ข้อกำหนดด้านวัสดุของ LTCC
ข้อกำหนดสำหรับคุณสมบัติของวัสดุของอุปกรณ์ LTCC รวมถึงคุณสมบัติทางไฟฟ้า คุณสมบัติทางความร้อนและคุณสมบัติของกระบวนการ

ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของวัสดุ LTCC เนื่องจากหน่วยพื้นฐานของอุปกรณ์ความถี่วิทยุ ความยาวของเรโซเนเตอร์เป็นสัดส่วนผกผันกับสแควร์รูทของค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของวัสดุ เมื่อความถี่ในการทำงานของอุปกรณ์ต่ำ (เช่น ความถี่หลายร้อยเมกะเฮิรตซ์) ถ้าวัสดุ ด้วยค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำจึงทำให้อุปกรณ์มีขนาดที่ใหญ่เกินกว่าจะใช้ได้ ดังนั้นจึงเป็นการดีที่สุดที่จะเรียงลำดับค่าคงที่ไดอิเล็กตริกเพื่อให้เหมาะกับความถี่ในการทำงานที่แตกต่างกัน

การสูญเสียอิเล็กทริกเป็นพารามิเตอร์สำคัญที่พิจารณาในการออกแบบอุปกรณ์ความถี่วิทยุ และเกี่ยวข้องโดยตรงกับการสูญเสียของอุปกรณ์ ตามทฤษฎี ยิ่งเล็กยิ่งดี ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของค่าคงที่ไดอิเล็กตริกเป็นพารามิเตอร์สำคัญที่กำหนดความเสถียรของอุณหภูมิของประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของอุปกรณ์ความถี่วิทยุ

เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ LTCC มีความน่าเชื่อถือ จะต้องพิจารณาคุณสมบัติทางกลทางความร้อนหลายอย่างด้วยเมื่อเลือกวัสดุ ปัจจัยที่สำคัญที่สุดคือค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนซึ่งควรตรงกับแผงวงจรที่จะบัดกรีให้มากที่สุด นอกจากนี้ เมื่อพิจารณาถึงกระบวนการแปรรูปและการใช้งานในอนาคต วัสดุ LTCC ควรเป็นไปตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพทางกลหลายประการ เช่น แรงดัด σ ความแข็ง Hv ความเรียบของพื้นผิว โมดูลัสยืดหยุ่น E และความเหนียวแตกหัก KIC เป็นต้น

“ประสิทธิภาพของกระบวนการโดยทั่วไปอาจรวมถึงลักษณะต่อไปนี้: ประการแรก สามารถเผาที่อุณหภูมิต่ำกว่า 900 °C เป็นโครงสร้างจุลภาคหนาแน่นและไม่มีรูพรุน ประการที่สอง อุณหภูมิการทำให้หนาแน่นไม่ควรต่ำเกินไป เพื่อไม่ให้ปล่อยสารอินทรีย์ในแป้งสีเงินและแถบสีเขียว ประการที่สาม หลังจากเพิ่มสารอินทรีย์ที่เหมาะสมแล้ว ก็สามารถหล่อให้เป็นเทปสีเขียวที่สม่ำเสมอ เรียบเนียน และแข็งแรงได้

