LTCC基板材料
低温共烧陶瓷(LTCC)配套浆料和相关材料开发与应用方案(二)
低温共烧陶瓷（LTCC）配套浆料和相关材料开发与应用方案一、实施背景随着科技的飞速发展，电子行业对高性能、高可靠性、小型化和低成本的要求越来越高。
低温共烧陶瓷（LTCC）技术作为一种先进的陶瓷基板制备技术，具有高性能、高可靠性、小型化等优点，已成为电子行业的重要发展方向。
然而，LTCC技术在实际应用中仍存在一些问题，如材料性能不稳定、制造成本高等，这限制了其广泛应用。
因此，开发与LTCC 技术配套的浆料和相关材料，对于提高LTCC产品的性能、降低制造成本、推动电子行业的发展具有重要意义。
二、工作原理低温共烧陶瓷（LTCC）技术是一种将陶瓷粉体、有机载体、添加剂等原料混合制备成LTCC浆料，然后通过印刷、叠层、烧结等工艺制备成高性能、高可靠性的陶瓷基板的技术。
其中，LTCC浆料的性能直接决定了最终产品的性能。
因此，开发与LTCC技术配套的浆料和相关材料是关键。
三、实施计划步骤1.调研市场：了解当前LTCC技术的市场需求和应用情况，收集相关企业和研究机构的资料，分析现有产品的优缺点。
2.确定研究方向：根据市场调研结果，确定LTCC配套浆料和相关材料的研究方向，包括材料成分、制备工艺、性能指标等方面。
3.制备样品：根据确定的研究方向，制备LTCC配套浆料和相关材料样品。
4.性能测试：对制备的样品进行性能测试，包括物理性能、化学性能、电学性能等，以验证其是否满足市场需求。
5.优化配方：根据性能测试结果，对LTCC配套浆料和相关材料的配方进行优化，以提高产品性能。
6.中试生产：在完成配方优化后，进行中试生产，以验证生产工艺的可行性和产品的稳定性。
7.推广应用：将中试生产的产品推广到市场中，与相关企业和研究机构合作，以推动LTCC技术的广泛应用。
四、适用范围本方案适用于电子行业中的陶瓷基板制备领域，特别是那些需要高性能、高可靠性、小型化且对成本敏感的应用领域，如通信、汽车电子、航空航天等。
五、创新要点1.材料创新：通过开发新型的陶瓷粉体、有机载体和添加剂等原料，优化LTCC浆料的配方，提高产品的性能。
LTCC生产流程
LTCC生产流程
LTCC（低温多元陶瓷）是一种具有良好兼容性、耐热性、耐湿性及抗
静电性等特性的复合材料。
LTCC的制备不仅要具备特殊的粘结方式，其
加工技术也要求非常严格，目前也是复合电子组件的主要材料。
本文将从
几个方面，介绍LTCC制作的基本生产流程。
1.材料准备
LTCC的原材料主要包括：氧化铝粉、碳化硅粉和氧化硅粉。
氧化铝粉是LTCC的主要组分，可调节LTCC的硬度和变形性能；碳化
硅粉有利于改善材料的热陶瓷性能；氧化硅粉是在热处理过程中，可以提
高氧化铝的抗拉强度。
2.原料研磨和混合
在LTCC的生产过程中，需要将上述三种粉末进行混合研磨，以获得
一定细度的粉末混合料。
混合研磨后的粉末，然后加入专用有机结合剂和
溶剂，搅拌混合，以形成有一定流动性的浆料。
3.铸型
混合、研磨以后的粉末，然后浇入到模具中，经过一定的压力和温度，使其熔结及结构定型，从而获得LTCC片材。
4.热处理
热处理是LTCC片材加工的重要环节，其主要目的是调整最终材料的
硬度和性能，其可根据需要设定不同的热处理温度、时间和压力参数，以
达到魔芯要求。
5.烧结
烧结是LTCC片材的最后一个环节，其目的是再次烧结有机结合剂。
ltcc封装基板应用场景
ltcc封装基板应用场景LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic）封装基板是一种多层陶瓷封装技术，广泛应用于电子器件的封装和集成电路的制造。
LTCC封装基板具有优异的电性能、热性能和机械性能，适用于多种应用场景。
LTCC封装基板在无线通信领域有着广泛的应用。
在手机、电视和无线路由器等设备中，LTCC封装基板可以用于射频模块和天线的封装。
LTCC材料具有低介电损耗和优异的高频特性，可以实现高效的无线信号传输和射频功率放大，提高设备的性能和稳定性。
LTCC封装基板在汽车电子领域也有着重要的应用。
在汽车电子系统中，LTCC封装基板可以用于车载雷达、车载通信和车载娱乐系统的封装。
LTCC材料具有良好的热稳定性和耐高温性能，可以适应汽车工作环境中的高温和振动条件，保证系统的可靠性和稳定性。
LTCC封装基板还可以应用于医疗器械和生物传感器领域。
在医疗器械中，LTCC封装基板可以用于生物传感器、医疗监测设备和体外诊断设备的封装。
LTCC材料具有良好的生物相容性和耐腐蚀性能，可以与生物体接触而不产生不良反应。
同时，LTCC封装基板还具有优异的电性能和微加工能力，可以实现高灵敏度的生物传感和精确的医疗监测。
LTCC封装基板还可以应用于工业控制和测量领域。
在工业自动化和仪器仪表中，LTCC封装基板可以用于传感器、执行器和控制器的封装。
LTCC材料具有良好的电绝缘性和机械强度，可以抵抗工业环境中的高温、高压和腐蚀。
同时，LTCC封装基板的多层结构和高集成度，可以实现复杂的电路设计和高精度的测量控制。
总的来说，LTCC封装基板具有广泛的应用场景。
无论是无线通信、汽车电子、医疗器械还是工业控制，LTCC封装基板都可以发挥其优异的电性能、热性能和机械性能，满足不同领域的需求。
随着电子技术的不断发展和应用的不断拓展，LTCC封装基板将会在更多的领域发挥重要作用，推动技术的进步和产业的发展。
LTCC生产方案工艺和概述部分
LTCC生产方案工艺和概述部分低温共烧陶瓷（LTCC）是一种广泛应用于微波电子器件、传感器、微机械器件等领域的封装材料。
它具有优良的性能，如低介电常数、低介电损耗、良好的热稳定性和机械强度，适用于高频和高温环境。
LTCC制造工艺繁琐复杂，需要多道工艺步骤，包括浆料制备、模具成型、干燥、烧结、金属化、焊接等。
本文将介绍LTCC生产的工艺流程和概述。
1.浆料制备：首先是浆料的制备。
浆料是LTCC制造的基础材料，主要由陶瓷粉体、有机胶体、溶剂和助剂等组成。
浆料的质量直接影响最终产品的性能。
在浆料制备过程中，需要注意材料的比例和混合均匀度。
通常通过搅拌、过滤和分散等工艺来制备高质量的浆料。
2.模具成型：制备好的浆料通过印刷或注塑等方式注入到模具中，经过压制和成型，形成具有特定结构和尺寸的LTCC坯料。
模具成型是LTCC 生产的关键步骤，影响产品的形状和尺寸精度。
3.干燥：成型后的LTCC坯料需要进行干燥，去除水分和有机物。
干燥的温度和时间要根据材料的性质和厚度进行控制，以避免裂纹和变形。
4.烧结：干燥后的LTCC坯料需要进行烧结，使其形成致密的陶瓷结构。
烧结温度通常在1000℃以上，持续时间较长。
烧结是LTCC生产的关键工艺步骤，直接影响产品的性能和稳定性。
5.金属化：烧结后的LTCC产品需要进行金属化处理，通常是在表面镀覆导电金属，如金、银、铜等。
金属化可以提高产品的导电性能和焊接性能。
6.焊接：最后一步是进行焊接。
LTCC制品可以通过焊接与其他元器件连接，如集成电路、电阻器、电容器等。
焊接工艺需要选择合适的焊料和温度，以确保良好的连接质量。
总的来说，LTCC生产工艺是一项复杂而精细的制造过程，需要多道工艺步骤的精心控制和协调。
通过优化工艺参数和技术手段，可以提高产品的质量和稳定性，满足不同领域的需求。
未来，随着微电子技术的不断发展和应用领域的扩大，LTCC封装技术将会得到更广泛的应用。
