Požiadavky na materiál LTCC
Požiadavky na materiálové vlastnosti zariadení LTCC zahŕňajú elektrické vlastnosti, termomechanické vlastnosti a vlastnosti procesu.

Dielektrická konštanta je najdôležitejšou vlastnosťou materiálov LTCC. Pretože základná jednotka rádiofrekvenčného zariadenia-dĺžka rezonátora je nepriamo úmerná druhej odmocnine dielektrickej konštanty materiálu, keď je pracovná frekvencia zariadenia nízka (napríklad stovky MHz), ak je materiál s nízkou dielektrickou konštantou sa používa zariadenie Veľkosť bude príliš veľká na použitie. Preto je najlepšie serializovať dielektrickú konštantu tak, aby vyhovovala rôznym prevádzkovým frekvenciám.

Dielektrická strata je tiež dôležitým parametrom zvažovaným pri konštrukcii rádiofrekvenčných zariadení a priamo súvisí so stratou zariadenia. Teoreticky platí, že čím menšie, tým lepšie. Teplotný koeficient dielektrickej konštanty je dôležitým parametrom, ktorý určuje teplotnú stabilitu elektrického výkonu rádiofrekvenčného zariadenia.

Aby bola zaistená spoľahlivosť zariadení LTCC, pri výbere materiálov je potrebné vziať do úvahy aj mnohé termomechanické vlastnosti. Najkritickejší je koeficient tepelnej rozťažnosti, ktorý by sa mal čo najviac zhodovať s doskou plošných spojov, ktorá sa má spájkovať. Okrem toho, vzhľadom na spracovanie a budúce aplikácie, by materiály LTCC mali tiež spĺňať mnoho požiadaviek na mechanickú výkonnosť, ako je pevnosť v ohybe σ, tvrdosť Hv, rovinnosť povrchu, modul pružnosti E a lomová húževnatosť KIC a tak ďalej.

„Výkon procesu môže vo všeobecnosti zahŕňať nasledujúce aspekty: Po prvé, môže byť spekaný pri teplote nižšej ako 900 ° C do hustej, neporéznej mikroštruktúry. Za druhé, teplota zhustenia by nemala byť príliš nízka, aby sa zabránilo vylučovaniu organických látok v striebornej paste a zelenom páse. Po tretie, po pridaní vhodných organických materiálov môže byť odliata do rovnomernej, hladkej a silnej zelenej pásky.

Klasifikácia materiálov LTCC
V súčasnosti sa keramické materiály LTCC skladajú hlavne z dvoch systémov, a to zo systému „sklo-keramika“ a systému „sklo + keramika“. Doping oxidom alebo taviacim sklom s nízkou teplotou topenia môže znížiť teplotu spekania keramických materiálov, ale zníženie teploty spekania je obmedzené a výkonnosť materiálu bude v rôznej miere poškodená. Hľadanie keramických materiálov s nízkou teplotou spekania pritiahlo pozornosť výskumníkov. Hlavnými odrodami takýchto materiálov, ktoré sa vyvíjajú, sú boritan cínatý (BaSn (BO3) 2), nemecké a telurátové, série BiNbO4, série Bi203-Zn0-Nb205, série ZnO-TiO2 a ďalšie keramické materiály. Výskumná skupina Zhou Ji na univerzite Tsinghua sa v posledných rokoch venuje výskumu v tejto oblasti.
Vlastnosti materiálu LTCC
Výkonnosť produktov LTCC závisí úplne od výkonu použitých materiálov. Keramické materiály LTCC zahŕňajú predovšetkým substrátové materiály LTCC, obalové materiály a materiály pre mikrovlnné zariadenia. Dielektrická konštanta je najdôležitejšou vlastnosťou materiálov LTCC. Dielektrická konštanta sa musí serializovať v rozmedzí od 2 do 20000 3.8, aby bola vhodná pre rôzne prevádzkové frekvencie. Napríklad substrát s relatívnou permitivitou 6 je vhodný na navrhovanie vysokorýchlostných digitálnych obvodov; substrát s relatívnou permitivitou 80 až 20,000 môže dobre dokončiť návrh vysokofrekvenčných obvodov; substrát s relatívnou permitivitou až 3 10 môže vyrobiť Vysokokapacitné zariadenia sú integrované do viacvrstvovej štruktúry. Vysoká frekvencia je pomerne zrejmým trendom vo vývoji digitálnych 901C produktov. Vývoj materiálov s nízkou dielektrickou konštantou (ε≤6) LTCC na splnenie požiadaviek vysokých frekvencií a vysokých rýchlostí je výzvou pre to, ako sa materiály LTCC môžu prispôsobiť vysokofrekvenčným aplikáciám. Dielektrická konštanta systému 5.2 FerroA5.9 a DuPont je 4110 až 70, 4.3-4.7 ° C ESL je 3.9 až 2.5, dielektrická konštanta substrátu LTCC NEC je asi XNUMX a vyvíja sa dielektrická konštanta až XNUMX.

