淺析低溫共燒陶瓷（LTCC）技術(shù)及特性

低溫共燒陶瓷（LTCC）技術(shù)是近年來發(fā)展起來的令人矚目的整合組件技術(shù)，代表了電子元器件小型化、高頻化、集成化的發(fā)展方向，目前已成為無源集成的主流實現(xiàn)方案。

LTCC陶瓷的成分組成是決定其物化特性、電性能的關(guān)鍵因素。目前LTCC用陶瓷材料主要有三大類：玻璃／陶瓷復合體系、微晶玻璃體系和非晶玻璃體系。其中前兩者玻璃／陶瓷復合體系、微晶玻璃體系是產(chǎn)業(yè)內(nèi)研究的重點。

AlN/玻璃復合體系

AlN/玻璃復合體系是在玻璃體系中加入AlN。AlN具有優(yōu)異的電性能和熱性能，是一種非常有發(fā)展前途的高導熱陶瓷，添加AlN對提高熱導有明顯的作用。

硼硅酸鹽+陶瓷體系

1. 陶瓷+Bi2O3-B2O3-SiO2+助熔劑可加入的陶瓷有：Al2O3、TiO2、CaO等，助熔劑為：Li2CO3、CaF2、LiF，燒結(jié)溫度小于700℃，燒結(jié)收縮率在0～20%可控。εr=5～20，tanδ＜0.002GHz，可應用于高頻電路、可集成化陶瓷基板和微電子封裝材料等領(lǐng)域。

2. ZnO-TiO2+ZnO-B2O3-SiO2微波介質(zhì)陶瓷材料。鋅硼硅玻璃為助熔劑，體系燒結(jié)溫度小于900℃，可與銀電極共燒。負τf的鋅硼硅玻璃與正τf的TiO2結(jié)合，可調(diào)整τf到接近零。材料的τf=0±10ppm/℃，εr=24～35.3，Q·f達13000GHz。（3）SiO2-B2O3-Al2O3+堿土金屬氧化物+陶瓷

3. 堿土金屬氧化物以SrO為主，陶瓷為Al2O3、TiO2、堇青石、莫來石中的2～3種，體系燒結(jié)溫度在850～950℃。εr＞10(1.9GHz)，TEC為5.9～6.4×10-6/℃(50～300℃)。作為多層配線板基板材料時，調(diào)節(jié)堇青石或莫來石的含量，可以將基板材料中的層間線性熱膨脹系數(shù)差控制為不大于0.25×10-6/℃。

堇青石玻璃體系

MgO-Al2O3-SiO2+助熔劑+改性劑MgO-Al2O3-SiO2+助熔劑+改性劑體系微晶玻璃的主晶相為堇青石，機械強度較高，介電性能優(yōu)良，熱穩(wěn)定性和抗熱沖擊性能良好，一個顯著的特點是其與銅導體在氮氣中共燒時穩(wěn)定，因此受到了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。

硅鋁玻璃體系

有CaO-Al2O3-SiO2、BaO-Al2O3-SiO2、Li2O-Al2O3-SiO2等。CaO和SiO2含量比的增加降低了玻璃的析晶活化能和燒結(jié)溫度,但增加了樣品的介電常數(shù)、介電損耗和熱膨脹系數(shù)。所制備的微晶玻璃燒結(jié)溫度≤1000℃，εr≤7.5，tanδ≤0.0005，TEC≤4.3×10-6/℃，有望用于低溫共燒陶瓷基板材料。

鈣硼硅玻璃體系

1. CaO-B2O3-SiO2-ZnO-P2O5+稀土氧化物稀土：Y、La、Sm、Gd等，采用溶膠-凝膠法，燒結(jié)溫度750～950℃。所制備的微晶玻璃陶瓷材料具有優(yōu)良的化學均勻性和材料純度均勻性，以及良好的性能重復性。

2. CaO-SiO2-B2O3+SiO2-B2O3-Na2O-K2O-Li2O用該材料制備的127μm的LTCC生帶表面平整、光滑，可在850℃左右燒結(jié)。εr=5～7，tanδ＜0.02GHz。 3. CaO-B2O3-SiO2-ZnO-P2O5B2O3可以降低玻璃的高溫黏度，降低燒結(jié)溫度；ZnO-P2O5的添加降低了燒結(jié)溫度，促進晶體形核生長。該體系燒結(jié)溫度為750～850℃。εr=4.9～5.5，tanδ=0.001～0.0025MHz。

高介電常數(shù)體系

1. Li2O-Nb2O5-TiO2+低熔點氧化物低熔點氧化物：B2O3、B2O3-ZnO、B2O3-CuO、Li2O-V2O5，該體系原燒結(jié)溫度1100℃，添加少量低熔點氧化物后燒結(jié)溫度下降到900℃。εr=32～52，Q·f和τf較小。

2. Bi3x-yLayZn2-2x-mAmNb2-x-nBnO7微波介質(zhì)陶瓷，材料的晶體結(jié)構(gòu)和相組成簡單。A=K1+、Li1+、Ba2+等，B=Mn4+、Ti4+、Ta5+等，燒結(jié)溫度900～1000℃。εr=80～150，tanδ＜0.0003，絕緣電阻ρV≥1012Ω·cm，抗電強度Eb≥10kV/mm。

3. (Bi3xM2-3x)(ZnxNb2-x)O7M=Zn、Ca、Cd、Sr，燒結(jié)溫度900～1020℃。為低損高介的微波介質(zhì)陶瓷，εr=70～150，tanδ＜0.0006，絕緣電阻ρV≥1013Ω·cm，Q·f=1000～6000GHz，τf=-50～-80，介電常數(shù)溫度系數(shù)覆蓋范圍寬，為-300～+60ppm/℃，且在-55～125℃的范圍內(nèi)可以根據(jù)材料組成調(diào)節(jié)。

4. BaCO3-ZnO-TiO2+助燒劑微波介質(zhì)陶瓷，助燒劑為Li2O-ZnO-B2O3玻璃或者BaCu(B2O5)。通過傳統(tǒng)的固相反應合成，材料燒結(jié)溫度在900℃以下。具有較好的微波介電性能：εr=25～35，Q·f＞12000,τf=-10～+30ppm/℃；材料工藝穩(wěn)定,重復性好；能與銀電極得到較好的共燒匹配。 LTCC陶瓷的成分組成是決定LTCC技術(shù)產(chǎn)品物化特性、電性能的關(guān)鍵因素。陶瓷粉還需要與銀漿在燒結(jié)時相互匹配，否則會出現(xiàn)開裂等情況。目前LTCC用原材料廠家主要有杜邦、FERRO、日本山村、北京天力創(chuàng)玻璃、晶材、中澳科創(chuàng)、洛陽中超等企業(yè)。

編輯：黃飛