Cerințe materiale LTCC
Cerințele pentru proprietățile materialelor dispozitivelor LTCC includ proprietăți electrice, proprietăți termomecanice și proprietăți de proces.

Constanta dielectrică este cea mai critică proprietate a materialelor LTCC. Deoarece unitatea de bază a dispozitivului de radiofrecvență – lungimea rezonatorului este invers proporțională cu rădăcina pătrată a constantei dielectrice a materialului, atunci când frecvența de lucru a dispozitivului este scăzută (cum ar fi sute de MHz), dacă un material cu o constantă dielectrică scăzută este utilizat, dispozitivul Dimensiunea va fi prea mare pentru a fi utilizată. Prin urmare, este mai bine să serializați constanta dielectrică pentru a se potrivi diferitelor frecvențe de operare.

Pierderea dielectrică este, de asemenea, un parametru important luat în considerare în proiectarea dispozitivelor de radiofrecvență și este direct legată de pierderea dispozitivului. În teorie, cu cât este mai mic, cu atât mai bine. Coeficientul de temperatură al constantei dielectrice este un parametru important care determină stabilitatea la temperatură a performanței electrice a dispozitivului de radiofrecvență.

Pentru a asigura fiabilitatea dispozitivelor LTCC, la selectarea materialelor trebuie luate în considerare și multe proprietăți termomecanice. Cel mai critic este coeficientul de expansiune termică, care ar trebui să se potrivească cu placa de circuit pentru a fi lipit cât mai mult posibil. În plus, având în vedere procesarea și aplicațiile viitoare, materialele LTCC ar trebui să îndeplinească și multe cerințe de performanță mecanică, cum ar fi rezistența la îndoire σ, duritatea Hv, planeitatea suprafeței, modulul elastic E și rezistența la rupere KIC și așa mai departe.

„Performanța procesului poate include în general următoarele aspecte: În primul rând, poate fi sinterizată la o temperatură sub 900 ° C într-o microstructură densă, neporoasă. În al doilea rând, temperatura de densificare nu trebuie să fie prea scăzută, pentru a nu preveni descărcarea de materie organică în pasta de argint și în centura verde. În al treilea rând, după adăugarea materialelor organice adecvate, acesta poate fi turnat într-o bandă verde uniformă, netedă și puternică.

Clasificarea materialelor LTCC
În prezent, materialele ceramice LTCC sunt compuse în principal din două sisteme, și anume sistemul „sticlă-ceramică” și sistemul „sticlă + ceramică”. Dopajul cu oxid de topire redusă sau sticlă cu topire redusă poate reduce temperatura de sinterizare a materialelor ceramice, dar reducerea temperaturii de sinterizare este limitată, iar performanța materialului va fi deteriorată în grade diferite. Căutarea materialelor ceramice cu temperatură de sinterizare scăzută a atras atenția cercetătorilor. Principalele varietăți de astfel de materiale dezvoltate sunt seria borat de staniu de bariu (seria BaSn (BO3) 2), seria germanat și telurat, seria BiNbO4, seria Bi203-Zn0-Nb205, seria ZnO-TiO2 și alte materiale ceramice. În ultimii ani, grupul de cercetare al Zhou Ji de la Universitatea Tsinghua s-a angajat să cerceteze în acest domeniu.
Proprietățile materialului LTCC
Performanța produselor LTCC depinde în totalitate de performanța materialelor utilizate. Materialele ceramice LTCC includ în principal materiale substrat LTCC, materiale de ambalare și materiale pentru dispozitive cu microunde. Constanta dielectrică este cea mai critică proprietate a materialelor LTCC. Constanta dielectrică trebuie să fie serializată în intervalul de la 2 la 20000 pentru a fi potrivită pentru diferite frecvențe de operare. De exemplu, un substrat cu o permitivitate relativă de 3.8 este potrivit pentru proiectarea circuitelor digitale de mare viteză; un substrat cu o permitivitate relativă de 6 până la 80 poate completa proiectarea circuitelor de înaltă frecvență; un substrat cu o permitivitate relativă de până la 20,000 poate face ca dispozitivele de mare capacitate să fie integrate într-o structură multistrat. Frecvența înaltă este o tendință relativ evidentă în dezvoltarea produselor digitale 3C. Dezvoltarea materialelor LTCC cu constantă dielectrică scăzută (≤ 10) pentru a îndeplini cerințele de înaltă frecvență și viteză mare este o provocare pentru modul în care materialele LTCC se pot adapta la aplicații de înaltă frecvență. Constanta dielectrică a sistemului 901 al FerroA6 și DuPont este de 5.2 până la 5.9, 4110-70C din ESL este de 4.3 până la 4.7, constanta dielectrică a substratului LTCC al NEC este de aproximativ 3.9, iar constanta dielectrică de până la 2.5 este în curs de dezvoltare.

