LTCC materiaalvereisten
De vereisten voor materiaaleigenschappen van LTCC-apparaten omvatten elektrische eigenschappen, thermomechanische eigenschappen en proceseigenschappen.

De diëlektrische constante is de meest kritische eigenschap van LTCC-materialen. Aangezien de basiseenheid van het radiofrequentieapparaat – de lengte van de resonator omgekeerd evenredig is met de vierkantswortel van de diëlektrische constante van het materiaal, wanneer de werkfrequentie van het apparaat laag is (zoals honderden MHz), als een materiaal met een lage diëlektrische constante wordt gebruikt, zal het apparaat te groot zijn om te gebruiken. Daarom is het het beste om de diëlektrische constante te serialiseren voor verschillende werkfrequenties.

Diëlektrisch verlies is ook een belangrijke parameter die in aanmerking wordt genomen bij het ontwerp van radiofrequentieapparaten en is direct gerelateerd aan het verlies van het apparaat. In theorie geldt: hoe kleiner hoe beter. De temperatuurcoëfficiënt van de diëlektrische constante is een belangrijke parameter die de temperatuurstabiliteit van de elektrische prestaties van het radiofrequentieapparaat bepaalt.

Om de betrouwbaarheid van LTCC-apparaten te garanderen, moeten bij het selecteren van materialen ook veel thermomechanische eigenschappen in overweging worden genomen. De meest kritische is de thermische uitzettingscoëfficiënt, die zoveel mogelijk moet overeenkomen met de printplaat die moet worden gesoldeerd. Bovendien moeten LTCC-materialen, rekening houdend met verwerking en toekomstige toepassingen, ook voldoen aan veel mechanische prestatie-eisen, zoals buigsterkte σ, hardheid Hv, vlakheid van het oppervlak, elasticiteitsmodulus E en breuktaaiheid KIC enzovoort.

“Procesprestaties kunnen over het algemeen de volgende aspecten omvatten: Ten eerste kan het bij een temperatuur onder 900°C worden gesinterd tot een dichte, niet-poreuze microstructuur. Ten tweede mag de verdichtingstemperatuur niet te laag zijn, om de afvoer van organisch materiaal in de zilverpasta en de groene gordel niet te voorkomen. Ten derde, na toevoeging van geschikte organische materialen, kan het worden gegoten in een uniforme, gladde en sterke groene tape.

Classificatie van LTCC-materialen
Momenteel bestaan ​​LTCC-keramische materialen voornamelijk uit twee systemen, namelijk het “glaskeramiek” -systeem en het “glas + keramiek” -systeem. Doping met laagsmeltend oxide of laagsmeltend glas kan de sintertemperatuur van keramische materialen verlagen, maar de verlaging van de sintertemperatuur is beperkt en de prestaties van het materiaal zullen in verschillende mate worden beschadigd. De zoektocht naar keramische materialen met een lage sintertemperatuur heeft de aandacht van onderzoekers getrokken. De belangrijkste variëteiten van dergelijke materialen die worden ontwikkeld, zijn de barium-tinboraat (BaSn(BO3)2)-serie, de germanaat- en telluraat-serie, de BiNbO4-serie, de Bi203-Zn0-Nb205-serie, de ZnO-TiO2-serie en andere keramische materialen. De afgelopen jaren heeft de onderzoeksgroep van Zhou Ji aan de Tsinghua University zich toegelegd op onderzoek op dit gebied.
LTCC materiaaleigenschappen:
De prestaties van LTCC-producten zijn volledig afhankelijk van de prestaties van de gebruikte materialen. LTCC-keramische materialen omvatten voornamelijk LTCC-substraatmaterialen, verpakkingsmaterialen en materialen voor magnetronapparatuur. Diëlektrische constante is de meest kritische eigenschap van LTCC-materialen. De diëlektrische constante moet worden geserialiseerd in het bereik van 2 tot 20000 om geschikt te zijn voor verschillende werkfrequenties. Een substraat met een relatieve permittiviteit van 3.8 is bijvoorbeeld geschikt voor het ontwerpen van snelle digitale schakelingen; een substraat met een relatieve permittiviteit van 6 tot 80 kan het ontwerp van hoogfrequente circuits goed voltooien; een substraat met een relatieve permittiviteit van maximaal 20,000 kan ervoor zorgen dat apparaten met hoge capaciteit worden geïntegreerd in een meerlaagse structuur. Hoge frequentie is een relatief voor de hand liggende trend in de ontwikkeling van digitale 3C-producten. De ontwikkeling van LTCC-materialen met een lage diëlektrische constante (ε≤10) om te voldoen aan de vereisten van hoge frequentie en hoge snelheid is een uitdaging voor de manier waarop LTCC-materialen zich kunnen aanpassen aan hoogfrequente toepassingen. De diëlektrische constante van het 901-systeem van FerroA6 en DuPont is 5.2 tot 5.9, de 4110-70C van ESL is 4.3 tot 4.7, de diëlektrische constante van NEC’s LTCC-substraat is ongeveer 3.9 en de diëlektrische constante van slechts 2.5 is in ontwikkeling.