通过不断改进工艺流程和材料性能，LTCC将会成为更多领域的重要封装材料，推动微波电子器件、传感器、微机械器件等领域的发展。
CaO—B2O3-SiO2微晶玻璃LTCC基板的烧结性能研究
CaO—B2O3SiO2微晶玻璃LTCC基板的烧结性能研究在当今电子技术快速发展的时代，LTCC（低温共烧陶瓷）基板作为电子元器件的关键载体，其性能直接影响到电子产品的性能和可靠性。
LTCC基板主要由陶瓷和玻璃组成，其中玻璃相的烧结性能对于基板的微观结构和宏观性能有着重要影响。
本研究以CaO—B2O3SiO2微晶玻璃为对象，探讨了其在LTCC基板中的应用及其烧结性能。
一、引言CaO—B2O3SiO2微晶玻璃作为一种新型玻璃材料，具有优异的机械性能、热稳定性和电学性能，在电子、光学等领域具有广泛的应用前景。
将CaO—B2O3SiO2微晶玻璃应用于LTCC基板，有望提高基板的性能，满足电子产品对高性能、高可靠性基板的需求。
二、实验部分1. 材料制备本研究采用高温熔融法制备CaO—B2O3SiO2微晶玻璃，通过调整CaO、B2O3和SiO2的比例，制备出不同成分的微晶玻璃样品。
将制备的微晶玻璃与陶瓷粉料混合，经过球磨、烘干、造粒等工艺，制备出LTCC基板生坯。
2. 烧结性能测试将制备的LTCC基板生坯在一定的烧结温度和保温时间下进行烧结，采用热重分析仪（TGA）和差示扫描量热仪（DSC）对烧结过程中的热行为进行分析。
同时，采用X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对烧结后的基板微观结构进行表征。
3. 性能测试对烧结后的LTCC基板进行性能测试，包括热膨胀系数、抗弯强度、介电常数等，以评估CaO—B2O3SiO2微晶玻璃对LTCC基板性能的影响。
三、结果与讨论1. 烧结行为分析通过TGA和DSC分析，发现CaO—B2O3SiO2微晶玻璃在烧结过程中存在明显的熔融和结晶过程。
调整烧结温度和保温时间，可以优化微晶玻璃的烧结性能。
2. 微观结构分析XRD和SEM分析结果表明，CaO—B2O3SiO2微晶玻璃在烧结过程中形成了均匀的微晶结构，有利于提高LTCC基板的机械性能和热稳定性。
3. 性能测试结果性能测试结果表明，CaO—B2O3SiO2微晶玻璃的应用显著提高了LTCC基板的热膨胀系数、抗弯强度和介电常数等性能，满足了电子产品对高性能、高可靠性基板的需求。
什么是LTCC
什么是LTCC?LTCC英文全称Low temperature cofired ceramic，低温共烧陶瓷技术。
低温共烧陶瓷技术（LTCC:low temperature cofired ceramic）是一种将未烧结的流延陶瓷材料叠层在一起而制成的多层电路，内有印制互联导体、元件和电路，并将该结构烧结成一个集成式陶瓷多层材料。
LTTC利用常规的厚膜介质材料流延，而不是丝网印制介质浆料。
生瓷带切成大小合适的尺寸，打出对准孔和内腔，互连通孔采用激光打孔或者机械钻孔形成。
将导体连同所需要的电阻器、电容器和电感器网印或者光刻到各层陶瓷片上。
然后各层陶瓷片对准、叠层并在850摄氏度下共烧。
利用现有的厚膜电路生产技术装配基板和进行表面安装。
设计传输零点是因目前有很多无线系统的应用，而每个系统所使用的频带非常接近，很容易造成彼此间的干扰，因此可借助于设计传输零点来降低系统之间的干扰。
该电路可以合成出大电容与小电感。
Cs约为PF量级，Ls约为0．1 nH量级，因此较适合用于低温共烧陶瓷基板。
随着微电子信息技术的迅猛发展,电子整机在小型化、便携式、多功能、数字化及高可靠性、高性能方面的需求,对元器件的小型化、集成化以至模块化要求愈来愈迫切。
有人曾夸张地预言,以后的电子工业将简化为装配工业——把各种功能模块组装在一起即可。
低温共烧陶瓷技术（low temperature cofired ceramic LTCC）是近年来兴起的一种相当令人瞩目的多学科交叉的整合组件技术,以其优异的电子、机械、热力特性已成为未来电子元件集成化、模组化的首选方式,广泛用于基板、封装及微波器件等领域。
TEK的调查资料显示,2004～2007年间全球LTCC市场产值呈现快速成长趋势。
表1给出过去几年全球LTCC市场产值增长情况。
LTCC技术最早由美国开始发展,初期应用于军用产品,后来欧洲厂商将其引入车用市场,而后再由日本厂商将其应用于资讯产品中。
高抗弯强度微波介电ltcc基板材料的研究
㊀收稿日期:2019-12-09㊀㊀㊀通信作者:李在映作者简介:李在映(1984-),男,四川苍溪人,工程师,主要从事LTCC 材料及器件工艺研究㊂第39卷㊀第1期2020年1月电子元件与材料ELECTRONIC ㊀COMPONENTS ㊀AND ㊀MATERIALSVol .39No .1Jan .2020高抗弯强度微波介电LTCC 基板材料的研究李在映1,李㊀强2,鄢㊀健1,田茂林1,聂㊀瑞1(1.成都宏科电子科技有限公司,四川成都㊀610100;2.中国空间技术研究院中国航天宇航元器件工程中心,北京㊀100094)㊀㊀摘要:为了适应基板高载荷㊁高可靠的要求,制备了一种适用于LTCC 应用的高抗弯强度微波介电陶瓷材料㊂该陶瓷材料由Ca -Mg -Zr -Zn -B -Si 微晶玻璃和氧化铝构成㊂采用差热热重同步分析仪㊁扫描电镜㊁X 射线衍射分析仪㊁带谐振腔夹具的矢量网络分析仪和三点抗弯测试仪研究了陶瓷材料的烧结性能㊁微观结构㊁抗弯强度和介电性能㊂860ħ烧结15min 获得陶瓷具有最佳致密度,其抗弯强度大于400MPa ,1.9GHz 频率时εr =8.12,tan δ=0.0028;15GHz 频率时εr =7.96,tan δ=0.0031㊂该陶瓷与金㊁银电极共烧匹配良好,适用于制备LTCC 基板㊂关键词:LTCC ;介电性能;抗弯强度;基板DOI :10.14106/j .cnki .1001-2028.2020.01.016中图分类号:TB 34㊀㊀㊀文献标识码:A ㊀㊀㊀文章编号:1001-2028(2020)01-086-04Investigation of microwave dielectric ceramics with high flexuralstrength for LTCC substrate applicationLI Zaiying 1,LI Qiang 2,YAN Jian 1,TIAN Maolin 1,NIE Rui 1(1.Chengdu Hongke Electronics Technology Co.,Ltd,Chengdu㊀610100,China;2.China Aerospace Components Engineering Center,China Academy of Space Technology,Beijing㊀100094,China)㊀㊀Abstract :In order to meet the requirements of high load ability and high reliability of substrates ,a microwave dielectric ceramic with high bending strength for low -temperature co -fired ceramics (LTCC )application was prepared.The ceramic is composed of Al 2O 3and Ca -Mg -Zr -Zn -B -Si glass.The sintering behavior ,microstructure ,bending strength ,and dielectricproperties of the materials were analyzed using thermogravimetry and differential scanning calorimeter ,scanning electron microscope ,X -ray diffraction analyzer ,vector network analyzer with dielectric resonators ,and three -point bending tester.The ceramic sintered at 860ħfor 15min has a maximum density and great bending strength more than 400MPa ,and shows microwave dielectric properties of εr =8.12,tan δ=0.0028at 1.9GHz and εr =7.96,tan δ=0.0031at 15GHz.The ceramic is compatible with Au or Agelectrode and can be promising candidate for LTCC substrate application.Key words :LTCC ;dielectric properties ;bending strength ;substrate㊀㊀随着航天器及卫星载荷对电子设备的体积与质量的要求提高,对新材料及新工艺的需求愈发迫切㊂低温共烧陶瓷(Low Temperature Co -fired Ceramics ,LTCC )基板材料作为MCM 多芯片微组装工艺的首选材料,对于减小航天器载荷的体积与质量,适应空间极端环境具有重要意义㊂因此,LTCC 材料除要求良好电性能外,良好的机械性能对提升LTCC 基板载荷能力和可靠性也是至关重要的[1-3]㊂Kawai 等[4]提出,在LTCC 材料中增加玻璃粉中析出晶相的数量和减少残余玻璃相的数量,或在微观结构中引入各向异性晶相,各向异性晶相通过裂纹偏转和改变裂纹扩展方向可提高抗弯强度㊂然而,LTCC 材料需要兼顾其他性能和应用工艺,单纯引入各向异性晶相或者减少残余玻璃相将导致其他性能恶化和应用受限;Kim 等[5-6]也针对LTCC 材料的抗弯强度进行实验和分析,但所制备材料的抗弯强度仅为167MPa ㊂经过多年的研究,Murata 和Kyocera 等厂商相继开发出LTCC 基板封装用高抗弯强度材料,并应用于高可靠领域,在材料开发和产品质量等方面均具有领先优势㊂目前,国内对第39卷㊀第1期87㊀LTCC基板材料展开了一些研究[7-10],但关于高抗弯强度LTCC材料的研究尚处于空白状态㊂CaO-B2O3-SiO2微晶玻璃是已知具有良好微波介电性能的LTCC基板材料,但其抗弯强度低于200MPa㊂氧化铝具有较高的抗弯强度和良好的微波介电性能,但烧结温度高于1350ħ㊂本文选用氧化铝为填料,选用MgO㊁ZnO㊁ZrO2部分取代CaO-B2O3-SiO2微晶玻璃中的CaO,以微晶玻璃作为低温相,以获得一种高抗弯强度微波介电LTCC 基板材料,并研究其烧结特性㊁介电性能㊁抗弯强度㊁热导率及与电极浆料Ag㊁Au的匹配性㊂1㊀实验按质量分数25%~35%CaO,2%~6%MgO㊁4%~8%ZnO㊁5%~10%ZrO2㊁19%B2O3㊁34%SiO2分别称取碳酸钙(CaCO3)㊁硼酸(H3BO3)㊁碳酸镁(MgCO3)㊁氧化锆(ZrO2)㊁氧化锌(ZnO)㊁二氧化硅(SiO2),以上原料均为分析纯㊂将原料球磨混合均匀后装入铂金坩埚,在1450ħ保温60min熔融,倒入去离子水中冷淬成玻璃渣,然后采用气流磨将玻璃渣粉碎成D50为2~4μm的玻璃粉备用㊂称取1260g玻璃粉㊁1740g氧化铝粉(原晶粒度为2μm,采用质量分数0.5%Co2O3改性)㊁3000g乙醇㊁40g分散剂㊁12000g氧化锆球进行球磨,通过球磨时间来控制瓷浆料中瓷料粒径D50在1.5~ 2.0μm范围内,然后加入1100g质量分数为15%的聚乙烯醇缩丁醛(polyvinyl butyral,PVB)乙醇溶液作为粘结剂和110g的DOP作为增塑剂,继续球磨24h后采用刮刀流延制备成生瓷带㊂将生瓷带叠层㊁温等静压(等静压压强为22 MPa,温度为70ħ,保压时间为20min)制成巴块,再按照测试样品尺寸要求切块成生坯;将生坯在空气气氛中进行烧结,以2ħ/min的升温速度升至450ħ保温2h,再以5ħ/min的升温速度升至840~870ħ保温15min,最后随炉冷却得到陶瓷样品㊂采用型号为Shimadzu DTG-60的差热热重同步分析仪进行玻璃组分的热分析,升温速率为10ħ/ min,气氛为空气,温度范围为室温至900ħ㊂采用Sartorius天平及密度附件测试样品的密度㊂采用型号为SU3500的HITACHI扫描电子显微镜观察陶瓷样品的微观结构㊂陶瓷样品的相结构采用DX-2700BH型X射线衍射仪进行分析㊂采用型号为N5235B的矢量网络分析仪及分离式谐振腔夹具测试陶瓷样品的微波介电性能,测试频率为1.9GHz和15GHz,测试温度为20ħ㊂通过三点抗弯强度测试仪进行抗弯强度的检测㊂陶瓷样品的热膨胀系数(TEC)采用KY-PCY-Ⅲ膨胀仪进行测试,测试温度范围为25~300ħ㊂2㊀结果与分析2.1㊀生瓷带的DTA分析图1是生瓷带的DTA曲线㊂由图1可知,在200~400ħ(区域1)处生瓷带的差热曲线出现了明显放热峰,对应DOP和PVB的分解㊁气化过程㊂在655ħ(区域2)处曲线出现了明显的下陷(吸热峰),是玻璃粉的玻璃软化温度㊂从780ħ(区域3)开始生瓷带的差热曲线出现放热现象,表明在该温度点玻璃相开始析晶,835ħ处(区域4)为放热峰,是玻璃相的析晶峰㊂因此,在850ħ左右烧结并保温15min可获得致密的陶瓷样品㊂图1㊀生瓷带的DTA曲线Fig.1㊀Differential thermal analysis(DTA)curve of the green sheet 2.2㊀陶瓷样品的烧结特性图2为陶瓷样品密度与烧结温度的关系㊂随着烧结温度的升高,陶瓷样品的密度先增大后略微降低㊂在烧结温度为860ħ时,陶瓷样品获得最高的密度3.32g/cm3㊂因此,烧结温度860ħ时,陶瓷样品具有最高致密度㊂图3为陶瓷样品的SEM图(a㊁b㊁c㊁d分别对应烧结温度840,850,860,870ħ)㊂由图3(a)可以看出,氧化铝颗粒均匀分布,玻璃组分包裹在氧化铝颗粒表面并填充在颗粒间空隙中,但表面较粗糙,存在空洞,氧化铝颗粒间空隙填充不够;烧结温度升高至850和860ħ,如图3(b)和图3(c)所示,样品表面空隙越来越少;当烧结温度继续升高到870ħ,如图3(d)所示,瓷体表面出现圆形气孔,氧化铝颗粒 淹没 在玻璃中㊂李在映等:高抗弯强度微波介电LTCC基板材料的研究88㊀Vol .39No .1Jan .2020图2㊀陶瓷样品密度与烧结温度的关系Fig.2㊀The relationship between density and sinteringtemperature ofsamples(a)840ħ;(b)850ħ;(c)860ħ;(d)870ħ图3㊀样品的SEM 图Fig.3㊀SEM micrographs of samples该陶瓷瓷料烧结过程是典型的液相烧结㊂烧结过程中,玻璃熔融液相流动使得物质迁移㊁晶粒重排[11]㊂如图3(b ),氧化铝粉粒径约为2μm ,接近氧化铝填料原晶粒度,在烧结过程中近似单晶的氧化铝颗粒在玻璃包裹后,在氧化铝-玻璃界面发生 传质 ,生成Al 2O 3-SiO 2㊁Al 2O 3-CaO 化合物并析晶㊂氧化铝颗粒构成的骨架坍缩,与玻璃液形成均匀分散的混合体㊂在降温过程中,体积进一步收缩,瓷体致密化;在残余玻璃相中,大量的ZrO 2是良好的形核剂,加速玻璃析晶,形成晶粒细化的瓷体㊂析出细化晶粒对于陶瓷抗弯强度提升作用是显著的㊂综上,可进一步确定陶瓷材料的最佳烧结温度在850~860ħ范围㊂2.3㊀陶瓷样品的XRD 谱图4是烧结温度为850ħ的陶瓷样品的XRD 谱㊂如图4所示,在陶瓷样品的XRD 谱中并无明显的主晶相峰,主要由硅㊁钙㊁铝的化合物Al 24Si 84O 204㊁Ca 2SiO 4㊁Ca 3Al 10O 18的峰混合而成㊂通常淹没在玻璃中的纯氧化铝不呈现特征峰,同时残余玻璃相为细晶相,因此检测到的主要是氧化铝-玻璃界面传质,并晶化后的晶相㊂XRD 数据证明了氧化铝填料和微晶玻璃在烧结中发生反应,形成复杂的化合物过渡层,进而促进烧结完成,过渡化合物增强了氧化铝颗粒和微晶玻璃之间的作用力,提升了力学性能㊂图4㊀烧结温度为850ħ的陶瓷样品的XRD 谱Fig.4㊀X -ray pattern of ceramic sample with the sinteringtemperature of 850ħ2.4㊀陶瓷样品的微波介电性能表1是烧结温度为850和860ħ时获得的陶瓷样品的微波介电性能㊂由表1可知,在850~860ħ烧结的陶瓷样品具有良好的微波介电性能,当频率从1.9GHz 增大到15GHz ,介电常数和介电损耗变化较小,介电损耗均低于0.005,适用于微波器件生产㊂表1㊀烧结峰值温度为850,860ħ陶瓷材料的微波介电性能Tab .1㊀Microwave properties of ceramics sintered at 850and 860ħ烧结温度(ħ)介电常数@1.9GHz 介电损耗@1.9GHz 介电常数@15GHz 介电损耗@15GHz 8508.070.00267.910.00348608.120.00287.960.00312.5㊀陶瓷样品的抗弯强度及热膨胀系数图5是陶瓷样品的抗弯强度随烧结温度的变化曲线㊂随着烧结温度的升高,陶瓷的抗弯强度先升高后降低,烧结温度在850和860ħ时,样品的抗弯强度接近450MPa ,860ħ烧结的样品具有最大抗弯强度㊂870ħ烧结样品的抗弯强度大幅下降,这与过烧导致气孔产生有必然联系㊂由于样品制备过程中存在个体差异,样品上不可避免地随机出现李在映等:高抗弯强度微波介电LTCC 基板材料的研究第39卷㊀第1期89㊀外观缺陷问题,如微翘曲㊁裂纹和污染,测试的抗弯强度值出现分散点,本实验中以平均值作为参考㊂从烧结温度对抗弯强度的影响可以看出,瓷体的致密度和气孔率对抗弯强度有显著影响㊂图5㊀陶瓷样品的抗弯强度随烧结温度的变化Fig.5㊀The curve of bending strength with sintering temperatureof ceramic sample表2是烧结温度为860ħ时陶瓷样品的热膨胀系数㊂温度在25~180ħ范围内,热膨胀系数为5.9ˑ10-6ħ-1,随着温度升高至300ħ,热膨胀系数增加到6.1ˑ10-6ħ-1㊂整体上,在25~300ħ范围内热膨胀系数变化较稳定,与晶体硅的热膨胀系数较接近㊂表2㊀烧结温度为860ħ的陶瓷样品的热膨胀系数Tab .2㊀TCE of ceramic sample with the sintering temperature of 860ħ测试温度(ħ)热膨胀系数(10-6ħ-1)25~1805.9180~3006.12.6㊀陶瓷与电极浆料匹配性能采用自制银体系和金体系电极浆料制作某型号LTCC 基板㊂其中纯银体系基板包括内银电极层2层,通孔银电极3层,表面可焊层1层;纯金体系基板包括内电极金电极层2层,通孔金电极层3层,表面金丝键合电极层1层,在860ħ烧结15min 获得LTCC 基板样品,如图6所示㊂由图6(a )可见,该材料与银共烧后,基板无翘曲,通断良好,电镀后瓷体无异色㊂由图6(b )可见该材料与金共烧后,基板无翘曲,通断良好㊂为验证金层剥离力,选择在金层长宽大于0.8mm 的区域作为键合区,采用半自动金丝键合机键合38μm 直径的丝,测试显示拉力超过100g 情况下,基板的金层未出现脱落情况㊂3㊀结论本论文提出一种高抗弯强度的微波介电LTCC 基板材料,由在1450ħ熔融的Ca -Mg -Zr -Zn -B -Si 微晶玻璃粉和氧化铝粉构成㊂在860ħ烧结15min ,该陶瓷获得最佳致密度,抗弯强度大于400MPa ,微波介电性能:εr =8.12,tan δ=0.0028(@1.9GHz );εr =7.96,tan δ=0.0031(@15GHz ),与金浆㊁银浆共烧匹配良好㊂该材料具有良好的微波电性能和较高的抗弯强度,有效地提升电子元器件的抗冲击能力,减小电子元器件的尺寸,适用制备有载荷能力和可靠性要求的LTCC 封装基板㊂(a)与银共烧;(b)与金共烧图6㊀LTCC 基板样品Fig.6㊀LTCC substrate samples参考文献:[1]田民波.电子封装工程[M ].北京:清华大学出版社,2003.[2]田民波.高密度封装基板[M ].北京:清华大学出版社,2003.[3]干福熹.信息材料[M ].天津:天津大学出版社,2000.[4]Kawai S ,Terashi Y ,Furuse T.Development of LTCCmaterials with high mechanical strength [J ].Ceramics Japan ,2011,45(2):82-88.[5]Kim J H ,Hwang S J ,Kim H S.Design of glass -ceramic matrix by modification of microstructure for high strength LTCC application [J ].Materials Science Forum ,2007,544/545:541-544.[6]Kim J ,Hwang S J ,Sung W ,et al.Effect of anorthiteand diopside on dielectric properties of Al 2O 3/glass composite based on high strength of LTCC substrate [J ].Journal of Materials Science ,2008,43(12):4009.[7]卿振军.低膨胀系数基板材料的性能及机理研究[D ].成都:电子科技大学,2016.[8]万欢欢,张为军,刘卓峰,等.LTCC 基板材料耐酸蚀性能研究[J ].电子元件与材料,2018,37(11):61-66.[9]刘明,周洪庆,刘敏,等.LED 封装用玻璃/Al 2O 3系LTCC 基板材料的性能[J ].南京工业大学学报(自然科学版),2013,35(4):6-11.[10]龙承毅,张树人,周晓华,等.CaO -B 2O 3-SiO 2系LTCC 基板材料的制备及烧结[J ].电子元件与材料,2011,30(7):29-31.[11]温琳.玻璃/陶瓷系低温共烧材料研究[D ].武汉:华中科技大学,2007.李在映等:高抗弯强度微波介电LTCC 基板材料的研究。
