Requisitos de material LTCC
Os requisitos para as propriedades do material dos dispositivos LTCC incluem propriedades elétricas, propriedades termomecânicas e propriedades do processo.

A constante dielétrica é a propriedade mais crítica dos materiais LTCC. Já que a unidade básica do dispositivo de radiofrequência – o comprimento do ressonador é inversamente proporcional à raiz quadrada da constante dielétrica do material, quando a frequência de trabalho do dispositivo é baixa (como centenas de MHz), se um material com uma constante dielétrica baixa for usado, o tamanho do dispositivo será muito grande para usar. Portanto, é melhor serializar a constante dielétrica para se adequar a diferentes frequências de operação.

A perda dielétrica também é um parâmetro importante considerado no projeto de dispositivos de radiofrequência e está diretamente relacionada à perda do dispositivo. Em teoria, quanto menor, melhor. O coeficiente de temperatura da constante dielétrica é um parâmetro importante que determina a estabilidade da temperatura do desempenho elétrico do dispositivo de radiofrequência.

Para garantir a confiabilidade dos dispositivos LTCC, muitas propriedades termo-mecânicas também devem ser consideradas ao selecionar os materiais. O mais crítico é o coeficiente de expansão térmica, que deve corresponder ao máximo possível à placa de circuito a ser soldada. Além disso, considerando o processamento e as aplicações futuras, os materiais LTCC também devem atender a muitos requisitos de desempenho mecânico, como resistência à flexão σ, dureza Hv, planicidade da superfície, módulo de elasticidade E e resistência à fratura KIC e assim por diante.

“O desempenho do processo pode geralmente incluir os seguintes aspectos: primeiro, pode ser sinterizado a uma temperatura abaixo de 900 ° C em uma microestrutura densa e não porosa. Em segundo lugar, a temperatura de densificação não deve ser muito baixa, de modo a não impedir o descarte de matéria orgânica na pasta de prata e no cinturão verde. Terceiro, depois de adicionar materiais orgânicos apropriados, pode ser moldada em uma fita verde uniforme, lisa e forte.

Classificação de materiais LTCC
Presentemente, os materiais cerâmicos LTCC são compostos principalmente por dois sistemas, nomeadamente o sistema “vitrocerâmica” e o sistema “vidro + cerâmica”. A dopagem com óxido de baixo ponto de fusão ou vidro de baixo ponto de fusão pode reduzir a temperatura de sinterização de materiais cerâmicos, mas a redução da temperatura de sinterização é limitada e o desempenho do material será danificado em vários graus. A busca por materiais cerâmicos com baixa temperatura de sinterização tem chamado a atenção de pesquisadores. As principais variedades de tais materiais em desenvolvimento são borato de bário e estanho (BaSn (BO3) 2) série, germanato e telurato, BiNbO4, Bi203-Zn0-Nb205, ZnO-TiO2 e outros materiais cerâmicos. Nos últimos anos, o grupo de pesquisa de Zhou Ji na Universidade Tsinghua tem se comprometido com a pesquisa nessa área.
Propriedades do material LTCC
O desempenho dos produtos LTCC depende inteiramente do desempenho dos materiais usados. Os materiais cerâmicos LTCC incluem principalmente materiais de substrato LTCC, materiais de embalagem e materiais de dispositivos de micro-ondas. A constante dielétrica é a propriedade mais crítica dos materiais LTCC. A constante dielétrica deve ser serializada na faixa de 2 a 20000 para ser adequada para diferentes frequências de operação. Por exemplo, um substrato com uma permissividade relativa de 3.8 é adequado para o projeto de circuitos digitais de alta velocidade; um substrato com uma permissividade relativa de 6 a 80 pode muito bem completar o projeto de circuitos de alta frequência; um substrato com uma permissividade relativa de até 20,000 pode fazer Dispositivos de alta capacidade são integrados em uma estrutura de multicamadas. A alta frequência é uma tendência relativamente óbvia no desenvolvimento de produtos digitais 3C. O desenvolvimento de materiais LTCC de baixa constante dielétrica (ε≤10) para atender aos requisitos de alta frequência e alta velocidade é um desafio de como os materiais LTCC podem se adaptar a aplicações de alta frequência. A constante dielétrica do sistema 901 de FerroA6 e DuPont é de 5.2 a 5.9, a 4110-70C de ESL é de 4.3 a 4.7, a constante dielétrica do substrato LTCC da NEC é cerca de 3.9 e a constante dielétrica tão baixa quanto 2.5 está em desenvolvimento.

