דרישות חומר LTCC
הדרישות לתכונות החומר של מכשירי LTCC כוללות תכונות חשמליות, תכונות תרומומכניות ומאפייני תהליכים.

הקבוע הדיאלקטרי הוא המאפיין הקריטי ביותר של חומרי LTCC. מכיוון שהיחידה הבסיסית של מכשיר תדר הרדיו-אורך המהוד הוא ביחס הפוך לשורש הריבועי של הקבוע הדיאלקטרי של החומר, כאשר תדירות העבודה של המכשיר נמוכה (כגון מאות מגה-הרץ), אם חומר עם שימוש קבוע דיאלקטרי נמוך, המכשיר הגודל יהיה גדול מדי לשימוש. לכן, עדיף לסדר את הקבוע הדיאלקטרי כך שיתאים לתדרי הפעלה שונים.

אובדן דיאלקטרי הוא גם פרמטר חשוב הנחשב בעיצוב מכשירי תדר רדיו, והוא קשור ישירות לאובדן המכשיר. בתיאוריה, כמה שיותר קטן יותר טוב. מקדם הטמפרטורה של הקבוע הדיאלקטרי הוא פרמטר חשוב הקובע את יציבות הטמפרטורה של הביצועים החשמליים של מכשיר תדר הרדיו.

על מנת להבטיח את האמינות של התקני LTCC, יש לקחת בחשבון גם תכונות תרמו-מכניות רבות בבחירת חומרים. הקריטי ביותר הוא מקדם ההתרחבות התרמית, שאמור להתאים ללוח המעגלים להלחמה עד כמה שניתן. בנוסף, בהתחשב בעיבוד וביישומים עתידיים, חומרי LTCC צריכים לעמוד גם בדרישות ביצועים מכניות רבות, כגון חוזק כיפוף σ, קשיות Hv, מישור משטח, מודול אלסטי E וקשיחות שבר KIC וכן הלאה.

“ביצועי התהליך יכולים לכלול בדרך כלל את ההיבטים הבאים: ראשית, ניתן לנטר אותו בטמפרטורה הנמוכה מ- 900 ° C לתוך מבנה מיקרו צפוף ולא נקבובי. שנית, טמפרטורת הצפיפות לא צריכה להיות נמוכה מדי, כדי לא למנוע פריקה של חומר אורגני בדבק הכסף והחגורה הירוקה. שלישית, לאחר הוספת חומרים אורגניים מתאימים, ניתן להיצק לקלטת ירוקה אחידה, חלקה וחזקה.

סיווג חומרי LTCC
כיום חומרי הקרמיקה של LTCC מורכבים בעיקר משתי מערכות, כלומר מערכת “זכוכית-קרמיקה” ומערכת “זכוכית + קרמיקה”. סימום עם תחמוצת נמוכה או זכוכית נמוכה יכול להוזיל את טמפרטורת הסינתר של חומרים קרמיים, אך הפחתת טמפרטורת הסינתר מוגבלת, וביצועי החומר ייפגעו בדרגות שונות. החיפוש אחר חומרים קרמיים עם טמפרטורה של סינטר נמוך משך את תשומת לבם של חוקרים. הזנים העיקריים של חומרים כאלה המפותחים הם סדרות פח בריום (BaSn (BO3) 2) מסוג בריום, סדרות germanate ו- tellurate, סדרות BiNbO4, סדרות Bi203-Zn0-Nb205, סדרות ZnO-TiO2 וחומרים קרמיים אחרים. בשנים האחרונות קבוצת המחקר של ג’ואו ג’י באוניברסיטת צינגואה התחייבה למחקר בתחום זה.
תכונות חומר LTCC
הביצועים של מוצרי LTCC תלויים לחלוטין בביצועי החומרים בהם נעשה שימוש. חומרי קרמיקה LTCC כוללים בעיקר חומרי מצע LTCC, חומרי אריזה וחומרים למכשירי מיקרוגל. קבוע דיאלקטרי הוא המאפיין הקריטי ביותר של חומרי LTCC. הקונפליקט הדיאלקטרי נדרש להיות מסודר בטווח של 2 עד 20000 כדי שיתאים לתדרי הפעלה שונים. לדוגמה, מצע בעל היתר יחסי של 3.8 מתאים לעיצוב מעגלים דיגיטליים במהירות גבוהה; מצע בעל היתר יחסי של 6 עד 80 יכול להשלים היטב את תכנון מעגלים בתדר גבוה; מצע בעל היתר יחסי של עד 20,000 יכול לגרום למכשירים בעלי קיבולת גבוהה להיות משולבים במבנה רב שכבתי. תדירות גבוהה היא מגמה ברורה יחסית בפיתוח מוצרי 3C דיגיטליים. פיתוח חומרים LTCC קבועים דיאלקטריים נמוכים (ε≤10) כדי לעמוד בדרישות של תדר גבוה ומהירות גבוהה הוא אתגר לאופן בו חומרים LTCC יכולים להסתגל ליישומים בתדירות גבוהה. הקבוע הדיאלקטרי של מערכת 901 של FerroA6 ו- DuPont הוא 5.2 עד 5.9, 4110-70C של ESL הוא 4.3 עד 4.7, הקבוע הדיאלקטרי של מצע LTCC של NEC הוא כ -3.9, והקבוע הדיאלקטרי נמוך עד 2.5 נמצא בפיתוח.