ltcc材料
ltcc材料LTCC材料。
LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic）材料是一种常用的陶瓷材料，具有低温烧结、低介电损耗、优良的尺寸稳定性和优异的高频性能等特点，因此在微波、射频和无线通信领域得到广泛应用。
本文将介绍LTCC材料的基本特性、制备工艺和应用领域。
一、LTCC材料的基本特性。
1. 低温烧结特性，LTCC材料具有低烧结温度，通常在800℃以下即可完成烧结，这使得它可以与金属、热敏电阻器等低熔点材料一起烧结，为多层结构的制备提供了便利。
2. 低介电损耗，LTCC材料的介电损耗角正切值很小，一般在10^-3以下，这使得它在高频应用中具有明显的优势。
3. 尺寸稳定性，LTCC材料的线膨胀系数较小，烧结后的尺寸稳定性好，能够满足微波射频器件对尺寸精度的要求。
4. 高频性能，LTCC材料在高频下具有优异的性能，能够满足微波通信、天线、滤波器等器件的要求。
二、LTCC材料的制备工艺。
1. 材料配方，LTCC材料的主要成分包括氧化铝、氧化硅、氧化镁等，根据具体的工艺要求，可以添加玻璃粉、金属氧化物等辅助材料。
2. 成型工艺，将混合均匀的LTCC粉末与有机添加剂和溶剂混合，通过注塑、压片等工艺形成所需的坯体。
3. 烧结工艺，将成型后的坯体在氮气氛围下进行烧结，通常分为多次烧结，每次烧结温度和时间都需严格控制。
4. 金属化工艺，在LTCC基片表面通过印刷、蒸镀等工艺形成电极、导线等金属化结构。
5. 多层堆叠，将金属化的LTCC基片按设计要求进行层叠，形成多层结构。
6. 焊接封装，对多层结构进行焊接、封装，形成最终的LTCC器件。
三、LTCC材料的应用领域。
1. 微波通信，LTCC材料在微波通信领域中被广泛应用，如功分器、耦合器、滤波器等器件。
2. 射频模块，LTCC材料在射频模块中具有重要地位，如天线、功率放大器、射频开关等器件。
3. 无线通信，LTCC材料在无线通信设备中也发挥着重要作用，如WiFi模块、蓝牙模块等。
ltcc材料
ltcc材料LTCC材料。
LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic）材料是一种低温共烧陶瓷材料，具有优异的性能和广泛的应用领域。
本文将介绍LTCC材料的特性、制备工艺和应用领域。
首先，LTCC材料具有优异的介电性能和热稳定性。
由于其低介电损耗和较高的介电常数，LTCC材料被广泛应用于微波器件、射频模块和天线等领域。
同时，LTCC材料的热膨胀系数与硅基片材料相匹配，使其成为集成电路封装的理想选择。
其次，LTCC材料具有优异的机械性能和化学稳定性。
其高强度和硬度使其在高温、高压环境下依然能够保持稳定的性能。
此外，LTCC材料对酸碱等化学物质具有较好的耐蚀性，适用于化工领域的传感器、探测器等器件的制备。
LTCC材料的制备工艺主要包括材料配方、成型、烧结和后续加工。
在材料配方阶段，需要精确控制各种成分的比例，以确保材料具有稳定的性能。
在成型阶段，常采用注塑成型、压铸成型等工艺，将粉末材料成型为所需的形状。
烧结是LTCC材料制备的关键步骤，通过控制烧结温度和时间，实现材料的致密化和结晶化。
最后，经过后续的加工工艺，如切割、打孔、镀金等，得到最终的LTCC器件。
LTCC材料在微波器件、射频模块、集成电路封装、传感器等领域有着广泛的应用。
在微波器件中，LTCC材料常用于制备耦合器、滤波器、功分器等器件，其低损耗和高频率特性使其成为微波通信领域的重要材料。
在射频模块中，LTCC材料可用于制备功率放大器、混频器、隔离器等器件，满足射频通信系统对高频、高功率的需求。
此外，LTCC材料还被广泛应用于汽车电子、医疗器械、航天航空等领域，为现代科技的发展提供了重要支撑。
总之，LTCC材料具有优异的性能和广泛的应用前景，其制备工艺和应用领域不断得到拓展和深化。
随着科技的不断进步和需求的不断增长，LTCC材料必将在更多领域展现其独特的价值和潜力。
低温共烧陶瓷(LTCC)封装
摘要：低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-Fired Ceramics, LTCC ）封装能将不同种类的芯片等元器件组装集成于同一封装体内以实现系统的某些功能，是实现系统小型化、集成化、多功能化和高可靠性的重要手段。
总结了LTCC 基板所采用的封装方式，阐述了LTCC 基板的金属外壳封装、针栅阵列（ Pin Grid Array, PGA）封装、焊球阵列（Ball Grid Array,BGA ）封装、穿墙无引脚封装、四面引脚扁平（Quad Flat Package, QFP ）封装、无引脚片式载体（Leadless Chip Carrier, LCC ）封装和三维多芯片模块（Three-Dimensional MulTIchip Module, 3D-MCM ）封装技术的特点及研究现状。
分析了LTCC 基板不同类型封装中影响封装气密性和可靠性的一些关键技术因素，并对LTCC 封装技术的发展趋势进行了展望。
1 引言便携式通讯系统对电子产品的需求和对电子整机高性能的要求极大地推动着电子产品向小型化、集成化、多功能、高频化和高可靠性等方向发展，同时也带动了与之密切相关的电子封装技术的发展。
电子封装技术直接影响着电子器件和集成电路的高速传输、功耗、复杂性、可靠性和成本等，因此成为电子领域的关键技术。
在摩尔定律继续发展面临来自物理极限、经济限制等多重压力的现实下，以超越摩尔定律为目标的功能多样化成为集成电路技术发展的主要方向之一，迫使人们将整机产品性能的提高更多地转向在封装内实现多种功能集成的系统产品和封装中功能密度的提高。
电子封装按照所使用的封装材料来划分，分为金属封装、陶瓷封装和塑料封装。
金属封装气密性好，不受外界环境因素的影响，但价格昂贵，外型灵活性小，不能满足半导体器件快速发展的需要；塑料封装以环氧树脂热固性塑料应用最为广泛，具有绝缘性能好、价格低、质量轻等优点，性价比最高，但是气密性差，对湿度敏感，容易膨胀爆裂；陶瓷封装可与金属封装一样实现气密性封装，具有气密性好、绝缘性能好、热膨胀系数小、耐湿性好和热导率较高等特点，但也有烧结精度波动、工艺相对复杂、价格贵等不足。
ltcc材料
ltcc材料LTCC材料。
LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic）是一种低温共烧陶瓷材料，它具有优异的性能和广泛的应用。
LTCC材料由陶瓷粉末和有机粘结剂混合而成，然后在低温下共烧而成。