O tamanho do ressonador é inversamente proporcional à raiz quadrada da constante dielétrica, portanto, quando usado como um material dielétrico, a constante dielétrica deve ser grande para reduzir o tamanho do dispositivo. Atualmente, o limite de perda ultrabaixa ou valor de Q ultralto, permissividade relativa (> 100) ou mesmo> 150 materiais dielétricos são pontos críticos de pesquisa. Para circuitos que requerem maior capacitância, materiais com alta constante dielétrica podem ser usados, ou uma camada de material dielétrico com uma constante dielétrica maior pode ser ensanduichada entre a camada de material de substrato de cerâmica dielétrica LTCC e a constante dielétrica pode estar entre 20 e 100. Escolha entre . A perda dielétrica também é um parâmetro importante a ser considerado no projeto de dispositivos de radiofrequência. Está diretamente relacionado à perda do dispositivo. Em teoria, espera-se que quanto menor melhor. Atualmente, os materiais LTCC usados ​​em dispositivos de radiofrequência são principalmente DuPont (951,943), Ferro (A6M, A6S), Heraeus (CT700, CT800 e CT2000) e Laboratórios de Eletrociência. Eles podem não apenas fornecer fita de cerâmica verde LTCC serializada com constante dielétrica, mas também fornecer materiais de fiação correspondentes.

Outra questão importante na pesquisa de materiais LTCC é a compatibilidade de materiais co-queimados. Ao co-queimar diferentes camadas dielétricas (capacitores, resistências, indutâncias, condutores, etc.), a reação e a difusão da interface entre diferentes interfaces devem ser controladas para fazer a correspondência de co-queima de cada camada dielétrica boa, e a taxa de densidade e sinterização encolhimento entre as camadas de interface A taxa e a taxa de expansão térmica são tão consistentes quanto possível para reduzir a ocorrência de defeitos como fragmentação, empenamento e rachadura.

De um modo geral, a taxa de encolhimento de materiais cerâmicos usando a tecnologia LTCC é de cerca de 15-20%. Se a sinterização dos dois não puder ser combinada ou compatível, a camada de interface será dividida após a sinterização; se os dois materiais reagem a uma alta temperatura, a camada de reação resultante afetará as características originais dos respectivos materiais. A compatibilidade de co-queima de dois materiais com diferentes constantes dielétricas e composições e como reduzir a reatividade mútua são o foco da pesquisa. Quando o LTCC é usado em sistemas de alto desempenho, a chave para o controle estrito do comportamento de contração é controlar a contração de sinterização do sistema de co-queima LTCC. O encolhimento do sistema de co-combustão LTCC ao longo da direção XY é geralmente de 12% a 16%. Com a ajuda da sinterização sem pressão ou da tecnologia de sinterização assistida por pressão, materiais com contração zero na direção XY são obtidos [17,18]. Ao sinterizar, a parte superior e inferior da camada co-firmada com LTCC são colocados na parte superior e inferior da camada co-firmada com LTCC como uma camada de controle de contração. Com a ajuda de um certo efeito de ligação entre a camada de controle e as multicamadas e a estrita taxa de encolhimento da camada de controle, o comportamento de encolhimento da estrutura LTCC ao longo das direções X e Y é restringido. A fim de compensar a perda de contração do substrato na direção XY, o substrato será compensado pela contração na direção Z. Como resultado, a mudança de tamanho da estrutura LTCC nas direções X e Y é de apenas cerca de 0.1%, garantindo assim a posição e a precisão da fiação e dos orifícios após a sinterização e garantindo a qualidade do dispositivo.