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低溫共燒陶瓷技術(shù)前景

2006-01-14 來源:全球陶瓷網(wǎng) 責任編輯:中國陶瓷網(wǎng) 閱讀:4254
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      摘要:介紹了低溫共燒陶瓷(LTCC)的概念和特點,總結(jié)了LTCC的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀以及新產(chǎn)品的開發(fā)進展,最后介紹了LTCC產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用。

     1 LTCC的概念及特點

      所謂低溫共燒陶瓷工(Low-temperature cofired ceramics,LTCC)技術(shù),就是將低溫燒結(jié)陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶,作為電路基板材料,在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿、精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝制出所需要的電路圖形,并將多個無源元件埋入其中,然后疊壓在一起,在900℃燒結(jié),制成三維電路網(wǎng)絡(luò)的無源集成組件,也可制成內(nèi)置無源元件的三維電路基板,在其表面可以貼裝 IC和有源器件,制成無源/有源集成的功能模塊??傊?,利用這種技術(shù)可以成功地制造出各種高技術(shù)LTCC產(chǎn)品。多個不同類型、不同性能的無源元件集成在一個封裝內(nèi)有多種方法,主要有低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)、薄膜技術(shù)、硅片半導(dǎo)體技術(shù)、多層電路板技術(shù)等。目前,LTC C技術(shù)是無源集成的主流技術(shù)。LTCC整合型組件包括各種基板承載或內(nèi)埋各式主動或被動組件的產(chǎn)品,整合型組件產(chǎn)品項目包含零組件(components)、基板(substrates)與模塊(modules )。

     LTCC與其它多層基板技術(shù)相比較,具有以下特點:

    (1)易于實現(xiàn)更多布線層數(shù),提高組裝密度;

    (2)易于內(nèi)埋置元器件,提高組裝密度,實現(xiàn)多功能;

    (3)便于基板燒成前對每一層布線和互連通孔進行質(zhì)量檢查,有利于提高多層基板的成品率和質(zhì)量,縮短生產(chǎn)周期,降低成本:

    (4)具有良好的高頻特性和高速傳輸特性;

    (5)易于形成多種結(jié)構(gòu)的空腔,從而可實現(xiàn)性能優(yōu)良的多功能微波MCM;

    (6)與薄膜多層布線技術(shù)具有良好的兼容性,二者結(jié)合可實現(xiàn)更高組裝密度和更好性能的混合多層基板和混合型多芯片組件(MCM-C/D);

    (7)易于實現(xiàn)多層布線與封裝一體化結(jié)構(gòu),進一步減小體積和重量,提高可靠性。

    LTCC技術(shù)由于自身具有的獨特優(yōu)點,用于制作新一代移動通信中的表面組裝型元器件,將顯現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性。

    2 各種產(chǎn)品不斷推出

      LTCC(低溫共燒陶瓷)己經(jīng)進入產(chǎn)業(yè)化階段,日、美、歐洲國家等各家公司紛紛推出了各種性能的LTCC產(chǎn)品。LTCC在我國臺灣地區(qū)發(fā)展也很快。LTCC在2003年后快速發(fā)展,平均增長速度達到17.7%。從目前來看,今后幾年的發(fā)展速度將會超過17.7%。襯底制造商Lamina Ceramics公司開發(fā)的一個多層技術(shù)能使未經(jīng)燒制的陶瓷結(jié)合在Kovar合金(Fe-Ni-Co)或銅鉬銅(CuMoCu)金屬上。這個多層印刷電路板制造工藝叫作低溫共燒陶瓷金屬(LTCC-M),它能夠降低收縮率,改善導(dǎo)熱性,有望縮小目前流行的射頻(RF)電路和微波組件、高速電路底板和光組件等元件的封裝尺寸并降低成本。這項技術(shù)為設(shè)計人員提供了把元件嵌入金屬層的能力。新技術(shù)把x-y平面的共燒收縮率縮小到了大約0.1%,遠遠低于標準LTCC和HTCC工藝的12.7%-15%。大到0.4mx0.4m的多層印刷電路板可以有多達24層1. 016m x 10-4m厚的層。元件可以直接小片裝配到金屬板層,不再需要把全封裝元件連接到襯底上的吸熱層。采用基于科伐 (Kovar)合金的工藝時導(dǎo)熱率平均為40W/mK,采用基于CuMoCu的工藝時導(dǎo)熱率約為170W/mK。傳統(tǒng)LTCC和 HTCC工藝的導(dǎo)熱率分別為2-3W/mK和24.7W/mK。

