LTCC -materialkrav
Kraven på materialegenskaper för LTCC -enheter inkluderar elektriska egenskaper, termomekaniska egenskaper och processegenskaper.

Den dielektriska konstanten är den mest kritiska egenskapen för LTCC -material. Eftersom basenheten för radiofrekvensanordningen-resonatorns längd är omvänt proportionell mot kvadratroten för materialets dielektriska konstant, när enhetens arbetsfrekvens är låg (t.ex. hundratals MHz), om ett material med en låg dielektrisk konstant används, enheten Storleken blir för stor för att användas. Därför är det bäst att serialisera den dielektriska konstanten för att passa olika driftsfrekvenser.

Dielektrisk förlust är också en viktig parameter som beaktas i utformningen av radiofrekvensanordningar, och det är direkt relaterat till förlusten av enheten. I teorin, ju mindre desto bättre. Temperaturkoefficienten för den dielektriska konstanten är en viktig parameter som bestämmer temperaturstabiliteten för radiofrekvensanordningens elektriska prestanda.

För att säkerställa tillförlitligheten hos LTCC-enheter måste många termomekaniska egenskaper också beaktas vid val av material. Den mest kritiska är värmeutvidgningskoefficienten, som bör matcha kretskortet för att lödas så mycket som möjligt. Dessutom, med tanke på bearbetning och framtida applikationer, bör LTCC -material också uppfylla många mekaniska prestandakrav, såsom böjhållfasthet σ, hårdhet Hv, yta, elastisk modul E och sprickhållfasthet KIC och så vidare.

”Processprestanda kan generellt innefatta följande aspekter: För det första kan det sintras vid en temperatur under 900 ° C i en tät, icke-porös mikrostruktur. För det andra bör förtätningstemperaturen inte vara för låg för att inte förhindra utsläpp av organiskt material i silverpastan och det gröna bältet. För det tredje, efter tillsats av lämpliga organiska material, kan det gjutas till en enhetlig, slät och stark grön tejp.

Klassificering av LTCC -material
För närvarande består LTCC-keramiska material huvudsakligen av två system, nämligen “glaskeramik” -systemet och “glas + keramik” -systemet. Dopning med lågsmältande oxid eller lågsmältande glas kan minska sintringstemperaturen för keramiska material, men minskningen av sintringstemperaturen är begränsad och materialets prestanda skadas i varierande grad. Sökandet efter keramiska material med låg sintringstemperatur har uppmärksammats av forskare. De viktigaste sorterna av sådana material som utvecklas är bariumtennborat (BaSn (BO3) 2) -serier, germanat- och telluratserier, BiNbO4-serier, Bi203-Zn0-Nb205-serier, ZnO-TiO2-serier och andra keramiska material. Under de senaste åren har Zhou Jis forskargrupp vid Tsinghua University engagerat sig för forskning inom detta område.
LTCC -materialegenskaper
Prestanda för LTCC -produkter beror helt och hållet på prestandan hos de använda materialen. LTCC -keramiska material inkluderar huvudsakligen LTCC -substratmaterial, förpackningsmaterial och mikrovågsmaterial. Dielektrisk konstant är den mest kritiska egenskapen för LTCC -material. Den dielektriska konstanten måste vara seriell i intervallet 2 till 20000 för att vara lämplig för olika driftsfrekvenser. Till exempel är ett substrat med en relativ permittivitet på 3.8 lämpligt för design av höghastighets digitala kretsar; ett substrat med en relativ permittivitet på 6 till 80 kan väl slutföra utformningen av högfrekventa kretsar; ett substrat med en relativ permittivitet på upp till 20,000 kan göra högkapacitetsenheter integrerade i en flerskiktsstruktur. Hög frekvens är en relativt uppenbar trend i utvecklingen av digitala 3C -produkter. Utvecklingen av LTCC -material med låg dielektricitetskonstant (ε≤10) för att uppfylla kraven för högfrekvent och hög hastighet är en utmaning för hur LTCC -material kan anpassa sig till högfrekventa applikationer. Den dielektriska konstanten för 901-systemet för FerroA6 och DuPont är 5.2 till 5.9, 4110-70C för ESL är 4.3 till 4.7, den dielektriska konstanten för NEC: s LTCC-substrat är cirka 3.9 och den dielektriska konstanten så låg som 2.5 är under utveckling.

