Persyaratan bahan LTCC
Persyaratan untuk sifat material perangkat LTCC meliputi sifat listrik, sifat termomekanis dan sifat proses.

Konstanta dielektrik adalah properti paling kritis dari bahan LTCC. Karena unit dasar perangkat frekuensi radio-panjang resonator berbanding terbalik dengan akar kuadrat dari konstanta dielektrik bahan, ketika frekuensi kerja perangkat rendah (seperti ratusan MHz), jika bahan dengan konstanta dielektrik yang rendah digunakan, ukuran perangkat akan terlalu besar untuk digunakan. Oleh karena itu, yang terbaik adalah membuat serial konstanta dielektrik agar sesuai dengan frekuensi operasi yang berbeda.

Rugi dielektrik juga merupakan parameter penting yang dipertimbangkan dalam desain perangkat frekuensi radio, dan ini terkait langsung dengan hilangnya perangkat. Secara teori, semakin kecil semakin baik. Koefisien suhu konstanta dielektrik merupakan parameter penting yang menentukan stabilitas suhu kinerja listrik perangkat frekuensi radio.

Untuk memastikan keandalan perangkat LTCC, banyak sifat termo-mekanis juga harus dipertimbangkan saat memilih bahan. Yang paling kritis adalah koefisien ekspansi termal, yang harus sesuai dengan papan sirkuit yang akan disolder sebanyak mungkin. Selain itu, dengan mempertimbangkan pemrosesan dan aplikasi di masa mendatang, material LTCC juga harus memenuhi banyak persyaratan kinerja mekanis, seperti kekuatan lentur , kekerasan Hv, kerataan permukaan, modulus elastisitas E dan ketangguhan patah KIC, dan sebagainya.

“Kinerja proses umumnya dapat mencakup aspek-aspek berikut: Pertama, dapat disinter pada suhu di bawah 900 ° C menjadi struktur mikro yang padat dan tidak berpori. Kedua, suhu densifikasi tidak boleh terlalu rendah, agar tidak mencegah pelepasan bahan organik dalam pasta perak dan sabuk hijau. Ketiga, setelah menambahkan bahan organik yang sesuai, dapat dicetak menjadi pita hijau yang seragam, halus, dan kuat.

Klasifikasi bahan LTCC
Saat ini, bahan keramik LTCC terutama terdiri dari dua sistem, yaitu sistem “kaca-keramik” dan sistem “kaca + keramik”. Doping dengan oksida leleh rendah atau kaca leleh rendah dapat mengurangi suhu sintering bahan keramik, tetapi pengurangan suhu sintering terbatas, dan kinerja material akan rusak pada tingkat yang berbeda-beda. Pencarian bahan keramik dengan suhu sintering rendah menarik perhatian para peneliti. Varietas utama bahan yang sedang dikembangkan adalah seri barium timah borat (BaSn(BO3)2), seri germanate dan tellurate, seri BiNbO4, seri Bi203-Zn0-Nb205, seri ZnO-TiO2 dan bahan keramik lainnya. Dalam beberapa tahun terakhir, kelompok penelitian Zhou Ji di Universitas Tsinghua telah berkomitmen untuk melakukan penelitian di bidang ini.
Sifat bahan LTCC
Kinerja produk LTCC sepenuhnya bergantung pada kinerja bahan yang digunakan. Bahan keramik LTCC terutama mencakup bahan substrat LTCC, bahan kemasan dan bahan perangkat gelombang mikro. Konstanta dielektrik adalah properti paling kritis dari bahan LTCC. Konstanta dielektrik diperlukan untuk diserialkan dalam kisaran 2 hingga 20000 agar sesuai untuk frekuensi operasi yang berbeda. Misalnya, substrat dengan permitivitas relatif 3.8 cocok untuk desain sirkuit digital berkecepatan tinggi; substrat dengan permitivitas relatif 6 hingga 80 dapat menyelesaikan desain sirkuit frekuensi tinggi dengan baik; substrat dengan permitivitas relatif hingga 20,000 dapat membuat perangkat berkapasitas tinggi diintegrasikan ke dalam struktur multilayer. Frekuensi tinggi adalah tren yang relatif jelas dalam pengembangan produk 3C digital. Pengembangan bahan LTCC konstanta dielektrik rendah (ε≤10) untuk memenuhi persyaratan frekuensi tinggi dan kecepatan tinggi merupakan tantangan bagaimana bahan LTCC dapat beradaptasi dengan aplikasi frekuensi tinggi. Konstanta dielektrik sistem 901 FerroA6 dan DuPont adalah 5.2 hingga 5.9, 4110-70C ESL adalah 4.3 hingga 4.7, konstanta dielektrik substrat LTCC NEC adalah sekitar 3.9, dan konstanta dielektrik serendah 2.5 sedang dikembangkan.

