Wymagania materiałowe LTCC
Wymagania dotyczące właściwości materiałowych urządzeń LTCC obejmują właściwości elektryczne, właściwości termomechaniczne i właściwości procesowe.

Stała dielektryczna jest najbardziej krytyczną właściwością materiałów LTCC. Ponieważ podstawową jednostką urządzenia częstotliwości radiowej jest długość rezonatora jest odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego ze stałej dielektrycznej materiału, gdy częstotliwość pracy urządzenia jest niska (na przykład setki MHz), jeśli materiał z niską stałą dielektryczną, urządzenie będzie zbyt duże do użycia. Dlatego najlepiej jest serializować stałą dielektryczną, aby dopasować ją do różnych częstotliwości roboczych.

Strata dielektryczna jest również ważnym parametrem branym pod uwagę przy projektowaniu urządzeń o częstotliwości radiowej i jest bezpośrednio związany z utratą urządzenia. Teoretycznie im mniejszy, tym lepiej. Współczynnik temperaturowy stałej dielektrycznej jest ważnym parametrem, który określa stabilność temperaturową parametrów elektrycznych urządzenia o częstotliwości radiowej.

Aby zapewnić niezawodność urządzeń LTCC, przy wyborze materiałów należy również wziąć pod uwagę wiele właściwości termomechanicznych. Najważniejszym z nich jest współczynnik rozszerzalności cieplnej, który powinien być jak najbardziej dopasowany do lutowanej płytki drukowanej. Ponadto, biorąc pod uwagę przetwarzanie i przyszłe zastosowania, materiały LTCC powinny również spełniać wiele wymagań dotyczących wydajności mechanicznej, takich jak wytrzymałość na zginanie σ, twardość Hv, płaskość powierzchni, moduł sprężystości E i odporność na pękanie KIC i tak dalej.

„Wydajność procesu może ogólnie obejmować następujące aspekty: Po pierwsze, można go spiekać w temperaturze poniżej 900°C w gęstą, nieporowatą mikrostrukturę. Po drugie, temperatura zagęszczania nie powinna być zbyt niska, aby nie zapobiegać uwalnianiu się materii organicznej w paście srebrnej i pasie zieleni. Po trzecie, po dodaniu odpowiednich materiałów organicznych można ją odlać w jednolitą, gładką i mocną zieloną taśmę.

Klasyfikacja materiałów LTCC
Obecnie materiały ceramiczne LTCC składają się głównie z dwóch systemów, a mianowicie systemu „szkło-ceramika” oraz systemu „szkło + ceramika”. Domieszkowanie niskotopliwym tlenkiem lub niskotopliwym szkłem może obniżyć temperaturę spiekania materiałów ceramicznych, ale obniżenie temperatury spiekania jest ograniczone, a wydajność materiału ulegnie pogorszeniu w różnym stopniu. Uwagę badaczy przyciągnęły poszukiwania materiałów ceramicznych o niskiej temperaturze spiekania. Główne odmiany takich opracowywanych materiałów to serie boranu baru i cyny (BaSn(BO3)2), serie germanianu i telluranu, serie BiNbO4, serie Bi203-Zn0-Nb205, serie ZnO-TiO2 i inne materiały ceramiczne. W ostatnich latach grupa badawcza Zhou Ji na Uniwersytecie Tsinghua zaangażowała się w badania w tej dziedzinie.
Właściwości materiału LTCC
Wydajność produktów LTCC zależy całkowicie od wydajności użytych materiałów. Materiały ceramiczne LTCC obejmują głównie materiały podłoża LTCC, materiały opakowaniowe i materiały do ​​urządzeń mikrofalowych. Stała dielektryczna jest najbardziej krytyczną właściwością materiałów LTCC. Stała dielektryczna musi być szeregowana w zakresie od 2 do 20000, aby była odpowiednia dla różnych częstotliwości roboczych. Na przykład podłoże o względnej przenikalności elektrycznej 3.8 jest odpowiednie do projektowania szybkich obwodów cyfrowych; podłoże o przenikalności względnej od 6 do 80 może dobrze uzupełnić projekt obwodów o wysokiej częstotliwości; podłoże o przenikalności względnej do 20,000 3 może sprawić, że urządzenia o dużej pojemności zostaną zintegrowane w strukturę wielowarstwową. Wysoka częstotliwość to stosunkowo oczywisty trend w rozwoju cyfrowych produktów 10C. Opracowanie materiałów LTCC o niskiej stałej dielektrycznej (ε≤901) w celu spełnienia wymagań wysokiej częstotliwości i wysokiej prędkości jest wyzwaniem dla tego, jak materiały LTCC mogą przystosować się do zastosowań o wysokiej częstotliwości. Stała dielektryczna układu 6 FerroA5.2 i DuPont wynosi 5.9 do 4110, 70-4.3C ESL wynosi 4.7 do 3.9, stała dielektryczna podłoża LTCC NEC wynosi około 2.5, a stała dielektryczna tak niska jak XNUMX jest w trakcie opracowywania.

