site logo

Требования к материалам LTCC

Требования к материалам LTCC
Требования к свойствам материалов LTCC-устройств включают электрические, термомеханические и технологические свойства.

Диэлектрическая проницаемость является наиболее важным свойством LTCC-материалов. Поскольку основная единица радиочастотного устройства – длина резонатора обратно пропорциональна квадратному корню из диэлектрической проницаемости материала, когда рабочая частота устройства низкая (например, сотни МГц), если материал с низкой диэлектрической проницаемостью, размер устройства будет слишком большим для использования. Следовательно, лучше всего преобразовать диэлектрическую проницаемость в серию для соответствия различным рабочим частотам.

Диэлектрические потери также являются важным параметром, учитываемым при проектировании радиочастотных устройств, и они напрямую связаны с потерями в устройстве. Теоретически чем меньше, тем лучше. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости является важным параметром, определяющим температурную стабильность электрических характеристик радиочастотного устройства.

Чтобы гарантировать надежность устройств LTCC, при выборе материалов необходимо также учитывать многие термомеханические свойства. Наиболее важным из них является коэффициент теплового расширения, который должен максимально соответствовать печатной плате, которую нужно паять. Кроме того, с учетом обработки и будущего применения материалы LTCC должны также соответствовать многим требованиям к механическим характеристикам, таким как прочность на изгиб σ, твердость Hv, плоскостность поверхности, модуль упругости E, вязкость разрушения KIC и так далее.

«Производительность процесса обычно может включать следующие аспекты: во-первых, его можно спекать при температуре ниже 900 ° C в плотную непористую микроструктуру. Во-вторых, температура уплотнения не должна быть слишком низкой, чтобы не предотвратить выброс органических веществ в серебряной пасте и зеленом поясе. В-третьих, после добавления соответствующих органических материалов из него можно получить однородную, гладкую и прочную зеленую ленту.

Классификация материалов LTCC
В настоящее время керамические материалы LTCC в основном состоят из двух систем, а именно системы «стекло-керамика» и системы «стекло + керамика». Легирование легкоплавким оксидом или легкоплавким стеклом может снизить температуру спекания керамических материалов, но снижение температуры спекания ограничено, и характеристики материала будут ухудшаться в различной степени. Поиск керамических материалов с низкой температурой спекания привлек внимание исследователей. Основными разновидностями таких разрабатываемых материалов являются серия бората бария и олова (BaSn (BO3) 2), серия германата и теллурата, серия BiNbO4, серия Bi203-Zn0-Nb205, серия ZnO-TiO2 и другие керамические материалы. В последние годы исследовательская группа Чжоу Цзи в Университете Цинхуа посвятила себя исследованиям в этой области.
Свойства материала LTCC
Характеристики продуктов LTCC полностью зависят от характеристик используемых материалов. Керамические материалы LTCC в основном включают материалы подложек LTCC, упаковочные материалы и материалы для микроволновых устройств. Диэлектрическая постоянная является наиболее важным свойством LTCC-материалов. Диэлектрическая проницаемость должна быть сериализована в диапазоне от 2 до 20000, чтобы соответствовать различным рабочим частотам. Например, подложка с относительной диэлектрической проницаемостью 3.8 подходит для проектирования высокоскоростных цифровых схем; подложка с относительной диэлектрической проницаемостью от 6 до 80 вполне может завершить проектирование высокочастотных цепей; подложка с относительной диэлектрической проницаемостью до 20,000 может сделать устройства большой емкости интегрированы в многослойную структуру. Высокая частота – относительно очевидная тенденция в развитии цифровых продуктов 3C. Разработка материалов LTCC с низкой диэлектрической проницаемостью (ε≤10), отвечающих требованиям высокой частоты и скорости, является проблемой для того, как материалы LTCC могут адаптироваться к высокочастотным приложениям. Диэлектрическая проницаемость системы 901 для FerroA6 и DuPont составляет от 5.2 до 5.9, для ESL 4110-70 ° C от 4.3 до 4.7, диэлектрическая проницаемость подложки LTCC от NEC составляет около 3.9, а диэлектрическая проницаемость до 2.5 находится в стадии разработки.

Размер резонатора обратно пропорционален квадратному корню из диэлектрической проницаемости, поэтому при использовании в качестве диэлектрического материала диэлектрическая постоянная должна быть большой для уменьшения размера устройства. В настоящее время горячими точками исследований являются пределы сверхнизких потерь или сверхвысокого значения добротности, относительной диэлектрической проницаемости (> 100) или даже> 150 диэлектрических материалов. Для цепей, требующих большей емкости, можно использовать материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, или слой диэлектрического материала с большей диэлектрической проницаемостью может быть помещен между слоем диэлектрического керамического материала подложки LTCC, а диэлектрическая проницаемость может составлять от 20 до 100. Выберите между . Диэлектрические потери также являются важным параметром, который следует учитывать при проектировании радиочастотных устройств. Это напрямую связано с потерей устройства. Теоретически есть надежда, что чем меньше, тем лучше. В настоящее время в радиочастотных устройствах используются материалы LTCC, в основном DuPont (951,943 6), Ferro (A6M, A700S), Heraeus (CT800, CT2000 и CTXNUMX) и Electro-science Laboratories. Они могут не только предоставить сериализованную зеленую керамическую ленту LTCC с диэлектрической проницаемостью, но и обеспечить соответствующие материалы для проводки.

Еще одна актуальная проблема в исследовании материалов LTCC – совместимость материалов, сжигаемых совместно. При совместном сжигании различных диэлектрических слоев (конденсаторы, сопротивления, индуктивности, проводники и т. Д.) Следует контролировать реакцию и диффузию на границе раздела между различными поверхностями раздела, чтобы обеспечить хорошее согласование совместного сжигания каждого диэлектрического слоя, а также скорость плотности и спекания. усадка между интерфейсными слоями. Скорость и скорость теплового расширения максимально согласованы, чтобы уменьшить возникновение таких дефектов, как скалывание, коробление и растрескивание.

В целом степень усадки керамических материалов при использовании технологии LTCC составляет около 15-20%. Если спекание двух компонентов невозможно согласовать или совместить, межфазный слой после спекания разделится; если два материала вступают в реакцию при высокой температуре, образующийся реакционный слой повлияет на исходные характеристики соответствующих материалов. Совместимость двух материалов с разными диэлектрическими постоянными и составами при совместном сжигании, а также способы уменьшения взаимной реакционной способности являются предметом исследований. Когда LTCC используется в высокопроизводительных системах, ключом к строгому контролю характеристик усадки является контроль усадки при спекании системы с совместным нагревом LTCC. Усадка системы с совместным нагревом LTCC в направлении XY обычно составляет от 12% до 16%. С помощью технологии спекания без давления или спекания под давлением получают материалы с нулевой усадкой в ​​направлении XY [17,18]. При спекании верхняя и нижняя часть совместно обожженного слоя LTCC помещаются сверху и снизу совместно обожженного слоя LTCC в качестве слоя контроля усадки. С помощью определенного эффекта связывания между контрольным слоем и многослойным слоем и строгой степени усадки контрольного слоя, усадка LTCC-структуры в направлениях X и Y ограничивается. Чтобы компенсировать потери на усадку подложки в направлении XY, в подложке будет компенсирована усадка в направлении Z. В результате изменение размера LTCC-структуры в направлениях X и Y составляет всего около 0.1%, тем самым обеспечивая положение и точность разводки и отверстий после спекания и гарантируя качество устройства.