这种材料在微波、射频和高频电子器件中得到了广泛的应用，同时也被用于传感器、天线、滤波器和其他无源器件的制造。
LTCC材料具有许多优异的性能，首先是其优异的介电性能。
由于LTCC材料的低损耗和低介电常数，使得它在微波和射频器件中具有很好的性能。
其次，LTCC材料的热膨胀系数与硅和镍铁合金非常接近，这使得它在制造多层封装器件时能够有效地减少热应力。
此外，LTCC材料的加工性能也非常好，可以通过压铸、模压和厚膜印刷等工艺制备出复杂的结构和精密的器件。
在微波和射频器件中，LTCC材料通常被用于制造滤波器、耦合器、功分器、混频器等器件。
其低损耗和低介电常数使得LTCC材料在微波传输中能够减少信号的衰减和色散，从而提高了器件的性能。
同时，LTCC材料的加工性能也使得器件的制造变得更加简单和精确。
除了在微波和射频器件中的应用，LTCC材料还被广泛应用于传感器和天线的制造。
由于其优异的介电性能和加工性能，LTCC材料可以制备出高灵敏度和高性能的传感器，例如压力传感器、温度传感器和气体传感器等。
同时，LTCC材料也被用于制造天线，其优异的微波性能使得LTCC天线在通信系统中具有重要的应用价值。
总的来说，LTCC材料具有优异的性能和广泛的应用前景。
在微波、射频和高频电子器件中，LTCC材料能够提高器件的性能和可靠性；在传感器和天线领域，LTCC材料能够制造出高性能的器件。
随着科技的不断发展，LTCC材料的应用前景将会更加广阔，为电子器件和传感器领域的发展提供更多可能性。
LTCC技术综述11LTCC概述111LTCC性能特点低温共烧
第一部分LTCC技术综述1.1 LTCC概述1.1.1 LTCC性能特点低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramics，LTCC）是1982年由美国休斯公司开发的新型材料技术。
它采用低温烧结陶瓷粉料（800℃～900℃），根据预先设计的结构，通过流延工艺将陶瓷浆料制成厚度精确且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺形成金属化布线和通孔金属化制成所需要的电路图形，然后将电极材料（Au、Ag、Ag/Pd和Cu)、基板、电子器件（如低容值电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等）等叠片后，在1000℃以下一次性烧成多层互连三维电路基板，在其表面可以贴装IC 和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。
是一种用于实现高集成度、高性能的电子封装技术[1-4]。
传统基板材料如Al2O3、SiC等和高温烧结陶瓷HTCC烧结技术，不仅烧结温度高（>1500℃，只能与高熔点、高电阻的金属Mo、W等共烧），而且不利于降低生产成本。
而低温共烧陶瓷LTCC技术，其低烧结温度可使金属良导体Cu、Ag等同生坯片共烧，提高厚膜电路的导电性能[5]。
因LTCC多层基板技术，能将部分无源元件集成到基板中，有利于系统的小型化，提高了电路的组装密度和系统的可靠性。
与其它集成技术相比，LTCC具有以下几个特点：（1）多层互连，提高了模块可靠性，减少了体积；内埋无源元件，提高电路的组装密度；一次烧结成型，印制精度高，多层基板生瓷带可进行逐步检查，有利于生产效率提高，降低成本，适应批量生产。
（2）LTCC基板材料，介电常数较小（一般ε≤10），有非常优良的高频特性。
（3）适应大电流及耐高温要求，比普通PCB电路基板具有优良的热传导性。
（4）具有较好的温度特性，如较小的热膨胀系数（CTE），较小的共振频率温度系数(η)，是多芯片组装MCM首选多层基板，可以制做多达几十层电路基板。
LTCC基板材料
图1 LTCC生产流程图2-2 HTCC (High-Temperature Co-fired Ceramic)HTCC又称为高温共烧多层陶瓷，生产制造过程与LTCC极为相似，主要的差异点在于HTCC 的陶瓷粉末并无加入玻璃材质，因此，HTCC的必须再高温1300~1600℃环境下干燥硬化成生胚，接着同样钻上导通孔，以网版印刷技术填孔与印制线路，因其共烧温度较高，使得金属导体材料的选择受限，其主要的材料为熔点较高但导电性却较差的钨、钼、锰…等金属，最后再叠层烧结成型。
2-3 DBC (Direct Bonded Copper)DBC直接接合铜基板，将高绝缘性的Al2O3或AlN陶瓷基板的单面或双面覆上铜金属后，经由高温1065~1085℃的环境加热，使铜金属因高温氧化、扩散与Al2O3材质产生(Eutectic) 共晶熔体，使铜金与陶瓷基板黏合，形成陶瓷复合金属基板，最后依据线路设计，以蚀刻方式备制线路，DBC制造流程图如下图2。
图2 DBC 制造流程图2-4 DPC (Direct Plate Copper)DPC亦称为直接镀铜基板，以瑷司柏DPC基板工艺为例：首先将陶瓷基板做前处理清洁，利用薄膜专业制造技术－真空镀膜方式于陶瓷基板上溅镀结合于铜金属复合层，接着以黄光微影之光阻被覆曝光、显影、蚀刻、去膜工艺完成线路制作，最后再以电镀/化学镀沉积方式增加线路的厚度，待光阻移除后即完成金属化线路制作，详细DPC生产流程图如下图3。
图3 DPC 制造流程图3、陶瓷散热基板特性在瞭解陶瓷散热基板的制造方法后，接下来将近一步的探讨各个散热基板的特性具有哪些差异，而各项特性又分别代表了什么样的意义，为何会影响了散热基板在应用时必须作为考量的重点。
以下表一陶瓷散热基板特性比较中，本文取了散热基板的：(1)热传导率、 (2)工艺温度、(3)线路制作方法、(4)线径宽度，四项特性作进一步的讨论：表一、陶瓷散热基板特性比较3-1热传导率热传导率又称为热导率，它代表了基板材料本身直接传导热能的一种能力，数值愈高代表其散热能力愈好。
一种LTCC基板及其制备方法[发明专利]
![一种LTCC基板及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/db51c8b977232f60dccca124.png)
专利名称：一种LTCC基板及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：陈涛,黄国洪,王岩,黄昆,沓世我,付振晓,刘芸申请号：CN201910155188.X
申请日：20190301
公开号：CN109775993A
公开日：
20190521
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种LTCC基板及其制备方法，尤其涉及一种介电常数可调的LTCC基板及其制备方法。
本发明LTCC基板包括下述组分：玻璃、SiO和AlO，所述SiO在LTCC基板中的重量百分比为10％～25％。
本发明通过在LTCC基板中添加SiO，使LTCC基板的气孔率、介电常数和介电损耗有效降低，同时在一定程度上提高LTCC基板的弯曲强度。
本发明通过调节玻璃、SiO及AlO三者比例，所得LTCC基板介电常数可在4.3‑6.0之间调节，介电损耗低至0.2％；在满足LTCC基板低介电、低损耗特性的同时，保证了烧结基板的致密性及强度。
申请人：广东风华高新科技股份有限公司
地址：526000 广东省肇庆市风华路18号风华电子工业城
国籍：CN
代理机构：广州三环专利商标代理有限公司