การจำแนกประเภทของวัสดุ LTCC
ปัจจุบันวัสดุเซรามิกของ LTCC ประกอบด้วยสองระบบหลัก ได้แก่ ระบบ “แก้วเซรามิก” และระบบ “แก้ว + เซรามิก” การเติมออกไซด์ที่หลอมละลายต่ำหรือแก้วที่หลอมละลายต่ำสามารถลดอุณหภูมิการเผาผนึกของวัสดุเซรามิกได้ แต่การลดอุณหภูมิการเผานั้นมีจำกัด และประสิทธิภาพของวัสดุจะเสียหายในระดับที่แตกต่างกัน การค้นหาวัสดุเซรามิกที่มีอุณหภูมิการเผาผนึกต่ำได้รับความสนใจจากนักวิจัย วัสดุหลักที่ได้รับการพัฒนา ได้แก่ แบเรียมทินบอเรต (BaSn(BO3)2) ซีรีส์ germanate และเทลลูเรต ซีรีส์ BiNbO4 ซีรีส์ Bi203-Zn0-Nb205 ซีรีส์ ZnO-TiO2 และวัสดุเซรามิกอื่นๆ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา กลุ่มวิจัยของ Zhou Ji ที่มหาวิทยาลัย Tsinghua มุ่งมั่นที่จะทำวิจัยในด้านนี้
คุณสมบัติของวัสดุ LTCC
ประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ LTCC ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของวัสดุที่ใช้ทั้งหมด วัสดุเซรามิก LTCC ส่วนใหญ่ประกอบด้วยวัสดุซับสเตรต LTCC วัสดุบรรจุภัณฑ์ และวัสดุอุปกรณ์ไมโครเวฟ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของวัสดุ LTCC ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกจะต้องถูกทำให้เป็นอนุกรมในช่วง 2 ถึง 20000 เพื่อให้เหมาะสมกับความถี่ในการใช้งานที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น สารตั้งต้นที่มีค่าการยอมให้สัมพัทธ์เท่ากับ 3.8 เหมาะสำหรับการออกแบบวงจรดิจิตอลความเร็วสูง วัสดุพิมพ์ที่มีค่าการยอมให้สัมพัทธ์ 6 ถึง 80 สามารถออกแบบวงจรความถี่สูงได้ดี สารตั้งต้นที่มีค่าการยอมให้อนุญาตสัมพัทธ์สูงถึง 20,000 สามารถทำให้อุปกรณ์ความจุสูงถูกรวมเข้ากับโครงสร้างหลายชั้น ความถี่สูงเป็นแนวโน้มที่ค่อนข้างชัดเจนในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ 3C ดิจิทัล การพัฒนาวัสดุ LTCC ที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ (ε≤10) เพื่อตอบสนองความต้องการของความถี่สูงและความเร็วสูงเป็นความท้าทายสำหรับวิธีที่วัสดุ LTCC สามารถปรับให้เข้ากับการใช้งานความถี่สูงได้ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของระบบ 901 ของ FerroA6 และ DuPont คือ 5.2 ถึง 5.9, 4110-70C ของ ESL คือ 4.3 ถึง 4.7 ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของซับสเตรต LTCC ของ NEC อยู่ที่ประมาณ 3.9 และค่าคงที่ไดอิเล็กตริกที่ต่ำถึง 2.5 อยู่ระหว่างการพัฒนา

ขนาดของเรโซเนเตอร์เป็นสัดส่วนผกผันกับสแควร์รูทของค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ดังนั้นเมื่อใช้เป็นวัสดุไดอิเล็กตริก ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกจะต้องมีขนาดใหญ่เพื่อลดขนาดอุปกรณ์ ในปัจจุบัน ขีดจำกัดของการสูญเสียต่ำมากหรือค่า Q สูงเป็นพิเศษ การอนุญาติสัมพันธ์ (>100) หรือแม้แต่ >150 วัสดุไดอิเล็กทริกเป็นจุดสำคัญของการวิจัย สำหรับวงจรที่ต้องการความจุขนาดใหญ่ สามารถใช้วัสดุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูง หรือชั้นวัสดุไดอิเล็กตริกที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกที่ใหญ่กว่าสามารถประกบระหว่างชั้นวัสดุเซรามิกไดอิเล็กตริกไดอิเล็กตริกได้ และค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสามารถอยู่ระหว่าง 20 ถึง 100 เลือกระหว่าง . การสูญเสียอิเล็กทริกเป็นพารามิเตอร์สำคัญที่ต้องพิจารณาในการออกแบบอุปกรณ์ความถี่วิทยุ มันเกี่ยวข้องโดยตรงกับการสูญหายของอุปกรณ์ ในทางทฤษฎี หวังว่ายิ่งเล็กยิ่งดี ปัจจุบัน วัสดุ LTCC ที่ใช้ในอุปกรณ์ความถี่วิทยุ ได้แก่ DuPont (951,943), Ferro (A6M, A6S), Heraeus (CT700, CT800 และ CT2000) และ Electro-science Laboratories พวกเขาไม่เพียงแต่จัดหาเทปเซรามิกสีเขียว LTCC แบบอนุกรมที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกเท่านั้น แต่ยังมีวัสดุสำหรับเดินสายที่เข้าชุดกันอีกด้วย