De grootte van de resonator is omgekeerd evenredig met de vierkantswortel van de diëlektrische constante, dus bij gebruik als diëlektrisch materiaal moet de diëlektrische constante groot zijn om de grootte van het apparaat te verkleinen. Momenteel zijn de limieten van ultralaag verlies of ultrahoge Q-waarde, relatieve permittiviteit (> 100) of zelfs> 150 diëlektrische materialen onderzoekshotspots. Voor circuits die een grotere capaciteit vereisen, kunnen materialen met een hoge diëlektrische constante worden gebruikt, of een diëlektrische materiaallaag met een grotere diëlektrische constante kan worden ingeklemd tussen de LTCC diëlektrische keramische substraatmateriaallaag, en de diëlektrische constante kan tussen 20 en 100 zijn. Kies tussen . Diëlektrisch verlies is ook een belangrijke parameter waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerp van radiofrequentieapparaten. Het is direct gerelateerd aan het verlies van het apparaat. In theorie hoopt men dat hoe kleiner hoe beter. Momenteel zijn de LTCC-materialen die in radiofrequentieapparatuur worden gebruikt voornamelijk DuPont (951,943), Ferro (A6M, A6S), Heraeus (CT700, CT800 en CT2000) en Electro-science Laboratories. Ze kunnen niet alleen geserialiseerde LTCC groene keramische tape met diëlektrische constante leveren, maar ook bijpassende bedradingsmaterialen leveren.

Een ander hot issue in het onderzoek naar LTCC-materialen is de compatibiliteit van meegestookte materialen. Bij het meestoken van verschillende diëlektrische lagen (condensatoren, weerstanden, inductanties, geleiders, enz.), moeten de reactie en interface-diffusie tussen verschillende interfaces worden gecontroleerd om de afstemming van de co-verbranding van elke diëlektrische laag goed te maken, en de dichtheidssnelheid en sintering krimp tussen de interfacelagen De snelheid en thermische uitzettingssnelheid zijn zo consistent mogelijk om het optreden van defecten zoals afbrokkelen, kromtrekken en barsten te verminderen.

Over het algemeen is de krimpsnelheid van keramische materialen met LTCC-technologie ongeveer 15-20%. Als het sinteren van de twee niet kan worden geëvenaard of compatibel is, wordt de interfacelaag na het sinteren gesplitst; als de twee materialen bij een hoge temperatuur reageren, zal de resulterende reactielaag de oorspronkelijke eigenschappen van de respectieve materialen aantasten. De bijstookcompatibiliteit van twee materialen met verschillende diëlektrische constanten en samenstellingen en het verminderen van de onderlinge reactiviteit staan ​​centraal in het onderzoek. Wanneer LTCC wordt gebruikt in hoogwaardige systemen, is de sleutel tot strikte controle van het krimpgedrag het beheersen van de sinterkrimp van het LTCC meegestookte systeem. De krimp van het LTCC meegestookte systeem langs de XY-richting is over het algemeen 12% tot 16%. Met behulp van drukloos sinteren of drukondersteunde sintertechnologie worden materialen verkregen zonder krimp in de XY-richting [17,18]. Bij het sinteren worden de boven- en onderkant van de LTCC meegestookte laag op de boven- en onderkant van de LTCC meegestookte laag geplaatst als krimpcontrolelaag. Met behulp van een zeker bindingseffect tussen de controlelaag en de meerlaagse laag en de strikte krimpsnelheid van de controlelaag, wordt het krimpgedrag van de LTCC-structuur langs de X- en Y-richtingen beperkt. Om het krimpverlies van het substraat in de XY-richting te compenseren, zal het substraat worden gecompenseerd voor krimp in de Z-richting. Dientengevolge is de grootteverandering van de LTCC-structuur in de X- en Y-richtingen slechts ongeveer 0.1%, waardoor de positie en nauwkeurigheid van de bedrading en gaten na het sinteren wordt gewaarborgd en de kwaliteit van het apparaat wordt gewaarborgd.