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LTCC基板砂轮划片工艺研究
LTCC基板砂轮划片工艺研究近年来，随着电子设备的发展，对于电子元器件的集成度和性能要求越来越高。
LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic）基板作为一种重要的电子封装基板材料，具有优异的性能和广泛的应用前景。
其中，砂轮划片技术在LTCC基板制备过程中起到了至关重要的作用。
本文旨在对LTCC基板砂轮划片工艺进行研究，并提出相应的改进措施。
首先，介绍LTCC基板划片工艺的基本流程。
LTCC基板划片工艺主要包括三个步骤：基板切割、砂轮选择和划片加工。
在基板切割阶段，首先将整个LTCC基板切割成合适大小的小片；然后，在砂轮选择阶段，根据需要选择合适的砂轮，并进行适当的修整；最后，在划片加工阶段，将切割好的基板小片加工成所需的形状和尺寸。
其次，探讨LTCC基板划片工艺存在的问题。
在实际操作中，LTCC基板划片过程中存在一些问题，例如砂轮磨损严重、加工精度低等。
这些问题影响了划片工艺的稳定性和效率。
针对以上问题，提出相应的改进措施。
首先，改善砂轮磨损严重问题。
可以通过调整切割速度、刀具切削角度等方式，减少砂轮的磨损。
其次，提高加工精度。
可以通过优化切割参数，如提高切割速度、降低进给速度等，来提高划片的精度和表面质量。
此外，还可以使用更高精度的加工设备和工艺，如激光切割等，来提高划片加工的精度和效率。
最后，总结LTCC基板砂轮划片工艺的研究。
LTCC基板砂轮划片工艺是LTCC基板制备过程中不可或缺的关键环节。
对于砂轮的选择、划片加工参数的优化以及加工设备的选择等方面的研究，可以提高LTCC基板划片工艺的稳定性和效率，从而满足电子设备对LTCC基板的要求。
综上所述，LTCC基板砂轮划片工艺研究是非常重要的一项工作。
通过对划片工艺的改进和优化，可以提高LTCC基板的加工精度和表面质量，满足电子设备对于高性能基板的需求，推动电子封装技术的发展。
LTCC中玻璃陶瓷复合基板材料的热性能研究的开题报告
LTCC中玻璃陶瓷复合基板材料的热性能研究的开题报告一、研究背景与意义随着现代电子技术的发展，电子元器件的集成度不断提高，对电路板材料的能力也提出了更高的要求。
玻璃陶瓷复合基板材料（LTCC）由于其优异的性能，已经成为电子元器件的制造中不可或缺的材料之一。
然而，LTCC在使用过程中需要承受不同的温度影响，而材料的热性能会直接影响到其稳定性、可靠性和寿命。
因此，深入研究LTCC材料的热性能，对于提高电子元器件的可靠性及其应用领域具有重要意义。
二、研究内容与目标本研究拟采用实验方法，对不同的LTCC样品进行热性能测试，包括热导率、热膨胀系数、热容等。
通过分析实验数据，探究LTCC材料的热性能规律及其与材料结构、成分等的关系，为后续提供材料改进及应用研究提供参考。
同时，结合实验得到的数据，建立基于有限元分析模型的数值模拟，进一步验证LTCC材料的热性能模型，并探究热性能与材料应力、应变等的关系。
三、研究方法与步骤1.采集不同厂家、品种的LTCC样品，制备符合要求的试件；2.利用热工分析仪、热差示扫描仪等设备对试件进行热性能测试；3.根据实验数据，开展数据分析和处理工作，探究其规律和特性；4.设计LTCC材料的热性能数值模拟模型，并进行仿真计算；5.结合实验数据和模拟结果，分析LTCC材料的热性能特点及其与结构、成分等的关系。
四、论文结构安排第一章绪论1.1 研究背景1.2 研究现状及存在的问题1.3 研究意义与目标第二章 LTCC材料的热性能测试2.1 LTCC试件的制备2.2 热导率测试方法2.3 热容测试方法2.4 热膨胀系数测试方法第三章 LTCC材料的热性能规律分析3.1 热导率测试结果分析3.2 热容测试结果分析3.3 热膨胀系数测试结果分析第四章 LTCC材料的热性能数值模拟4.1 建立LTCC材料的热性能数值模拟模型4.2 模型的验证与分析第五章 LTCC材料的热性能与应力、应变关系分析5.1 热应力分析5.2 热应变分析5.3 结果分析与讨论第六章总结与展望6.1 研究成果与结论6.2 研究不足与展望附录：实验数据表格、图表、模型代码、热学参考文献等。
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1、陶瓷基板现阶段较普遍的陶瓷散热基板种类共有LTCC、HTCC、DBC、DPC四种，其中HTCC属于较早期发展之技术，但由于其较高的工艺温度(1300~1600℃)，使其电极材料的选择受限，且制作成本相当昂贵，这些因素促使LTCC的发展，LTCC虽然将共烧温度降至约850℃，但其尺寸精确度、产品强度等技术上的问题尚待突破。
而DBC与DPC则为近几年才开发成熟，且能量产化的专业技术，但对于许多人来说，此两项专业的工艺技术仍然很陌生，甚至可能将两者误解为同样的工艺。
DBC乃利用高温加热将Al2O3与Cu板结合，其技术瓶颈在于不易解决Al2O3与Cu板间微气孔产生之问题，这使得该产品的量产能量与良率受到较大的挑战，而DPC技术则是利用直接披覆技术，将Cu沉积于Al2O3基板之上，其工艺结合材料与薄膜工艺技术，其产品为近年最普遍使用的陶瓷散热基板。
然而其材料控制与工艺技术整合能力要求较高，这使得跨入DPC产业并能稳定生产的技术门槛相对较高。
2、现阶段LED散热情况LED 散热技术随着高功率LED产品的应用发展，已成为各家业者相继寻求解决的议题，而LED散热基板的选择亦随着LED之线路设计、尺寸、发光效率…等条件的不同有设计上的差异，以目前市面上最常见的可区分为(一)系统电路板，其主要是作为LED最后将热能传导到大气中、散热鳍片或外壳的散热系统，而列为系统电路板的种类包括：铝基板(MCPCB)、印刷电路板(PCB)以及软式印刷电路板(FPC)。
(二)LED芯片基板，是属于LED芯片与系统电路板两者之间热能导出的媒介，并藉由共晶或覆晶与LED芯片结合。
为确保LED的散热稳定与LED芯片的发光效率，近期许多以陶瓷材料作为高功率LED散热基板之应用，其种类主要包含有：低温共烧多层陶瓷(LTCC)、高温共烧多层陶瓷(HTCC)、直接接合铜基板(DBC)、直接镀铜基板(DPC)四种，以下本文将针对陶瓷LED芯片基板的种类做深入的探讨。
3.对四种陶瓷散热基板的生产流程做进一步的说明，进而更加瞭解四种陶瓷散热基板制造过程的差异。
2-1 LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic)LTCC 又称为低温共烧多层陶瓷基板，此技术须先将无机的氧化铝粉与约30%~50%的玻璃材料加上有机黏结剂，使其混合均匀成为泥状的浆料，接着利用刮刀把浆料刮成片状，再经由一道干燥过程将片状浆料形成一片片薄薄的生胚，然后依各层的设计钻导通孔，作为各层讯号的传递，LTCC内部线路则运用网版印刷技术，分别于生胚上做填孔及印制线路，内外电极则可分别使用银、铜、金等金属，最后将各层做叠层动作，放置于850~900℃的烧结炉中烧结成型，即可完成。
详细制造过程如图1 LTCC生产流程图。
