LTCC 재료 요구 사항
LTCC 장치의 재료 특성에 대한 요구 사항에는 전기적 특성, 열기계적 특성 및 공정 특성이 포함됩니다.

유전 상수는 LTCC 재료의 가장 중요한 특성입니다. 무선 주파수 장치의 기본 단위인 공진기의 길이는 재료의 유전 상수의 제곱근에 반비례하기 때문에 장치의 작동 주파수가 낮을 때(예: 수백 MHz) 재료의 경우 낮은 유전 상수를 사용하면 장치 크기가 너무 커서 사용할 수 없습니다. 따라서 다른 작동 주파수에 맞게 유전 상수를 직렬화하는 것이 가장 좋습니다.

유전 손실은 또한 무선 주파수 장치의 설계에서 고려되는 중요한 매개변수이며 장치의 손실과 직접적인 관련이 있습니다. 이론적으로 작을수록 좋습니다. 유전 상수의 온도 계수는 무선 주파수 장치의 전기적 성능의 온도 안정성을 결정하는 중요한 매개 변수입니다.

LTCC 장치의 신뢰성을 보장하기 위해 재료를 선택할 때 많은 열-기계적 특성도 고려해야 합니다. 가장 중요한 것은 열팽창 계수이며 가능한 한 납땜할 회로 기판과 일치해야 합니다. 또한 가공 및 향후 응용 분야를 고려할 때 LTCC 재료는 굽힘 강도 σ, 경도 Hv, 표면 평탄도, 탄성 계수 E 및 파괴 인성 KIC 등과 같은 많은 기계적 성능 요구 사항도 충족해야 합니다.

“공정 성능은 일반적으로 다음과 같은 측면을 포함할 수 있습니다. 첫째, 900°C 미만의 온도에서 조밀한 비다공성 미세구조로 소결될 수 있습니다. 둘째, 은 페이스트와 그린 벨트에서 유기 물질의 배출을 방지하기 위해 고밀도화 온도가 너무 낮아서는 안됩니다. 셋째, 적절한 유기 물질을 첨가한 후 균일하고 매끄럽고 강한 그린 테이프로 주조할 수 있습니다.

LTCC 재료 분류
현재 LTCC 세라믹 재료는 주로 “유리-세라믹” 시스템과 “유리 + 세라믹” 시스템의 두 가지 시스템으로 구성됩니다. 저융점 산화물 또는 저융점 유리로 도핑하면 세라믹 재료의 소결 온도를 낮출 수 있지만 소결 온도의 감소는 제한적이며 재료의 성능이 다양한 정도로 손상됩니다. 소결 온도가 낮은 세라믹 재료에 대한 연구가 연구자들의 관심을 끌고 있습니다. 개발 중인 이러한 재료의 주요 품종은 바륨 주석 붕산염(BaSn(BO3)2) 계열, 게르마네이트 및 텔루레이트 계열, BiNbO4 계열, Bi203-Zn0-Nb205 계열, ZnO-TiO2 계열 및 기타 세라믹 재료입니다. 최근 몇 년 동안 Tsinghua University의 Zhou Ji 연구 그룹은 이 분야의 연구에 전념해 왔습니다.
LTCC 재료 속성
LTCC 제품의 성능은 전적으로 사용된 재료의 성능에 달려 있습니다. LTCC 세라믹 재료는 주로 LTCC 기판 재료, 패키징 재료 및 마이크로웨이브 소자 재료를 포함한다. 유전 상수는 LTCC 재료의 가장 중요한 특성입니다. 다른 작동 주파수에 적합하도록 유전 상수는 2 ~ 20000 범위에서 직렬화되어야 합니다. 예를 들어, 상대 유전율이 3.8인 기판은 고속 디지털 회로 설계에 적합합니다. 6 ~ 80의 상대 유전율을 가진 기판은 고주파 회로 설계를 잘 완성할 수 있습니다. 최대 20,000의 상대 유전율을 가진 기판은 고용량 장치를 다층 구조로 통합할 수 있습니다. 고주파수는 디지털 3C 제품 개발에서 비교적 분명한 추세입니다. 고주파수 및 고속 요구 사항을 충족하는 저 유전 상수(ε≤10) LTCC 재료의 개발은 LTCC 재료가 고주파수 응용 분야에 적응할 수 있는 방법에 대한 도전입니다. FerroA901과 DuPont의 6 시스템의 유전상수는 5.2~5.9, ESL의 4110-70C는 4.3~4.7, NEC의 LTCC 기판의 유전상수는 약 3.9이며, 2.5 이하의 낮은 유전상수를 개발 중에 있다.

