Yêu cầu vật liệu LTCC
Các yêu cầu về đặc tính vật liệu của thiết bị LTCC bao gồm đặc tính điện, đặc tính cơ nhiệt và đặc tính quá trình.

Hằng số điện môi là đặc tính quan trọng nhất của vật liệu LTCC. Vì đơn vị cơ bản của thiết bị tần số vô tuyến – chiều dài của bộ cộng hưởng tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của hằng số điện môi của vật liệu, khi tần số làm việc của thiết bị thấp (chẳng hạn như hàng trăm MHz), nếu vật liệu với một hằng số điện môi thấp được sử dụng, thiết bị Kích thước sẽ quá lớn để sử dụng. Vì vậy, tốt nhất là nối tiếp hằng số điện môi để phù hợp với các tần số hoạt động khác nhau.

Tổn thất điện môi cũng là một thông số quan trọng được xem xét trong thiết kế các thiết bị tần số vô tuyến, và nó liên quan trực tiếp đến tổn hao của thiết bị. Về lý thuyết, càng nhỏ càng tốt. Hệ số nhiệt độ của hằng số điện môi là một thông số quan trọng xác định độ ổn định nhiệt độ của hiệu suất điện của thiết bị tần số vô tuyến điện.

Để đảm bảo độ tin cậy của các thiết bị LTCC, nhiều đặc tính cơ nhiệt cũng phải được xem xét khi lựa chọn vật liệu. Yếu tố quan trọng nhất là hệ số giãn nở nhiệt, hệ số này phải phù hợp với bảng mạch được hàn càng nhiều càng tốt. Ngoài ra, khi xét đến quá trình gia công và các ứng dụng trong tương lai, vật liệu LTCC cũng phải đáp ứng nhiều yêu cầu về tính năng cơ học, chẳng hạn như độ bền uốn σ, độ cứng Hv, độ phẳng bề mặt, mô đun đàn hồi E và độ bền đứt gãy KIC, v.v.

“Hiệu suất của quy trình nói chung có thể bao gồm các khía cạnh sau: Đầu tiên, nó có thể được thiêu kết ở nhiệt độ dưới 900 ° C thành một cấu trúc vi mô dày đặc, không xốp. Thứ hai, nhiệt độ đông đặc không được quá thấp, để không ngăn cản sự xả chất hữu cơ trong bạc nhão và đai xanh. Thứ ba, sau khi thêm các vật liệu hữu cơ thích hợp, nó có thể được đúc thành một băng màu xanh lá cây đồng nhất, mịn và chắc chắn.

Phân loại vật liệu LTCC
Hiện tại, vật liệu gốm LTCC chủ yếu bao gồm hai hệ thống là hệ thống “gốm thủy tinh” và hệ thống “thủy tinh + gốm”. Pha tạp chất với oxit nóng chảy hoặc thủy tinh nóng chảy thấp có thể làm giảm nhiệt độ nung kết của vật liệu gốm, nhưng việc giảm nhiệt độ thiêu kết bị hạn chế, và tính năng của vật liệu sẽ bị hỏng ở các mức độ khác nhau. Việc tìm kiếm vật liệu gốm có nhiệt độ thiêu kết thấp đã thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. Các giống vật liệu chính đang được phát triển là dòng bari thiếc borat (BaSn (BO3) 2), dòng germanate và tellurat, dòng BiNbO4, dòng Bi203-Zn0-Nb205, dòng ZnO-TiO2 và các vật liệu gốm khác. Trong những năm gần đây, nhóm nghiên cứu của Zhou Ji tại Đại học Thanh Hoa đã cam kết nghiên cứu trong lĩnh vực này.
Thuộc tính vật liệu LTCC
Hiệu suất của sản phẩm LTCC phụ thuộc hoàn toàn vào hiệu suất của nguyên vật liệu được sử dụng. Vật liệu gốm LTCC chủ yếu bao gồm vật liệu nền LTCC, vật liệu đóng gói và vật liệu thiết bị vi sóng. Hằng số điện môi là đặc tính quan trọng nhất của vật liệu LTCC. Hằng số điện môi được yêu cầu mắc nối tiếp trong khoảng từ 2 đến 20000 để phù hợp với các tần số hoạt động khác nhau. Ví dụ, chất nền có độ cho phép tương đối là 3.8 thích hợp cho việc thiết kế các mạch kỹ thuật số tốc độ cao; một chất nền có điện suất cho phép tương đối từ 6 đến 80 có thể hoàn thành tốt việc thiết kế mạch tần số cao; chất nền có độ cho phép tương đối lên đến 20,000 có thể làm cho các thiết bị công suất cao được tích hợp vào cấu trúc nhiều lớp. Tần số cao là một xu hướng tương đối rõ ràng trong sự phát triển của các sản phẩm kỹ thuật số 3C. Việc phát triển các vật liệu LTCC có hằng số điện môi thấp (ε≤10) để đáp ứng các yêu cầu về tần số cao và tốc độ cao là một thách thức đối với cách vật liệu LTCC có thể thích ứng với các ứng dụng tần số cao. Hằng số điện môi của hệ thống 901 của FerroA6 và DuPont là 5.2 đến 5.9, 4110-70C của ESL là 4.3 đến 4.7, hằng số điện môi của chất nền LTCC của NEC là khoảng 3.9 và hằng số điện môi thấp đến 2.5 đang được phát triển.

