LTCCの材料要件

LTCCの材料要件
LTCCデバイスの材料特性の要件には、電気的特性、熱機械的特性、およびプロセス特性が含まれます。

誘電率は、LTCC材料の最も重要な特性です。無線周波数デバイスの基本単位-共振器の長さは、デバイスの動作周波数が低い場合（数百MHzなど）、材料の誘電率の平方根に反比例するため、材料の場合誘電率の低いデバイスを使用すると、サイズが大きすぎて使用できなくなります。したがって、さまざまな動作周波数に合わせて誘電率をシリアル化するのが最善です。

誘電損失も無線周波数デバイスの設計で考慮される重要なパラメータであり、デバイスの損失に直接関係しています。理論的には、小さいほど良いです。誘電率の温度係数は、無線周波数デバイスの電気的性能の温度安定性を決定する重要なパラメータです。

LTCCデバイスの信頼性を確保するために、材料を選択する際には多くの熱機械的特性も考慮する必要があります。最も重要なのは熱膨張係数です。これは、はんだ付けする回路基板と可能な限り一致する必要があります。さらに、処理と将来の用途を考慮すると、LTCC材料は、曲げ強度σ、硬度Hv、表面平坦度、弾性率E、破壊靭性KICなどの多くの機械的性能要件も満たす必要があります。

「プロセス性能には、一般に次の側面が含まれます。まず、900°C未満の温度で焼結して、緻密で非多孔質の微細構造にすることができます。第二に、銀ペーストとグリーンベルト中の有機物の排出を妨げないように、緻密化温度を低くしすぎないようにする必要があります。第三に、適切な有機材料を追加した後、それは均一で滑らかで強い緑色のテープにキャストすることができます。

LTCC材料の分類
現在、LTCCセラミック材料は主に「ガラスセラミック」システムと「ガラス+セラミック」システムの3つのシステムで構成されています。低融点酸化物または低融点ガラスをドープすると、セラミック材料の焼結温度を下げることができますが、焼結温度の低下は制限され、材料の性能はさまざまな程度で損傷します。焼結温度の低いセラミック材料の探索が研究者の注目を集めています。開発中のこのような材料の主な種類は、ホウ酸バリウムスズ（BaSn（BO2）4）シリーズ、ゲルマネートおよびテルル酸シリーズ、BiNbO203シリーズ、Bi0-Zn205-Nb2シリーズ、ZnO-TiOXNUMXシリーズおよびその他のセラミック材料です。近年、清華大学の周済の研究グループは、この分野の研究に取り組んでいます。
LTCCの材料特性
LTCC製品の性能は、使用される材料の性能に完全に依存します。 LTCCセラミック材料には、主にLTCC基板材料、パッケージ材料、マイクロ波デバイス材料が含まれます。誘電率は、LTCC材料の最も重要な特性です。誘電率は、さまざまな動作周波数に適した2〜20000の範囲でシリアル化する必要があります。たとえば、比誘電率が3.8の基板は、高速デジタル回路の設計に適しています。比誘電率が6〜80の基板は、高周波回路の設計を十分に完了できます。比誘電率が最大20,000の基板を使用すると、大容量デバイスを多層構造に統合できます。高周波は、デジタル3C製品の開発において比較的明白な傾向です。高周波および高速の要件を満たすための低誘電率（ε≤10）LTCC材料の開発は、LTCC材料を高周波アプリケーションにどのように適応させることができるかという課題です。 FerroA901とDuPontの6システムの誘電率は5.2〜5.9、ESLの4110〜70Cは4.3〜4.7、NECのLTCC基板の誘電率は約3.9、2.5という低い誘電率が開発中です。

共振器のサイズは誘電体の平方根に反比例するため、誘電体材料として使用する場合は、デバイスのサイズを小さくするために誘電体定数を大きくする必要があります。現在、超低損失または超高Q値、比誘電率（> 100）、さらには> 150誘電体材料の限界が研究のホットスポットです。より大きな静電容量を必要とする回路の場合、誘電体定数の高い材料を使用するか、誘電体定数の大きい誘電体材料層をLTCC誘電体セラミック基板材料層の間に挟み、誘電体定数を20〜100にすることができます。。誘電損失も、無線周波数デバイスの設計で考慮すべき重要なパラメータです。これは、デバイスの紛失に直接関係しています。理論的には、小さいほど良いことが期待されます。現在、無線周波数デバイスで使用されているLTCC材料は、主にDuPont（951,943）、Ferro（A6M、A6S）、Heraeus（CT700、CT800、およびCT2000）、およびElectro-scienceLaboratoriesです。それらは、誘電率を備えたシリアル化されたLTCCグリーンセラミックテープを提供するだけでなく、一致する配線材料も提供します。

LTCC材料の研究におけるもうXNUMXつのホットな問題は、同時焼成材料の適合性です。異なる誘電体層（コンデンサ、抵抗、インダクタンス、導体など）を同時焼成する場合、各誘電体層の同時焼成のマッチングを良好にし、密度率と焼結を行うために、異なる界面間の反応と界面拡散を制御する必要があります。界面層間の収縮速度と熱膨張速度は、剥離、反り、亀裂などの欠陥の発生を減らすために、可能な限り一貫しています。

一般的に、LTCC技術を使用したセラミック材料の収縮率は約15〜20％です。 12つの焼結が一致または互換性がない場合、界面層は焼結後に分割されます。 16つの材料が高温で反応する場合、結果として生じる反応層は、それぞれの材料の元の特性に影響を与えます。誘電率と組成が異なる17,18つの材料の同時燃焼適合性と、相互反応性を低減する方法が研究の焦点です。 LTCCを高性能システムで使用する場合、収縮挙動を厳密に制御するための鍵は、LTCC同時焼成システムの焼結収縮を制御することです。 XY方向に沿ったLTCC同時焼成システムの収縮は一般に0.1％からXNUMX％です。無加圧焼結または加圧焼結技術の助けを借りて、XY方向の収縮がゼロの材料が得られます[XNUMX、XNUMX]。焼結するとき、ＬＴＣＣ同時焼成層の上部および下部は、収縮制御層としてＬＴＣＣ同時焼成層の上部および下部に配置される。制御層と多層との間の特定の結合効果および制御層の厳密な収縮率の助けを借りて、XおよびY方向に沿ったLTCC構造の収縮挙動が制限されます。 XY方向の基板の収縮損失を補償するために、基板はZ方向の収縮を補償されます。その結果、LTCC構造のX方向とY方向のサイズ変化は約XNUMX％に過ぎず、焼結後の配線と穴の位置と精度を確保し、デバイスの品質を確保します。