공진기의 크기는 유전율의 제곱근에 반비례하므로 유전물질로 사용할 경우 소자의 크기를 줄이기 위해서는 유전율이 커야 한다. 현재, 초저 손실 또는 초고 Q 값, 상대 유전율(>100) 또는 >150 유전체 재료의 한계는 연구 핫스팟입니다. 더 큰 커패시턴스가 필요한 회로의 경우 유전 상수가 높은 재료를 사용하거나 LTCC 유전체 세라믹 기판 재료 층 사이에 유전 상수가 더 큰 유전 재료 층을 끼울 수 있으며 유전 상수는 20에서 100 사이일 수 있습니다. . 유전 손실은 또한 무선 주파수 장치의 설계에서 고려해야 할 중요한 매개변수입니다. 그것은 장치의 손실과 직접적인 관련이 있습니다. 이론적으로는 작을수록 좋습니다. 현재 무선 주파수 장치에 사용되는 LTCC 재료는 주로 DuPont(951,943), Ferro(A6M, A6S), Heraeus(CT700, CT800 및 CT2000) 및 Electro-science Laboratories입니다. 그들은 유전 상수가 있는 직렬화된 LTCC 녹색 세라믹 테이프를 제공할 뿐만 아니라 일치하는 배선 재료를 제공할 수 있습니다.

LTCC 재료 연구에서 또 다른 뜨거운 이슈는 동시 소성 재료의 호환성입니다. 서로 다른 유전층(커패시터, 저항, 인덕턴스, 도체 등)을 동시 소성할 때 서로 다른 계면 사이의 반응 및 계면 확산을 제어하여 각 유전층의 동시 소성 매칭이 양호하고 밀도율 및 소결이 양호하도록 해야 합니다. 계면층 사이의 수축률과 열팽창률은 가능한 한 일정하여 스폴링, 뒤틀림 및 균열과 같은 결함의 발생을 줄입니다.

일반적으로 LTCC 기술을 사용하는 세라믹 재료의 수축률은 약 15-20%입니다. 둘의 소결이 일치하거나 호환되지 않으면 인터페이스 레이어가 소결 후에 분할됩니다. 두 재료가 고온에서 반응하면 생성된 반응층이 각 재료의 원래 특성에 영향을 미칩니다. 유전 상수와 조성이 다른 두 재료의 동시 소성 호환성과 상호 반응성을 줄이는 방법이 연구의 초점입니다. LTCC가 고성능 시스템에 사용될 때 수축 거동을 엄격하게 제어하는 ​​핵심은 LTCC 동시 소성 시스템의 소결 수축을 제어하는 ​​것입니다. XY 방향을 따른 LTCC 동시 소성 시스템의 수축률은 일반적으로 12%에서 16%입니다. 무압력 소결 또는 압력 보조 소결 기술의 도움으로 XY 방향으로 수축이 17,18인 재료를 얻을 수 있습니다[0.1]. 소결시 LTCC 동시소성층의 상단과 하단은 수축조절층으로 LTCC 동시소성층의 상단과 하단에 위치한다. 제어층과 다층 사이의 특정 결합 효과와 제어층의 엄격한 수축률 덕분에 X 및 Y 방향을 따른 LTCC 구조의 수축 거동이 제한됩니다. 기판의 XY 방향 수축 손실을 보상하기 위해 기판은 Z 방향 수축을 보상합니다. 그 결과 LTCC 구조의 X, Y 방향 크기 변화가 약 XNUMX%에 불과해 소결 후 배선과 홀의 위치와 정확도를 확보하고 소자의 품질을 확보할 수 있다.