LTCC malzeme gereksinimleri
LTCC cihazlarının malzeme özellikleri için gereksinimler, elektriksel özellikleri, termomekanik özellikleri ve işlem özelliklerini içerir.

Dielektrik sabiti, LTCC malzemelerinin en kritik özelliğidir. Radyo frekans cihazının temel birimi olan rezonatörün uzunluğu, malzemenin dielektrik sabitinin karekökü ile ters orantılı olduğundan, cihazın çalışma frekansı düşük olduğunda (yüzlerce MHz gibi), bir malzeme ise düşük bir dielektrik sabiti ile kullanılırsa, cihazın boyutu kullanılamayacak kadar büyük olacaktır. Bu nedenle, dielektrik sabitini farklı çalışma frekanslarına uyacak şekilde seri hale getirmek en iyisidir.

Dielektrik kaybı da radyo frekanslı cihazların tasarımında dikkate alınan önemli bir parametredir ve cihazın kaybıyla doğrudan ilişkilidir. Teoride, ne kadar küçükse o kadar iyidir. Dielektrik sabitinin sıcaklık katsayısı, radyo frekans cihazının elektrik performansının sıcaklık kararlılığını belirleyen önemli bir parametredir.

LTCC cihazlarının güvenilirliğini sağlamak için malzeme seçerken birçok termo-mekanik özellik de dikkate alınmalıdır. En kritik olanı, lehimlenecek devre kartına mümkün olduğunca uyması gereken termal genleşme katsayısıdır. Ek olarak, işleme ve gelecekteki uygulamalar göz önüne alındığında, LTCC malzemelerinin eğilme mukavemeti σ, sertlik Hv, yüzey düzlüğü, elastik modül E ve kırılma tokluğu KIC gibi birçok mekanik performans gereksinimini de karşılaması gerekir.

“Proses performansı genellikle aşağıdaki hususları içerebilir: İlk olarak, 900°C’nin altındaki bir sıcaklıkta yoğun, gözeneksiz bir mikro yapıya dönüştürülebilir. İkinci olarak, yoğunlaştırma sıcaklığı, gümüş macun ve yeşil kuşaktaki organik maddenin boşalmasını engellememek için çok düşük olmamalıdır. Üçüncüsü, uygun organik malzemeler eklendikten sonra tek tip, pürüzsüz ve güçlü bir yeşil bant haline getirilebilir.

LTCC malzemelerinin sınıflandırılması
Günümüzde LTCC seramik malzemeleri esas olarak “cam-seramik” sistem ve “cam + seramik” sistem olmak üzere iki sistemden oluşmaktadır. Düşük erime noktalı oksit veya düşük erime noktalı cam ile katkılama, seramik malzemelerin sinterleme sıcaklığını düşürebilir, ancak sinterleme sıcaklığının azalması sınırlıdır ve malzemenin performansı değişen derecelerde zarar görür. Düşük sinterleme sıcaklığına sahip seramik malzemelerin araştırılması araştırmacıların ilgisini çekmiştir. Geliştirilmekte olan bu tür malzemelerin başlıca çeşitleri baryum kalay borat (BaSn(BO3)2) serisi, almanat ve tellurat serisi, BiNbO4 serisi, Bi203-Zn0-Nb205 serisi, ZnO-TiO2 serisi ve diğer seramik malzemelerdir. Son yıllarda, Zhou Ji’nin Tsinghua Üniversitesi’ndeki araştırma grubu bu alanda araştırma yapmaya kendini adamıştır.
LTCC malzeme özellikleri
LTCC ürünlerinin performansı tamamen kullanılan malzemelerin performansına bağlıdır. LTCC seramik malzemeleri esas olarak LTCC alt tabaka malzemeleri, paketleme malzemeleri ve mikrodalga cihaz malzemeleri içerir. Dielektrik sabiti, LTCC malzemelerinin en kritik özelliğidir. Dielektrik sabitinin farklı çalışma frekanslarına uygun olması için 2 ila 20000 aralığında serileştirilmesi gerekir. Örneğin, göreceli geçirgenliği 3.8 olan bir alt tabaka, yüksek hızlı dijital devrelerin tasarımı için uygundur; 6 ila 80 arasında göreceli geçirgenliğe sahip bir alt tabaka, yüksek frekanslı devrelerin tasarımını tamamlayabilir; 20,000’e kadar göreceli geçirgenliğe sahip bir alt tabaka, Yüksek kapasiteli cihazların çok katmanlı bir yapıya entegre edilmesini sağlayabilir. Yüksek frekans, dijital 3C ürünlerinin geliştirilmesinde nispeten belirgin bir eğilimdir. Yüksek frekans ve yüksek hız gereksinimlerini karşılamak için düşük dielektrik sabiti (ε≤10) LTCC malzemelerinin geliştirilmesi, LTCC malzemelerinin yüksek frekans uygulamalarına nasıl uyum sağlayabileceği konusunda bir zorluktur. FerroA901 ve DuPont’un 6 sisteminin dielektrik sabiti 5.2 ila 5.9, ESL’nin 4110-70C’si 4.3 ila 4.7, NEC’in LTCC alt katmanının dielektrik sabiti yaklaşık 3.9 ve dielektrik sabiti 2.5 gibi düşük bir değer geliştirme aşamasındadır.