Rozmiar rezonatora jest odwrotnie proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego ze stałej dielektrycznej, więc gdy jest używany jako materiał dielektryczny, stała dielektryczna musi być duża, aby zmniejszyć rozmiar urządzenia. Obecnie, granica ultra-niskich strat lub ultra-wysokiej wartości Q, przenikalność względna (>100) czy nawet >150 materiałów dielektrycznych są gorącymi punktami badawczymi. W przypadku obwodów wymagających większej pojemności można zastosować materiały o wysokiej stałej dielektrycznej lub warstwę materiału dielektrycznego o większej stałej dielektrycznej można umieścić pomiędzy warstwą materiału dielektrycznego ceramicznego podłoża LTCC, a stała dielektryczna może wynosić od 20 do 100. Wybierz między . Straty dielektryczne są również ważnym parametrem, który należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu urządzeń o częstotliwości radiowej. Jest to bezpośrednio związane z utratą urządzenia. W teorii jest nadzieja, że ​​im mniejszy, tym lepiej. Obecnie materiały LTCC stosowane w urządzeniach o częstotliwości radiowej to głównie DuPont (951,943), Ferro (A6M, A6S), Heraeus (CT700, CT800 i CT2000) oraz Electro-science Laboratories. Mogą one nie tylko zapewnić serializowaną zieloną taśmę ceramiczną LTCC o stałej dielektrycznej, ale także zapewnić odpowiednie materiały okablowania.

Kolejnym gorącym zagadnieniem w badaniach materiałów LTCC jest kompatybilność materiałów współspalanych. Podczas współspalania różnych warstw dielektrycznych (kondensatory, rezystancje, indukcyjności, przewodniki itp.) należy kontrolować reakcję i dyfuzję między różnymi interfejsami, aby zapewnić dobre dopasowanie współspalania każdej warstwy dielektrycznej, a także stopień gęstości i spiekanie skurcz między warstwami międzyfazowymi Szybkość i szybkość rozszerzalności cieplnej są tak spójne, jak to możliwe, aby zmniejszyć występowanie defektów, takich jak wykruszanie się, wypaczanie i pękanie.

Ogólnie rzecz biorąc, skurcz materiałów ceramicznych w technologii LTCC wynosi około 15-20%. Jeśli spiekanie tych dwóch nie może być dopasowane lub kompatybilne, warstwa pośrednia rozszczepi się po spiekaniu; jeśli dwa materiały reagują w wysokiej temperaturze, powstała warstwa reakcyjna wpłynie na pierwotną charakterystykę odpowiednich materiałów. Przedmiotem badań jest kompatybilność ze współspalaniem dwóch materiałów o różnych stałych dielektrycznych i składach oraz jak zmniejszyć wzajemną reaktywność. Gdy LTCC jest stosowany w wysokowydajnych systemach, kluczem do ścisłej kontroli zachowania skurczowego jest kontrolowanie skurczu spiekania współspalanego systemu LTCC. Skurcz współspalanego systemu LTCC wzdłuż kierunku XY wynosi na ogół od 12% do 16%. Za pomocą technologii spiekania bezciśnieniowego lub spiekania ze wspomaganiem ciśnieniowym uzyskuje się materiały o zerowym skurczu w kierunku XY [17,18]. Podczas spiekania górną i dolną część współspalanej warstwy LTCC umieszcza się na górnej i dolnej części współspalanej warstwy LTCC jako warstwę kontrolującą skurcz. Przy pomocy pewnego efektu wiązania pomiędzy warstwą kontrolną i wielowarstwową oraz ścisłej szybkości skurczu warstwy kontrolnej, zachowanie skurczowe struktury LTCC wzdłuż kierunków X i Y jest ograniczone. Aby skompensować utratę skurczu podłoża w kierunku XY, podłoże zostanie skompensowane skurczem w kierunku Z. W efekcie zmiana wielkości struktury LTCC w kierunkach X i Y wynosi tylko około 0.1%, zapewniając tym samym położenie i dokładność okablowania i otworów po spiekaniu oraz zapewniając jakość urządzenia.