Dimensiunea rezonatorului este invers proporțională cu rădăcina pătrată a constantei dielectrice, deci atunci când este utilizată ca material dielectric, constanta dielectrică trebuie să fie mare pentru a reduce dimensiunea dispozitivului. În prezent, limita pierderilor ultra-mici sau a valorii Q ultra-ridicate, a permitivității relative (> 100) sau chiar> 150 a materialelor dielectrice sunt puncte de cercetare. Pentru circuitele care necesită o capacitate mai mare, pot fi utilizate materiale cu o constantă dielectrică ridicată sau un strat de material dielectric cu o constantă dielectrică mai mare poate fi introdus între stratul de material substrat ceramic dielectric LTCC, iar constanta dielectrică poate fi între 20 și 100. Alegeți între . Pierderea dielectrică este, de asemenea, un parametru important de luat în considerare în proiectarea dispozitivelor de radiofrecvență. Este direct legat de pierderea dispozitivului. În teorie, se speră că cu cât este mai mic, cu atât mai bine. În prezent, materialele LTCC utilizate în dispozitivele de radiofrecvență sunt în principal DuPont (951,943), Ferro (A6M, A6S), Heraeus (CT700, CT800 și CT2000) și Laboratoarele Electro-științifice. Ele pot furniza nu numai bandă ceramică verde LTCC serializată cu constantă dielectrică, ci și materiale de cablare potrivite.

O altă problemă fierbinte în cercetarea materialelor LTCC este compatibilitatea materialelor co-foc. Când co-arderea diferitelor straturi dielectrice (condensatori, rezistențe, inductanțe, conductoare etc.), reacția și difuzarea interfeței între diferite interfețe ar trebui controlate pentru a face potrivirea co-ardere a fiecărui strat dielectric bun, precum și rata densității și sinterizarea contracție între straturile de interfață Rata și rata de expansiune termică sunt cât mai consistente posibil pentru a reduce apariția defectelor, cum ar fi scindarea, deformarea și crăparea.

În general, rata de contracție a materialelor ceramice care utilizează tehnologia LTCC este de aproximativ 15-20%. Dacă sinterizarea celor două nu poate fi potrivită sau compatibilă, stratul de interfață se va împărți după sinterizare; dacă cele două materiale reacționează la o temperatură ridicată, stratul de reacție rezultat va afecta caracteristicile originale ale materialelor respective. Compatibilitatea de ardere a două materiale cu constante și compoziții dielectrice diferite și modul de reducere a reactivității reciproce sunt centrul cercetării. Atunci când LTCC este utilizat în sisteme de înaltă performanță, cheia unui control strict al comportamentului de contracție este de a controla contracția de sinterizare a sistemului de ardere LTCC. Contracția sistemului LTCC co-fire de-a lungul direcției XY este în general de la 12% la 16%. Cu ajutorul tehnologiei de sinterizare fără presiune sau sinterizare asistată sub presiune, se obțin materiale cu contracție zero în direcția XY [17,18]. La sinterizare, partea superioară și inferioară a stratului co-LTCC sunt plasate pe partea superioară și inferioară a stratului LTCC co-fire ca un strat de control al contracției. Cu ajutorul unui anumit efect de legătură între stratul de control și multistrat și rata strictă de contracție a stratului de control, comportamentul de contracție al structurii LTCC de-a lungul direcțiilor X și Y este restricționat. Pentru a compensa pierderea de contracție a substratului în direcția XY, substratul va fi compensat pentru contracția în direcția Z. Ca urmare, modificarea dimensiunii structurii LTCC în direcțiile X și Y este de numai aproximativ 0.1%, asigurând astfel poziția și acuratețea cablajului și găurilor după sinterizare și asigurând calitatea dispozitivului.