ประเด็นร้อนอีกประการหนึ่งในการวิจัยวัสดุ LTCC คือความเข้ากันได้ของวัสดุที่ยิงร่วม เมื่อทำการยิงร่วมในชั้นไดอิเล็กตริกที่แตกต่างกัน (ตัวเก็บประจุ ความต้านทาน ตัวเหนี่ยวนำ ตัวนำ ฯลฯ) ปฏิกิริยาและการแพร่กระจายของส่วนต่อประสานระหว่างส่วนต่อประสานที่ต่างกันควรได้รับการควบคุมเพื่อให้การจับคู่แบบยิงร่วมของแต่ละชั้นอิเล็กทริกนั้นดี และอัตราความหนาแน่นและการเผาผนึก การหดตัวระหว่างชั้นของส่วนต่อประสาน อัตราและอัตราการขยายตัวทางความร้อนจะสอดคล้องกันมากที่สุดเพื่อลดการเกิดข้อบกพร่อง เช่น การหลุดร่อน การบิดเบี้ยว และการแตกร้าว

โดยทั่วไป อัตราการหดตัวของวัสดุเซรามิกที่ใช้เทคโนโลยี LTCC จะอยู่ที่ประมาณ 15-20% หากไม่สามารถจับคู่หรือเข้ากันได้การเผาผนึกของทั้งสอง เลเยอร์อินเทอร์เฟซจะแยกออกหลังจากการเผาผนึก ถ้าวัสดุทั้งสองทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง ชั้นปฏิกิริยาที่เกิดจะส่งผลต่อลักษณะดั้งเดิมของวัสดุนั้น ๆ การวิจัยร่วมกันคือการทำงานร่วมกันในการยิงร่วมกันของวัสดุสองชนิดที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกและองค์ประกอบต่างกันอย่างไร และวิธีลดการเกิดปฏิกิริยาร่วมกันนั้นเป็นจุดสนใจของการวิจัย เมื่อใช้ LTCC ในระบบที่มีประสิทธิภาพสูง กุญแจสำคัญในการควบคุมพฤติกรรมการหดตัวอย่างเข้มงวดคือการควบคุมการหดตัวจากการเผาผนึกของระบบ LTCC แบบยิงร่วม การหดตัวของระบบการยิงร่วม LTCC ตามทิศทาง XY โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 12% ถึง 16% ด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีการเผาผนึกแบบไม่ใช้แรงกดหรือการเผาโดยใช้แรงกด ทำให้ได้วัสดุที่มีการหดตัวเป็นศูนย์ในทิศทาง XY [17,18] เมื่อทำการเผาผนึก ด้านบนและด้านล่างของเลเยอร์ที่ยิงร่วม LTCC จะถูกวางไว้ที่ด้านบนและด้านล่างของเลเยอร์ที่ยิงร่วม LTCC เป็นเลเยอร์ควบคุมการหดตัว ด้วยความช่วยเหลือของเอฟเฟกต์พันธะระหว่างชั้นควบคุมและหลายชั้น และอัตราการหดตัวที่เข้มงวดของชั้นควบคุม ลักษณะการหดตัวของโครงสร้าง LTCC ตามทิศทาง X และ Y จะถูกจำกัด เพื่อชดเชยการสูญเสียการหดตัวของพื้นผิวในทิศทาง XY วัสดุพิมพ์จะได้รับการชดเชยสำหรับการหดตัวในทิศทาง Z ด้วยเหตุนี้ การเปลี่ยนขนาดของโครงสร้าง LTCC ในทิศทาง X และ Y มีเพียง 0.1% เท่านั้น จึงมั่นใจได้ว่าตำแหน่งและความถูกต้องของสายไฟและรูหลังจากการเผาผนึก และทำให้มั่นใจในคุณภาพของอุปกรณ์