LTCC anyagkövetelmények
Az LTCC eszközök anyagtulajdonságaival kapcsolatos követelmények magukban foglalják az elektromos tulajdonságokat, a termomechanikai tulajdonságokat és a folyamat tulajdonságait.

A dielektromos állandó az LTCC anyagok legkritikusabb tulajdonsága. Mivel a rádiófrekvenciás eszköz alapegysége-a rezonátor hossza fordítottan arányos az anyag dielektromos állandójának négyzetgyökével, ha az eszköz működési frekvenciája alacsony (például több száz MHz), ha egy anyag alacsony dielektromos állandó esetén a készülék túl nagy lesz a használathoz. Ezért a legjobb, ha a dielektromos állandót különböző üzemi frekvenciáknak megfelelően sorosítjuk.

A dielektromos veszteség szintén fontos paraméter a rádiófrekvenciás készülékek tervezésekor, és közvetlenül kapcsolódik a készülék elvesztéséhez. Elméletileg minél kisebb, annál jobb. A dielektromos állandó hőmérsékleti együtthatója fontos paraméter, amely meghatározza a rádiófrekvenciás készülék elektromos teljesítményének hőmérséklet -stabilitását.

Az LTCC eszközök megbízhatóságának biztosítása érdekében számos termomechanikai tulajdonságot is figyelembe kell venni az anyagok kiválasztásakor. A legkritikusabb a hőtágulási együttható, amelynek a lehető legnagyobb mértékben meg kell egyeznie a forrasztandó áramköri lappal. Ezen túlmenően, figyelembe véve a feldolgozást és a jövőbeli alkalmazásokat, az LTCC anyagoknak számos mechanikai teljesítményre vonatkozó követelménynek is meg kell felelniük, mint például a hajlítószilárdság σ, a Hv keménység, a felületi síkosság, az E rugalmassági modulus és a KIC törésállóság stb.

„A folyamat teljesítménye általában a következő szempontokat foglalhatja magában: Először is, 900 ° C alatti hőmérsékleten szinterezhető sűrű, nem porózus mikrostruktúrává. Másodszor, a sűrítési hőmérséklet nem lehet túl alacsony, hogy ne akadályozzák a szerves anyagok kibocsátását az ezüst pasztában és a zöld övben. Harmadszor, a megfelelő szerves anyagok hozzáadása után egységes, sima és erős zöld szalagba önthető.

Az LTCC anyagok osztályozása
Jelenleg az LTCC kerámia anyagok főleg két rendszerből állnak, nevezetesen az „üvegkerámia” rendszerből és az „üveg + kerámia” rendszerből. Az alacsony olvadáspontú oxiddal vagy alacsony olvadáspontú üveggel végzett dopping csökkentheti a kerámia anyagok szinterelési hőmérsékletét, de a szinterelési hőmérséklet csökkentése korlátozott, és az anyag teljesítménye különböző mértékben károsodik. Az alacsony szinterelési hőmérsékletű kerámiaanyagok keresése felkeltette a kutatók figyelmét. Az ilyen anyagok kifejlesztésének fő fajtái a bárium-ón-borát (BaSn (BO3) 2) sorozat, a germánát és tellurát sorozat, a BiNbO4 sorozat, a Bi203-Zn0-Nb205 sorozat, a ZnO-TiO2 sorozat és más kerámia anyagok. Az elmúlt években Zhou Ji kutatócsoportja a Tsinghua Egyetemen elkötelezte magát ezen a területen.
Az LTCC anyag tulajdonságai
Az LTCC termékek teljesítménye teljes mértékben a felhasznált anyagok teljesítményétől függ. Az LTCC kerámiaanyagok elsősorban LTCC hordozóanyagokat, csomagolóanyagokat és mikrohullámú készülékeket tartalmaznak. A dielektromos állandó az LTCC anyagok legkritikusabb tulajdonsága. A dielektromos állandót 2 és 20000 közötti tartományba kell sorolni, hogy megfeleljen a különböző működési frekvenciáknak. Például egy 3.8 relatív permittivitású hordozó alkalmas nagysebességű digitális áramkörök tervezésére; a 6 és 80 közötti relatív permittivitású szubsztrátum jól befejezheti a nagyfrekvenciás áramkörök tervezését; akár 20,000 3 relatív permittivitású szubsztrátum is lehetővé teszi a nagy kapacitású eszközök integrálását egy többrétegű szerkezetbe. A magas frekvencia viszonylag nyilvánvaló tendencia a digitális 10C termékek fejlesztésében. Az alacsony dielektromos állandó (ε≤901) LTCC anyagok kifejlesztése a nagyfrekvenciás és nagysebességű követelmények kielégítése érdekében kihívást jelent az LTCC anyagok alkalmazkodásához a nagyfrekvenciás alkalmazásokhoz. A FerroA6 és DuPont 5.2-es rendszer dielektromos állandója 5.9-4110, az ESL 70-4.3C értéke 4.7-3.9, a NEC LTCC szubsztrátum dielektromos állandója körülbelül 2.5, és a XNUMX-nél alacsonyabb dielektromos állandó is fejlesztés alatt áll.

