Вимоги до матеріалів LTCC
Вимоги до властивостей матеріалів пристроїв LTCC включають електричні властивості, термомеханічні властивості та властивості процесу.

Діелектрична проникність є найважливішою властивістю матеріалів LTCC. Оскільки основна одиниця радіочастотного пристрою-довжина резонатора обернено пропорційна квадратному кореню діелектричної проникності матеріалу, коли робоча частота пристрою низька (наприклад, сотні МГц), якщо матеріал з низькою діелектричною проникністю, пристрій Розмір буде занадто великим для використання. Тому найкраще серіалізувати діелектричну проникність відповідно до різних робочих частот.

Діелектричні втрати також є важливим параметром, який враховується при проектуванні радіочастотних пристроїв, і він безпосередньо пов’язаний з втратою пристрою. Теоретично, чим менше, тим краще. Температурний коефіцієнт діелектричної проникності є важливим параметром, який визначає стабільність температури електричних характеристик радіочастотного пристрою.

Щоб забезпечити надійність пристроїв LTCC, при виборі матеріалів слід враховувати також багато термомеханічні властивості. Найважливішим з них є коефіцієнт теплового розширення, який повинен максимально відповідати платі, яка підлягає пайці. Крім того, з огляду на обробку та майбутнє застосування, матеріали LTCC також повинні відповідати багатьом вимогам до механічних характеристик, таким як міцність на вигин σ, твердість Hv, рівність поверхні, модуль пружності E та ударна в’язкість KIC тощо.

«Продуктивність процесу загалом може включати наступні аспекти: По-перше, його можна спікати при температурі нижче 900 ° C у щільну непористу мікроструктуру. По -друге, температура ущільнення не повинна бути занадто низькою, щоб не запобігти викиду органічних речовин у срібну пасту та зелений пояс. По -третє, після додавання відповідних органічних матеріалів його можна відливати в однорідну, гладку та міцну зелену стрічку.

Класифікація матеріалів LTCC
В даний час керамічні матеріали LTCC в основному складаються з двох систем, а саме системи «склокераміка» та система «скло + кераміка». Легування низькоплавким оксидом або легкоплавким склом може знизити температуру спікання керамічних матеріалів, але зниження температури спікання обмежене, а експлуатаційні властивості матеріалу в різному ступені будуть пошкоджені. Пошуки керамічних матеріалів з низькою температурою спікання привернули увагу дослідників. Основними різновидами таких матеріалів, що розробляються, є серія борату олову барію (BaSn (BO3) 2), серія германата та телурату, серія BiNbO4, серія Bi203-Zn0-Nb205, серія ZnO-TiO2 та інші керамічні матеріали. В останні роки дослідницька група Чжоу Цзі з Університету Цінхуа прагне дослідити цю сферу.
Властивості матеріалу LTCC
Продуктивність продукції LTCC повністю залежить від продуктивності використовуваних матеріалів. Керамічні матеріали LTCC в основному включають матеріали підкладки LTCC, пакувальні матеріали та матеріали для мікрохвильових пристроїв. Діелектрична проникність – найважливіша властивість матеріалів LTCC. Діелектричну проникність потрібно серіалізувати в діапазоні від 2 до 20000, щоб вона відповідала різним робочим частотам. Наприклад, підкладка з відносною проникністю 3.8 підходить для проектування швидкісних цифрових схем; підкладка з відносною проникністю від 6 до 80 цілком може завершити проектування високочастотних схем; підкладка з відносною проникністю до 20,000 може зробити пристрої великої ємності інтегрованими у багатошарову структуру. Висока частота є відносно очевидною тенденцією у розвитку цифрових продуктів 3С. Розробка матеріалів LTCC з низькою діелектричною проникністю (ε≤10) для задоволення вимог високої частоти та високої швидкості є проблемою для того, як матеріали LTCC можуть адаптуватися до високочастотних застосувань. Діелектрична проникність системи 901 FerroA6 та DuPont становить від 5.2 до 5.9, 4110-70C ESL-від 4.3 до 4.7, діелектрична проникність підкладки LTCC NEC становить приблизно 3.9, а діелектрична проникність всього 2.5 знаходиться в стадії розробки.

Розмір резонатора обернено пропорційний квадратному кореню діелектричної проникності, тому при використанні як діелектричного матеріалу діелектрична проникність повинна бути великою, щоб зменшити розмір пристрою. В даний час межа надзвичайно малих втрат або надвисоких значень Q, відносної проникності (> 100) або навіть> 150 діелектричних матеріалів-це гарячі точки дослідження. Для ланцюгів, що потребують більшої ємності, можна використовувати матеріали з високою діелектричною проникністю або шар діелектричного матеріалу з більшою діелектричною проникністю можна затиснути між шаром матеріалу підкладки з керамічної підкладки LTCC, а діелектрична проникність може бути між 20 і 100. Виберіть між . Діелектричні втрати також є важливим параметром, який слід враховувати при проектуванні радіочастотних пристроїв. Це безпосередньо пов’язано з втратою пристрою. Теоретично є надія, що чим менше, тим краще. В даний час матеріалами LTCC, що використовуються в радіочастотних пристроях, є переважно DuPont (951,943), Ferro (A6M, A6S), Heraeus (CT700, CT800 та CT2000) та лабораторії електротехніки. Вони можуть не тільки забезпечити серіалізовану зелену керамічну стрічку LTCC з діелектричною проникністю, але й забезпечити відповідні матеріали електропроводки.

Ще одне гаряче питання у дослідженні матеріалів LTCC-це сумісність матеріалів, що працюють разом. При спільному випалюванні різних шарів діелектриків (конденсаторів, опорів, індуктивностей, провідників тощо) слід контролювати реакцію та дифузію інтерфейсу між різними інтерфейсами, щоб зробити співпадіння кожного шару діелектрика хорошим, а також швидкість щільності та спікання усадка між шарами розділу Швидкість і швидкість термічного розширення максимально послідовні, щоб зменшити появу дефектів, таких як відшарування, короблення та тріщини.

Взагалі кажучи, швидкість усадки керамічних матеріалів за технологією LTCC становить близько 15-20%. Якщо спікання двох не може бути зіставленим або сумісним, інтерфейсний шар розпадеться після спікання; якщо два матеріали реагують при високій температурі, отриманий реакційний шар вплине на вихідні характеристики відповідних матеріалів. У центрі уваги дослідження-сумісність двох випалів з різними діелектричними константами та складом, а також способи зменшення взаємної реакційної здатності. Коли LTCC використовується у високопродуктивних системах, ключем до суворого контролю поведінки усадки є контроль спікання усадки системи спільного випалу LTCC. Усадка системи спільного випуску LTCC вздовж напрямку XY зазвичай становить від 12% до 16%. За допомогою технології спікання без тиску або технології спікання під тиском отримують матеріали з нульовою усадкою у напрямку XY [17,18]. При спіканні верхній і нижній шари спільного випалу LTCC розміщуються зверху та знизу шару спільного випалу LTCC як шар контролю усадки. За допомогою певного ефекту зв’язування між контрольним шаром і багатошаровим та суворою швидкістю усадки контрольного шару обмежується усадка структури LTCC уздовж напрямків X і Y. Для того, щоб компенсувати втрати усадки підкладки в напрямку XY, підкладка буде компенсована за усадку в напрямку Z. В результаті зміна розміру структури LTCC у напрямках X та Y становить лише близько 0.1%, забезпечуючи тим самим положення та точність проводки та отворів після спікання та якість пристрою.