    3 國內(nèi)LTCC發(fā)展現(xiàn)狀

      國內(nèi)LTCC產(chǎn)品的開發(fā)比國外發(fā)達國家至少落后5年。這主要是由于電子終端產(chǎn)品發(fā)展滯后造成的。LTCC功能組件和模塊主要用于CSM,CDMA和PHS手機、無繩電話、WLAN和藍牙等通信產(chǎn)品,除40多兆的無繩電話外,這幾類產(chǎn)品在國內(nèi)是近4年才發(fā)展起來的。 深圳南玻電子有限公司引進了目前世界上最先進的設(shè)備,建成了國內(nèi)第1條LTCC生產(chǎn)線,開發(fā)出了多種LTCC產(chǎn)品并己投產(chǎn),如:片式LC濾波器系列、片式藍牙天線、片式定向耦合器、片式平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器、低通濾波器陣列等,性能己達到國外同類產(chǎn)品水平,并己進入市場。目前,南玻電子正在開發(fā)LTCC多層基板和無線傳輸用的多種功能模塊。
 
      國內(nèi)目前尚不能生產(chǎn)LTCC專用工藝設(shè)各。據(jù)不完全統(tǒng)計,國內(nèi)南玻電子引進了一條完整的LTCC生產(chǎn)線,另外約有4家研究所己經(jīng)或正在引進LTCC中試設(shè)備,開發(fā)LTCC功能模塊。

      香港青石集成微系統(tǒng)公司(CiMS)長期從事微波電磁場的研究與LTCC產(chǎn)品的設(shè)計。他們采用先進的電磁場模擬優(yōu)化軟件,設(shè)計出了多款LC濾波器和LTCC模塊,取得了良好的效果。

      目前,清華大學材料系、上海硅酸鹽研究所等單位正在實驗室開發(fā)LTCC用陶瓷粉料,但還尚未到批量生產(chǎn)的程度。國內(nèi)現(xiàn)在急需開發(fā)出系列化的、有自主知識產(chǎn)權(quán)的LTCC用陶瓷粉料,并專業(yè)化生產(chǎn)LTCC用陶瓷生帶系列,為LTCC產(chǎn)業(yè)的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。南玻電子公司正在用進口粉料,開發(fā)出。。為9.1,18.0和37.4的3種生帶,厚度為10-100μm,生帶厚度系列化,為不同設(shè)計、不同工作頻率的LTCC產(chǎn)品的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

     4 LTCC的應(yīng)用情況

      LTCC產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛,如各種制式的手機、藍牙模塊、CPS, PDA、數(shù)碼相機、WLAN、汽車電子、光驅(qū)等。其中,手機的用量占據(jù)主要部分,約達80%以上;其次,是藍牙模塊和WLAN。由于LTCC產(chǎn)品的可靠性高,汽車電子中的應(yīng)用也日益上升。手機中使用的LTCC產(chǎn)品包括LC濾波器、雙工器、功能模塊、收發(fā)開關(guān)功能模塊、平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器、耦合器、功分器、共模扼流圈等。

      在SMD中采用LTCC技術(shù)的目的旨在提高組裝密度、縮小體積、減輕重量、增加功能、提高可靠性和性能,縮短了組裝周期。壓控振蕩器(VCO)是移動通信設(shè)備的關(guān)鍵器件,可通過LTCC技術(shù)制作VCO,使其滿足移動通信對小型、輕量、低功耗、低相位噪聲(高C/N比)的要求。目前,國際上己應(yīng)用LTCC技術(shù)制成高性能的表而組裝型VCO,并形成了系列化商品,通過采用LTCC技術(shù)使VCO體積大大縮小。1996-2000年,VCO的體積減小了90%以上。這種表而組裝型VCO的體積僅為原米帶引線VCO體積的1/5-1/20。采用LTCC技術(shù)制作的新型VCO具有體積小、功耗低、高頻特性好、相位噪聲小、適合表面貼裝等優(yōu)點,在移動通信領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。這種小型化VCO在CSM,DCS,CDMA,PDC等數(shù)字通信系統(tǒng)終端以及全球定位系統(tǒng) (GPS)等衛(wèi)星通信相關(guān)的終端得以大量使用。

      移動通信的迅速發(fā)展也進一步促進了DC/DC變換器的小型化,為SMD型DC/DC變換器提供了廣闊的應(yīng)用市場。國外不少電源制造廠商都在采用LTCC技術(shù)積極開發(fā)標準的SMD型DC/DC變換器,其額定功率為5-30W,具有各種通用的輸入、輸出電壓。一些新的DC/DC變換器設(shè)計還可提供較短的啟動時間。此外,采用LTCC技術(shù)還制作了移動通信用的片式多層天線、藍牙組件、射頻放大壓控衰減器、功率放大器、移相器等表而安裝型器件。

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