A rezonátor mérete fordítottan arányos a dielektromos állandó négyzetgyökével, ezért ha dielektromos anyagként használják, a dielektromos állandónak nagynak kell lennie az eszköz méretének csökkentése érdekében. Jelenleg az ultra-alacsony veszteség vagy az ultra-magas Q érték, a relatív permittivitás (> 100) vagy akár> 150 dielektromos anyag határa kutatási hotspotok. Nagyobb kapacitást igénylő áramköröknél nagy dielektromos állandójú anyagok használhatók, vagy nagyobb dielektromos állandójú dielektromos anyagréteg helyezhető el az LTCC dielektromos kerámia szubsztrát anyagrétege között, és a dielektromos állandó 20 és 100 között lehet. . A dielektromos veszteség szintén fontos paraméter, amelyet figyelembe kell venni a rádiófrekvenciás eszközök tervezésekor. Ez közvetlenül kapcsolódik a készülék elvesztéséhez. Elméletileg azt remélik, hogy minél kisebb, annál jobb. Jelenleg a rádiófrekvenciás készülékekben használt LTCC anyagok elsősorban a DuPont (951,943 6), a Ferro (A6M, A700S), a Heraeus (CT800, CT2000 és CTXNUMX) és az Electro-science Laboratories. Nemcsak sorosított LTCC zöld kerámiaszalagot tudnak biztosítani dielektromos állandóval, hanem megfelelő vezetékeket is.

Az LTCC anyagok kutatásának másik forró kérdése az együtt égetett anyagok kompatibilitása. Különböző dielektromos rétegek (kondenzátorok, ellenállások, induktivitások, vezetők stb.) Együttégetésekor a különböző interfészek közötti reakció- és interfészdiffúziót ellenőrizni kell, hogy az egyes dielektromos rétegek együttes tüzelési illeszkedése jó legyen, valamint a sűrűség és a szinterelés zsugorodás az interfészrétegek között A sebesség és a hőtágulási sebesség a lehető legkövetkezetesebbek, hogy csökkentsék az olyan hibák előfordulását, mint a hullás, a vetemedés és a repedés.

Általánosságban elmondható, hogy az LTCC technológiát alkalmazó kerámiaanyagok zsugorodási aránya körülbelül 15-20%. Ha a kettő szinterezése nem illeszthető össze vagy nem kompatibilis, a felületréteg szétesik a szinterelés után; ha a két anyag magas hőmérsékleten reagál, a kapott reakcióréteg befolyásolja az adott anyagok eredeti jellemzőit. A kutatás középpontjában két különböző dielektromos állandóval és összetételű anyag együttes tüzelési kompatibilitása, valamint a kölcsönös reaktivitás csökkentésének módja áll. Amikor az LTCC-t nagy teljesítményű rendszerekben használják, a zsugorodási viselkedés szigorú ellenőrzésének kulcsa az LTCC társ tüzelésű rendszer szinterelési zsugorodásának szabályozása. Az LTCC tüzelésű rendszer zsugorodása az XY irányban általában 12% és 16% között van. A nyomásmentes szinterezés vagy a nyomással segített szinterezési technológia segítségével XY irányú nulla zsugorodású anyagokat kapunk [17,18]. Szinterezéskor az LTCC együttes tüzelésű réteg tetejét és alját zsugorodásszabályozó rétegként az LTCC együttes tüzelésű réteg tetejére és aljára helyezik. A vezérlőréteg és a többréteg közötti bizonyos kötési hatás és a vezérlőréteg szigorú zsugorodási arányának köszönhetően az LTCC szerkezet zsugorodási viselkedése az X és Y irányok mentén korlátozott. Annak érdekében, hogy kompenzálja az aljzat zsugorodási veszteségét XY irányban, a hordozó kompenzálja a Z irányú zsugorodást. Ennek eredményeként az LTCC szerkezet X és Y irányú méretváltozása csak körülbelül 0.1%, ezáltal biztosítva a vezetékek és lyukak helyzetét és pontosságát a szinterezés után, és biztosítva az eszköz minőségét.