Kích thước của bộ cộng hưởng tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của hằng số điện môi nên khi dùng làm vật liệu điện môi, hằng số điện môi bắt buộc phải lớn để giảm kích thước thiết bị. Hiện tại, giới hạn của suy hao cực thấp hoặc giá trị Q cực cao, điện trở phép tương đối (> 100) hoặc thậm chí> 150 vật liệu điện môi là các điểm nóng nghiên cứu. Đối với các mạch yêu cầu điện dung lớn hơn, có thể sử dụng vật liệu có hằng số điện môi cao hoặc lớp vật liệu điện môi có hằng số điện môi lớn hơn có thể được kẹp giữa lớp vật liệu nền gốm điện môi LTCC và hằng số điện môi có thể nằm trong khoảng từ 20 đến 100. Chọn giữa . Tổn thất điện môi cũng là một tham số quan trọng cần xem xét trong thiết kế các thiết bị tần số vô tuyến. Nó liên quan trực tiếp đến việc mất máy. Về lý thuyết, người ta hy vọng rằng càng nhỏ càng tốt. Hiện nay, vật liệu LTCC được sử dụng trong các thiết bị tần số vô tuyến chủ yếu là DuPont (951,943), Ferro (A6M, A6S), Heraeus (CT700, CT800 và CT2000) và Phòng thí nghiệm khoa học điện tử. Họ không chỉ có thể cung cấp băng gốm xanh LTCC nối tiếp với hằng số điện môi mà còn cung cấp vật liệu đi dây phù hợp.

Một vấn đề nóng nữa trong nghiên cứu vật liệu LTCC là tính tương thích của vật liệu đồng nung. Khi đồng đốt các lớp điện môi khác nhau (tụ điện, điện trở, điện cảm, dây dẫn, v.v.), phản ứng và sự khuếch tán giao diện giữa các giao diện khác nhau cần được kiểm soát để làm cho sự kết hợp đồng đốt của mỗi lớp điện môi tốt, và tốc độ mật độ và quá trình thiêu kết co ngót giữa các lớp giao diện Tốc độ và tốc độ giãn nở nhiệt càng đồng nhất càng tốt để giảm sự xuất hiện của các khuyết tật như bong tróc, cong vênh và nứt.

Nói chung, tỷ lệ co ngót của vật liệu gốm sử dụng công nghệ LTCC là khoảng 15-20%. Nếu quá trình thiêu kết của cả hai không thể khớp hoặc tương thích với nhau, lớp giao diện sẽ tách ra sau khi thiêu kết; nếu hai vật liệu phản ứng ở nhiệt độ cao, lớp phản ứng tạo thành sẽ ảnh hưởng đến các đặc tính ban đầu của các vật liệu tương ứng. Sự tương thích đồng đốt của hai vật liệu có hằng số điện môi và thành phần khác nhau và cách giảm khả năng phản ứng lẫn nhau là trọng tâm của nghiên cứu. Khi LTCC được sử dụng trong các hệ thống hiệu suất cao, chìa khóa để kiểm soát chặt chẽ hành vi co ngót là kiểm soát sự co ngót thiêu kết của hệ thống đồng đốt LTCC. Độ co ngót của hệ thống đồng đốt LTCC dọc theo hướng XY nói chung là 12% đến 16%. Với sự trợ giúp của công nghệ thiêu kết không áp suất hoặc có hỗ trợ áp suất, vật liệu có độ co ngót bằng không theo hướng XY thu được [17,18]. Khi thiêu kết, trên cùng và dưới cùng của lớp đồng nung LTCC được đặt lên trên và dưới cùng của lớp đồng nung LTCC như một lớp kiểm soát co ngót. Với sự trợ giúp của hiệu ứng liên kết nhất định giữa lớp điều khiển và lớp đa lớp và tốc độ co ngót nghiêm ngặt của lớp điều khiển, hành vi co ngót của cấu trúc LTCC dọc theo hướng X và Y bị hạn chế. Để bù cho sự mất mát co ngót của chất nền theo hướng XY, chất nền sẽ được bù cho sự co ngót theo hướng Z. Kết quả là sự thay đổi kích thước của cấu trúc LTCC theo hướng X và Y chỉ khoảng 0.1%, từ đó đảm bảo vị trí và độ chính xác của dây và lỗ sau khi thiêu kết, đồng thời đảm bảo chất lượng của thiết bị.