גודל המהוד הוא ביחס הפוך לשורש הריבועי של הקבוע הדיאלקטרי, ולכן כאשר משתמשים בו כחומר דיאלקטרי, הקבוע הדיאלקטרי נדרש להיות גדול כדי להקטין את גודל המכשיר. נכון לעכשיו, הגבול של אובדן נמוך במיוחד או ערך Q גבוה במיוחד, היתר יחסי (> 100) או אפילו> 150 חומרים דיאלקטרים ​​הם מוקדי מחקר. במעגלים הדורשים קיבול גדול יותר, ניתן להשתמש בחומרים בעלי קבוע דיאלקטרי גבוה, או לחבר שכבת חומר דיאלקטרית עם קבוע דיאלקטרי גדול יותר בין שכבת חומר המצע הקרמי הדיאלקטרי של LTCC, והקבוע הדיאלקטרי יכול להיות בין 20 ל -100. . אובדן דיאלקטרי הוא גם פרמטר חשוב שיש לקחת בחשבון בעיצוב מכשירי תדר רדיו. זה קשור ישירות לאובדן המכשיר. בתיאוריה, יש לקוות שככל שיותר קטן כך ייטב. כיום חומרי LTCC המשמשים במכשירי תדר רדיו הם בעיקר DuPont (951,943), Ferro (A6M, A6S), Heraeus (CT700, CT800 ו- CT2000) ומעבדות אלקטרו-מדעיות. הם יכולים לא רק לספק סרט קרמיקה ירוק LTCC מסודר עם קבוע דיאלקטרי, אלא גם לספק חומרי חיווט תואמים.

סוגיה חמה נוספת במחקר חומרי LTCC היא תאימות חומרים המופעלים יחד. בעת שריפה משותפת של שכבות דיאלקטריות שונות (קבלים, התנגדויות, השראות, מוליכים וכו ‘), יש לשלוט בתגובה ובהתפשטות הממשקים בין ממשקים שונים כדי להפוך את ההתאמה המשותפת של כל שכבה דיאלקטרית לטובה, ואת קצב הצפיפות והסינתור. הצטמקות בין שכבות הממשק הקצב וקצב ההתרחבות התרמית עקביות ככל האפשר כדי לצמצם את התרחשותם של פגמים כגון נפיחות, עיוותים וסדקים.

באופן כללי, שיעור ההתכווצות של חומרים קרמיים באמצעות טכנולוגיית LTCC הוא כ 15-20%. אם לא ניתן להתאים או להתאים את הסינטר של השניים, שכבת הממשק תתפצל לאחר האינטרה; אם שני החומרים מגיבים בטמפרטורה גבוהה, שכבת התגובה המתקבלת תשפיע על המאפיינים המקוריים של החומרים המתאימים. המחקר עוסק במאי התאמה של שני חומרים עם קבועים ותרכובות דיאלקטריות שונות וכיצד להפחית את התגובתיות ההדדית. כאשר LTCC משמש במערכות בעלות ביצועים גבוהים, המפתח לבקרה קפדנית על התנהגות הצטמקות הוא לשלוט על הצטמקות הסינתור של מערכת ה- LTCC המשותפת. הצטמקות מערכת LTCC המשותפת לכיוון XY היא בדרך כלל 12% עד 16%. בעזרת טכנולוגיית סינר ללא לחץ או סינר בסיוע לחץ מתקבלים חומרים עם התכווצות אפסית בכיוון XY [17,18]. בעת סינתר, החלק העליון והתחתון של השכבה המשותפת של LTCC ממוקמים בחלק העליון והתחתון של השכבה המשותפת של LTCC כשכבת בקרת הצטמקות. בעזרת השפעה מליטה מסוימת בין שכבת הבקרה לרב -שכבות וקצב ההצטמקות הקפדני של שכבת הבקרה, התנהגות ההתכווצות של מבנה LTCC לאורך כיווני X ו- Y מוגבלת. על מנת לפצות על אובדן ההצטמקות של המצע בכיוון XY, ​​המצע יפוצה על הצטמקות בכיוון Z. כתוצאה מכך, שינוי הגודל של מבנה LTCC בכיוון X ו- Y הוא כ -0.1%בלבד, ובכך מבטיח את המיקום והדיוק של החיווט והחורים לאחר הסינון, ומבטיח את איכות המכשיר.