Resonatorns storlek är omvänt proportionell mot kvadratroten på den dielektriska konstanten, så när den används som ett dielektriskt material måste den dielektriska konstanten vara stor för att minska enhetens storlek. För närvarande är gränsen för ultralåg förlust eller ultrahögt Q-värde, relativ permittivitet (> 100) eller till och med> 150 dielektriska material forskningsområden. För kretsar som kräver större kapacitans kan material med hög dielektrisk konstant användas, eller så kan ett dielektriskt materialskikt med en större dielektrisk konstant klämmas in mellan det LTCC -dielektriska keramiska substratmaterialskiktet och den dielektriska konstanten kan vara mellan 20 och 100. Välj mellan . Dielektrisk förlust är också en viktig parameter att tänka på vid utformning av radiofrekvensanordningar. Det är direkt relaterat till förlusten av enheten. I teorin hoppas man att ju mindre desto bättre. För närvarande är LTCC-material som används i radiofrekvensapparater huvudsakligen DuPont (951,943 6), Ferro (A6M, A700S), Heraeus (CT800, CT2000 och CTXNUMX) och elektrovetenskapliga laboratorier. De kan inte bara tillhandahålla seriell LTCC grön keramisk tejp med dielektrisk konstant, utan också tillhandahålla matchande ledningsmaterial.

En annan het fråga i forskningen av LTCC-material är kompatibiliteten av sameldade material. Vid samtidig eldning av olika dielektriska lager (kondensatorer, motstånd, induktanser, ledare, etc.), bör reaktionen och gränssnittsdiffusionen mellan olika gränssnitt styras för att göra sambränningsmatchningen av varje dielektriskt lager bra, och densitetshastigheten och sintringen krympning mellan gränssnittsskikten. Hastigheten och den termiska expansionshastigheten är så konsekventa som möjligt för att minska förekomsten av defekter som spallning, vridning och sprickbildning.

Generellt sett är krympfrekvensen för keramiska material som använder LTCC-teknik cirka 15-20%. Om sintringen av de två inte kan matchas eller vara kompatibel, delas gränssnittsskiktet efter sintring; om de två materialen reagerar vid en hög temperatur påverkar det resulterande reaktionsskiktet de ursprungliga egenskaperna hos respektive material. Forskningsfokus ligger på två eldnings kompatibilitet för två material med olika dielektriska konstanter och kompositioner och hur man kan minska den ömsesidiga reaktiviteten. När LTCC används i högpresterande system är nyckeln till strikt kontroll av krympningsbeteendet att kontrollera sintringskrympningen av LTCC-eldrivna systemet. Krympningen av LTCC-sameldade systemet längs XY-riktningen är i allmänhet 12% till 16%. Med hjälp av trycklös sintring eller tryckassisterad sintringsteknik erhålls material med noll krympning i XY-riktningen [17,18]. Vid sintring placeras toppen och botten av det LTCC-sambrända skiktet på toppen och botten av det LTCC-eldrivna skiktet som ett krympkontrollskikt. Med hjälp av en viss bindningseffekt mellan kontrollskiktet och flerskiktet och den strikta krymphastigheten för kontrollskiktet begränsas krympningsbeteendet för LTCC -strukturen längs X- och Y -riktningarna. För att kompensera för krympförlusten av substratet i XY -riktningen kommer substratet att kompenseras för krympning i Z -riktningen. Som ett resultat är storleksändringen av LTCC -strukturen i X- och Y -riktningen endast cirka 0.1%, vilket säkerställer positionen och noggrannheten hos ledningarna och hålen efter sintring och säkerställer enhetens kvalitet.