directamente relacionada coa perda do dispositivo. En teoría, canto máis pequeno mellor. O coeficiente de temperatura da constante dieléctrica é un parámetro importante que determina a estabilidade de temperatura do rendemento eléctrico do dispositivo de radiofrecuencia.

Para garantir a fiabilidade dos dispositivos LTCC, tamén hai que ter en conta moitas propiedades termomecánicas á hora de seleccionar os materiais. O máis crítico é o coeficiente de expansión térmica, que debería coincidir coa placa de circuíto para soldarse o máximo posible. Ademais, considerando o procesamento e futuras aplicacións, os materiais LTCC tamén deberían cumprir moitos requisitos de rendemento mecánico, como resistencia á flexión σ, dureza Hv, planitude superficial, módulo elástico E e resistencia á rotura KIC, etc.

“O rendemento do proceso pode incluír xeralmente os seguintes aspectos: En primeiro lugar, pódese sinterizar a unha temperatura inferior a 900 ° C nunha microestrutura densa e non porosa. En segundo lugar, a temperatura de densificación non debe ser demasiado baixa, para non evitar a descarga de materia orgánica na pasta de prata e no cinto verde. En terceiro lugar, despois de engadir materiais orgánicos apropiados, pódese lanzar nunha cinta verde uniforme, lisa e forte.

Clasificación de materiais LTCC
Na actualidade, os materiais cerámicos LTCC compóñense principalmente de dous sistemas, a saber, o sistema “vitrocerámico” e o sistema “vidro + cerámica”. A dopaxe con óxido de baixa fusión ou vidro de baixa fusión pode reducir a temperatura de sinterización dos materiais cerámicos, pero a redución da temperatura de sinterización é limitada e o rendemento do material danarase en diferentes graos. A busca de materiais cerámicos con baixa temperatura de sinterización atraeu a atención dos investigadores. As principais variedades destes materiais que se desenvolven son a serie de borato de estaño de bario (BaSn (BO3) 2), serie de xermanato e telurato, serie BiNbO4, serie Bi203-Zn0-Nb205, serie ZnO-TiO2 e outros materiais cerámicos. Nos últimos anos, o grupo de investigación de Zhou Ji na Universidade de Tsinghua comprometeuse a investigar nesta área.
Propiedades do material LTCC
O rendemento dos produtos LTCC depende enteiramente do rendemento dos materiais empregados. Os materiais cerámicos LTCC inclúen principalmente materiais de substrato LTCC, materiais de envasado e materiais para dispositivos de microondas. A constante dieléctrica é a propiedade máis crítica dos materiais LTCC. É necesario que a constante dieléctrica se serialice no rango de 2 a 20000 para ser adecuada a diferentes frecuencias operativas. Por exemplo, un substrato cunha permitividade relativa de 3.8 é adecuado para o deseño de circuítos dixitais de alta velocidade; un substrato cunha permitividade relativa de 6 a 80 pode completar ben o deseño de circuítos de alta frecuencia; un substrato cunha permitividade relativa de ata 20,000 pode facer que os dispositivos de alta capacidade se integren nunha estrutura multicapa. A alta frecuencia é unha tendencia relativamente evidente no desenvolvemento de produtos 3C dixitais. O desenvolvemento de materiais LTCC de baixa dieléctrica constante (ε≤10) para cumprir os requisitos de alta frecuencia e alta velocidade é un desafío para como os materiais LTCC poidan adaptarse ás aplicacións de alta frecuencia. A constante dieléctrica do sistema 901 de FerroA6 e DuPont é de 5.2 a 5.9, a 4110-70C de ESL é de 4.3 a 4.7, a constante dieléctrica do substrato LTCC de NEC é de aproximadamente 3.9 e a constante dieléctrica de ata 2.5 está en desenvolvemento.

O tamaño do resonador é inversamente proporcional á raíz cadrada da constante dieléctrica, polo que cando se usa como material dieléctrico, a constante dieléctrica debe ser grande para reducir o tamaño do dispositivo. Na actualidade, o límite da perda ultra baixa ou do valor Q ultra alto, a permitividade relativa (> 100) ou incluso> 150 materiais dieléctricos son focos de investigación. Para circuítos que requiren maior capacidade, pódense empregar materiais con alta constante dieléctrica ou pódese colocar unha capa de material dieléctrico cunha constante dieléctrica maior entre a capa de material de substrato cerámico dieléctrico LTCC e a constante dieléctrica pode estar entre 20 e 100. Escolla entre . A perda dieléctrica tamén é un parámetro importante a ter en conta no deseño de dispositivos de radiofrecuencia. Está directamente relacionado coa perda do dispositivo. En teoría, espérase que canto máis pequeno mellor. Actualmente, os materiais LTCC empregados en dispositivos de radiofrecuencia son principalmente DuPont (951,943), Ferro (A6M, A6S), Heraeus (CT700, CT800 e CT2000) e Laboratorios de electrociencia. Non só poden proporcionar cinta de cerámica verde LTCC serializada con constante dieléctrica, senón tamén proporcionar materiais de cableado a xogo.

Outro tema candente na investigación de materiais LTCC é a compatibilidade de materiais co-cocidos. Ao cocer diferentes capas dieléctricas (condensadores, resistencias, indutancias, condutores, etc.), a reacción e a difusión da interface entre diferentes interfaces deberían controlarse para que a coincidencia de cocción de cada capa dieléctrica sexa boa e a taxa de densidade e sinterización encollemento entre as capas da interface A velocidade e a velocidade de expansión térmica son o máis consistentes posibles para reducir a aparición de defectos como o despezamento, deformación e fisuración.

En xeral, a taxa de contracción dos materiais cerámicos que utilizan tecnoloxía LTCC é de aproximadamente un 15-20%. Se a sinterización dos dous non se pode igualar ou compatible, a capa de interface dividirase despois da sinterización; se os dous materiais reaccionan a alta temperatura, a capa de reacción resultante afectará ás características orixinais dos respectivos materiais. A compatibilidade co-fire de dous materiais con constantes e composicións dieléctricas diferentes e como reducir a reactividade mutua son o foco da investigación. Cando se usa LTCC en sistemas de alto rendemento, a clave para un control estrito do comportamento de contracción é controlar a contracción de sinterización do sistema de cocción LTCC. A contracción do sistema de cocción LTCC ao longo da dirección XY é xeralmente do 12% ao 16%. Coa axuda da sinterización sen presión ou a tecnoloxía de sinterización asistida por presión, obtéñense materiais con contracción cero na dirección XY [17,18]. Ao sinterizar, a parte superior e inferior da capa de cocción LTCC colócanse na parte superior e inferior da capa de cocción LTCC como capa de control de contracción. Coa axuda dun certo efecto de unión entre a capa de control e a multicapa e a estricta taxa de contracción da capa de control, o comportamento de contracción da estrutura LTCC ao longo das direccións X e Y está restrinxido. Co fin de compensar a perda de contracción do substrato na dirección XY, o substrato compensarase pola contracción na dirección Z. Como resultado, o cambio de tamaño da estrutura LTCC nas direccións X e Y é só do 0.1%, polo que se garante a posición e precisión do cableado e dos buratos despois da sinterización e se garante a calidade do dispositivo.