Rezonatörün boyutu, dielektrik sabitinin karekökü ile ters orantılıdır, bu nedenle bir dielektrik malzeme olarak kullanıldığında, cihaz boyutunu küçültmek için dielektrik sabitinin büyük olması gerekir. Şu anda, ultra düşük kayıp veya ultra yüksek Q değeri, bağıl geçirgenlik (>100) veya hatta> 150 dielektrik malzeme sınırı araştırma noktalarıdır. Daha büyük kapasitans gerektiren devreler için, yüksek dielektrik sabiti olan malzemeler kullanılabilir veya daha büyük bir dielektrik sabiti olan bir dielektrik malzeme tabakası, LTCC dielektrik seramik alt tabaka malzeme tabakası arasına sıkıştırılabilir ve dielektrik sabiti 20 ile 100 arasında olabilir. . Dielektrik kaybı da radyo frekansı cihazlarının tasarımında dikkate alınması gereken önemli bir parametredir. Doğrudan cihazın kaybıyla ilgilidir. Teorik olarak, ne kadar küçükse o kadar iyi olması umulmaktadır. Şu anda radyo frekans cihazlarında kullanılan LTCC malzemeleri başlıca DuPont (951,943), Ferro (A6M, A6S), Heraeus (CT700, CT800 ve CT2000) ve Electro-science Laboratuvarlarıdır. Dielektrik sabitli serileştirilmiş LTCC yeşil seramik bant sağlamakla kalmaz, aynı zamanda eşleşen kablolama malzemeleri de sağlarlar.

LTCC malzemelerinin araştırılmasındaki bir diğer sıcak konu, birlikte pişirilen malzemelerin uyumluluğudur. Farklı dielektrik katmanları (kapasitörler, dirençler, endüktanslar, iletkenler vb.) birlikte ateşlerken, farklı arayüzler arasındaki reaksiyon ve arayüz difüzyonu, her bir dielektrik tabakanın birlikte ateşleme eşleşmesini ve yoğunluk oranını ve sinterlemeyi iyi hale getirmek için kontrol edilmelidir. arayüz katmanları arasındaki büzülme Hız ve termal genleşme hızı, parçalanma, eğrilme ve çatlama gibi kusurların oluşumunu azaltmak için mümkün olduğunca tutarlıdır.

Genel olarak konuşursak, LTCC teknolojisini kullanan seramik malzemelerin büzülme oranı yaklaşık %15-20’dir. İkisinin sinterlenmesi eşleştirilemez veya uyumlu olamazsa, sinterlemeden sonra arayüz katmanı bölünecektir; iki malzeme yüksek bir sıcaklıkta reaksiyona girerse, ortaya çıkan reaksiyon katmanı ilgili malzemelerin orijinal özelliklerini etkileyecektir. Farklı dielektrik sabitleri ve bileşimleri olan iki malzemenin birlikte ateşleme uyumluluğu ve karşılıklı reaktivitenin nasıl azaltılacağı araştırmanın odak noktasıdır. LTCC, yüksek performanslı sistemlerde kullanıldığında, büzülme davranışının sıkı kontrolünün anahtarı, LTCC birlikte ateşlemeli sistemin sinterleme büzülmesini kontrol etmektir. LTCC birlikte ateşlemeli sistemin XY yönü boyunca büzülmesi genellikle %12 ila %16’dır. Basınçsız sinterleme veya basınç destekli sinterleme teknolojisi yardımıyla XY yönünde sıfır çekmeli malzemeler elde edilir [17,18]. Sinterleme sırasında, LTCC birlikte ateşlemeli katmanın üst ve alt kısmı, bir büzülme kontrol katmanı olarak LTCC birlikte ateşlemeli katmanın üstüne ve altına yerleştirilir. Kontrol tabakası ile çok tabaka arasındaki belirli bir bağlanma etkisi ve kontrol tabakasının katı büzülme oranı sayesinde, LTCC yapısının X ve Y yönleri boyunca büzülme davranışı sınırlandırılır. Alt tabakanın XY yönündeki büzülme kaybını telafi etmek için, alt tabaka Z yönündeki büzülmeyi telafi edecektir. Sonuç olarak, LTCC yapısının X ve Y yönlerinde boyut değişimi sadece yaklaşık %0.1’dir, bu sayede sinterleme sonrası kabloların ve deliklerin konumunu ve doğruluğunu sağlamakta ve cihazın kalitesini garanti etmektedir.