Veľkosť rezonátora je nepriamo úmerná druhej odmocnine dielektrickej konštanty, takže keď sa používa ako dielektrický materiál, vyžaduje sa, aby bola dielektrická konštanta veľká, aby sa zmenšila veľkosť zariadenia. V súčasnosti sú hranica ultranízkych strát alebo ultra vysokých hodnôt Q, relatívnej permitivity (> 100) alebo dokonca> 150 dielektrických materiálov výskumnými hotspotmi. Pre obvody vyžadujúce väčšiu kapacitu je možné použiť materiály s vysokou dielektrickou konštantou alebo je možné medzi vrstvu LTCC dielektrického keramického substrátového materiálu vložiť vrstvu dielektrického materiálu s väčšou dielektrickou konštantou a dielektrická konštanta môže byť medzi 20 a 100. Vyberte si medzi . Dielektrická strata je tiež dôležitým parametrom, ktorý je potrebné zvážiť pri konštrukcii rádiofrekvenčných zariadení. Priamo to súvisí so stratou zariadenia. Teoreticky sa dúfa, že čím menšie, tým lepšie. V súčasnosti sú materiálmi LTCC používanými v rádiofrekvenčných zariadeniach predovšetkým firmy DuPont (951,943 6), Ferro (A6M, A700S), Heraeus (CT800, CT2000 a CTXNUMX) a Elektro-science Laboratories. Môžu nielen poskytnúť serializovanú zelenú keramickú pásku LTCC s dielektrickou konštantou, ale tiež poskytnúť zodpovedajúce materiály pre zapojenie.

Ďalšou horúcou otázkou pri výskume materiálov LTCC je kompatibilita spolu vypaľovaných materiálov. Pri spoločnom spaľovaní rôznych dielektrických vrstiev (kondenzátory, odpory, indukčnosti, vodiče atď.) By mala byť riadená difúzia reakcie a rozhrania medzi rôznymi rozhraniami, aby bola zhoda spoluspaľovania každej dielektrickej vrstvy dobrá a aby bola hustota a sintrovanie dobré. zmršťovanie medzi vrstvami rozhrania Rýchlosť a rýchlosť tepelnej rozťažnosti sú čo najkonzistentnejšie, aby sa znížil výskyt defektov, ako je odlupovanie, deformácia a praskanie.

Všeobecne povedané, rýchlosť zmršťovania keramických materiálov pomocou technológie LTCC je asi 15-20%. Ak nie je možné spekanie týchto dvoch spárovať alebo je kompatibilné, vrstva rozhrania sa po spekaní rozdelí; ak tieto dva materiály reagujú pri vysokej teplote, výsledná reakčná vrstva ovplyvní pôvodné vlastnosti príslušných materiálov. V centre pozornosti výskumu je kompatibilita dvoch materiálov s rôznymi dielektrickými konštantami a zložením a ako znížiť vzájomnú reaktivitu. Keď sa LTCC používa vo vysokovýkonných systémoch, kľúčom k prísnej kontrole správania sa pri zmršťovaní je kontrola spekania slinutím systému LTCC spaľujúceho spoločne. Zrážanie systému LTCC spaľovaného v smere XY je spravidla 12% až 16%. S pomocou beztlakového spekania alebo technológie slinovania podporovaného tlakom sa získajú materiály s nulovým zmršťovaním v smere XY [17,18]. Pri spekaní je horná a dolná časť LTCC spolu vypaľovanej vrstvy umiestnená na vrchnú a spodnú časť LTCC spolu vypaľovanej vrstvy ako vrstva na kontrolu zmršťovania. S pomocou určitého väzbového účinku medzi riadiacou vrstvou a viacvrstvou a prísnej rýchlosti zmršťovania riadiacej vrstvy je správanie zmršťovania štruktúry LTCC v smere X a Y obmedzené. Aby sa kompenzovala strata zmršťovaním substrátu v smere XY, substrát sa bude kompenzovať zmršťovaním v smere Z. Výsledkom je, že zmena veľkosti štruktúry LTCC v smere X a Y je iba asi 0.1%, čím sa zabezpečí poloha a presnosť zapojenia a otvorov po spekaní a zaistí sa kvalita zariadenia.