Ukuran resonator berbanding terbalik dengan akar kuadrat dari konstanta dielektrik, sehingga ketika digunakan sebagai bahan dielektrik, konstanta dielektrik yang dibutuhkan harus besar untuk memperkecil ukuran perangkat. Saat ini, batas kerugian ultra-rendah atau nilai Q ultra-tinggi, permitivitas relatif (>100) atau bahkan >150 bahan dielektrik adalah titik-titik penelitian. Untuk sirkuit yang membutuhkan kapasitansi yang lebih besar, bahan dengan konstanta dielektrik tinggi dapat digunakan, atau lapisan bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik yang lebih besar dapat diapit di antara lapisan bahan substrat keramik dielektrik LTCC, dan konstanta dielektrik dapat antara 20 dan 100. Pilih antara . Rugi dielektrik juga merupakan parameter penting untuk dipertimbangkan dalam desain perangkat frekuensi radio. Ini terkait langsung dengan hilangnya perangkat. Secara teori, diharapkan semakin kecil semakin baik. Saat ini, bahan LTCC yang digunakan dalam perangkat frekuensi radio terutama DuPont (951,943), Ferro (A6M, A6S), Heraeus (CT700, CT800 dan CT2000) dan Laboratorium Elektro-sains. Mereka tidak hanya dapat menyediakan pita keramik hijau LTCC serial dengan konstanta dielektrik, tetapi juga menyediakan bahan kabel yang cocok.

Isu panas lainnya dalam penelitian bahan LTCC adalah kompatibilitas bahan co-fired. Ketika menembakkan bersama lapisan dielektrik yang berbeda (kapasitor, resistansi, induktansi, konduktor, dll.), reaksi dan difusi antarmuka antara antarmuka yang berbeda harus dikontrol untuk membuat pencocokan pembakaran bersama dari setiap lapisan dielektrik baik, dan tingkat kepadatan dan sintering penyusutan antara lapisan antarmuka Laju dan laju ekspansi termal sekonsisten mungkin untuk mengurangi terjadinya cacat seperti spalling, warping dan cracking.

Secara umum, tingkat penyusutan bahan keramik menggunakan teknologi LTCC adalah sekitar 15-20%. Jika sintering keduanya tidak dapat dicocokkan atau kompatibel, lapisan antarmuka akan terbelah setelah sintering; jika kedua bahan bereaksi pada suhu tinggi, lapisan reaksi yang dihasilkan akan mempengaruhi karakteristik asli dari masing-masing bahan. Kompatibilitas co-firing dari dua bahan dengan konstanta dan komposisi dielektrik yang berbeda dan bagaimana mengurangi reaktivitas timbal balik adalah fokus penelitian. Ketika LTCC digunakan dalam sistem kinerja tinggi, kunci untuk kontrol ketat dari perilaku penyusutan adalah untuk mengontrol penyusutan sintering dari sistem co-fired LTCC. Penyusutan sistem co-fired LTCC sepanjang arah XY umumnya 12% hingga 16%. Dengan bantuan teknologi sintering tanpa tekanan atau sinter dengan bantuan tekanan, diperoleh material dengan penyusutan nol pada arah XY [17,18]. Saat sintering, bagian atas dan bawah lapisan co-fired LTCC ditempatkan di atas dan bawah lapisan co-fired LTCC sebagai lapisan kontrol susut. Dengan bantuan efek ikatan tertentu antara lapisan kontrol dan multilayer dan tingkat penyusutan yang ketat dari lapisan kontrol, perilaku penyusutan struktur LTCC sepanjang arah X dan Y dibatasi. Untuk mengkompensasi hilangnya penyusutan substrat dalam arah XY, substrat akan dikompensasikan untuk penyusutan dalam arah Z. Akibatnya, perubahan ukuran struktur LTCC dalam arah X dan Y hanya sekitar 0.1%, sehingga memastikan posisi dan keakuratan kabel dan lubang setelah sintering, dan memastikan kualitas perangkat.