图1 LTCC生产流程图2-2 HTCC (High-Temperature Co-fired Ceramic)HTCC又称为高温共烧多层陶瓷，生产制造过程与LTCC极为相似，主要的差异点在于HTCC 的陶瓷粉末并无加入玻璃材质，因此，HTCC的必须再高温1300~1600℃环境下干燥硬化成生胚，接着同样钻上导通孔，以网版印刷技术填孔与印制线路，因其共烧温度较高，使得金属导体材料的选择受限，其主要的材料为熔点较高但导电性却较差的钨、钼、锰…等金属，最后再叠层烧结成型。
2-3 DBC (Direct Bonded Copper)DBC直接接合铜基板，将高绝缘性的Al2O3或AlN陶瓷基板的单面或双面覆上铜金属后，经由高温1065~1085℃的环境加热，使铜金属因高温氧化、扩散与Al2O3材质产生(Eutectic) 共晶熔体，使铜金与陶瓷基板黏合，形成陶瓷复合金属基板，最后依据线路设计，以蚀刻方式备制线路，DBC制造流程图如下图2。
图2 DBC 制造流程图2-4 DPC (Direct Plate Copper)DPC亦称为直接镀铜基板，以瑷司柏DPC基板工艺为例：首先将陶瓷基板做前处理清洁，利用薄膜专业制造技术－真空镀膜方式于陶瓷基板上溅镀结合于铜金属复合层，接着以黄光微影之光阻被覆曝光、显影、蚀刻、去膜工艺完成线路制作，最后再以电镀/化学镀沉积方式增加线路的厚度，待光阻移除后即完成金属化线路制作，详细DPC生产流程图如下图3。
图3 DPC 制造流程图3、陶瓷散热基板特性在瞭解陶瓷散热基板的制造方法后，接下来将近一步的探讨各个散热基板的特性具有哪些差异，而各项特性又分别代表了什么样的意义，为何会影响了散热基板在应用时必须作为考量的重点。
以下表一陶瓷散热基板特性比较中，本文取了散热基板的：(1)热传导率、 (2)工艺温度、(3)线路制作方法、(4)线径宽度，四项特性作进一步的讨论：表一、陶瓷散热基板特性比较3-1热传导率热传导率又称为热导率，它代表了基板材料本身直接传导热能的一种能力，数值愈高代表其散热能力愈好。
LED散热基板最主要的作用就是在于，如何有效的将热能从LED芯片传导到系统散热，以降低LED 芯片的温度，增加发光效率与延长LED寿命，因此，散热基板热传导效果的优劣就成为业界在选用散热基板时，重要的评估项目之一。
检视表一，由四种陶瓷散热基板的比较可明看出，虽然Al2O3材料之热传导率约在20~24之间，LTCC为降低其烧结温度而添加了30%~50%的玻璃材料，使其热传导率降至2~3W/mK左右；而HTCC因其普遍共烧温度略低于纯Al2O3基板之烧结温度，而使其因材料密度较低使得热传导系数低Al2O3基板约在16~17W/mK之间。
一般来说，LTCC与HTCC散热效果并不如DBC与DPC散热基板里想。
3-2 操作环境温度操作环境温度，主要是指产品在生产过程中，使用到最高工艺温度，而以一生产工艺而言，所使用的温度愈高，相对的制造成本也愈高，且良率不易掌控。
HTCC工艺本身即因为陶瓷粉末材料成份的不同，其工艺温度约在1300~1600℃之间，而LTCC/DBC的工艺温度亦约在850~1000℃之间。
此外，HTCC与LTCC在工艺后对必须叠层后再烧结成型，使得各层会有收缩比例问题，为解决此问题相关业者也在努力寻求解决方案中。
另一方面，DBC对工艺温度精准度要求十分严苛，必须于温度极度稳定的1065~1085℃温度范围下，才能使铜层熔炼为共晶熔体，与陶瓷基板紧密结合，若生产工艺的温度不够稳定，势必会造成良率偏低的现象。
而在工艺温度与裕度的考量，DPC的工艺温度仅需250~350℃左右的温度即可完成散热基板的制作，完全避免了高温对于材料所造成的破坏或尺寸变异的现象，也排除了制造成本费用高的问题。
5.jpg(44.83 KB, 下载次数: 1)006.jpg(55.12 KB, 下载次数: 1)3-3工艺能力在表一中的工艺能力，主要是表示各种散热基板的金属线路是以何种工艺技术完成，由于线路制造/成型的方法直接影响了线路精准度、表面粗糙镀、对位精准度…等特性，因此在高功率小尺寸的精细线路需求下，工艺解析度便成了必须要考虑的重要项目之一。
LTCC与HTCC均是采用厚膜印刷技术完成线路制作，厚膜印刷本身即受限于网版张力问题，一般而言，其线路表面较为粗糙，且容易造成有对位不精准与累进公差过大等现象。
此外，多层陶瓷叠压烧结工艺，还有收缩比例的问题需要考量，这使得其工艺解析度较为受限。
而DBC 虽以微影工艺备制金属线路，但因其工艺能力限制，金属铜厚的下限约在150~300um之间，这使得其金属线路的解析度上限亦仅为150~300um之间(以深宽比1:1为标准)。
而DPC则是采用的薄膜工艺制作，利用了真空镀膜、黄光微影工艺制作线路，使基板上的线路能够更加精确，表面平整度高，再利用电镀/电化学镀沉积方式增加线路的厚度，DPC金属线路厚度可依产品实际需求(金属厚度与线路解析度)而设计。
一般而言，DPC金属线路的解析度在金属线路深宽比为1:1的原则下约在10~50um之间。
因此，DPC杜绝了LTCC/HTCC的烧结收缩比例及厚膜工艺的网版张网问题。
下表二即为厚膜与薄膜工艺产品的差异做简单的比较。
表二、薄膜与厚膜工艺产品之差异分析Source：瑷司柏电子-LED散热基板之厚膜与薄膜工艺差异分析4、陶瓷散热基板之应用陶瓷散热基板会因应需求及应用上的不同，外型亦有所差别。
另一方面，各种陶瓷基板也可依产品制造方法的不同，作出基本的区分。
LTCC散热基板在LED产品的应用上，大多以大尺寸高功率以及小尺寸低功率产品为主，基本上外观大多呈现凹杯状，且依客户端的需求可制作出有导线架& 没有导线架两种散热基板，凹杯形状主要是针对封装工艺采用较简易的点胶方式封装成型所设计，并利用凹杯边缘作为光线反射的路径，但LTCC本身即受限于工艺因素，使得产品难以备制成小尺寸，再者，采用了厚膜制作线路，使得线路精准度不足以符合高功率小尺寸的LED产品。
而与LTCC工艺与外观相似的HTCC，在LED散热基板这一块，尚未被普遍的使用，主要是因为HTCC采用1300~1600℃高温干燥硬化，使生产成本的增加，相对的HTCC基板费用也高，因此对极力朝低成本趋向迈进LED产业而言，面临了较严苛的考验HTCC。
另一方面，DBC与DPC则与LTCC/HTCC不仅有外观上的差异，连LED产品封装方式亦有所不同，DBC/DPC均是属于平面式的散热基板，而平面式散热基板可依客制化备制金属线路加工，再根据客户需求切割成小尺寸产品，辅以共晶/覆晶工艺，结合已非常纯熟的萤光粉涂布技术及高阶封装工艺技术铸膜成型，可大幅的提升LED的发光效率。
然而，DBC 产品因受工艺能力限制，使得线路解析度上限仅为150~300um，若要特别制作细线路产品，必须采用研磨方式加工，以降低铜层厚度，但却造成表面平整度不易控制与增加额外成本等问题，使得DBC产品不易于共晶/覆晶工艺高线路精准度与高平整度的要求之应用。
DPC 利用薄膜微影工艺备制金属线路加工，具备了线路高精准度与高表面平整度的的特性，非常适用于覆晶/共晶接合方式的工艺，能够大幅减少LED产品的导线截面积，进而提升散热的效率。
各种陶瓷散热基板之范例图片与其应用范围如下表三。
表三、陶瓷散热基板之应用范围5、结论经上述各陶瓷基板之生产流程、特性比较、以及应用范围说明后，可明确的比较出个别的差异性。
其中，LTCC散热基板在LED产业中已经被广泛的使用，但LTCC为了降低烧结温度，于材料中加入了玻璃材料，使整体的热传导率降低至2~3W/mK之间，比其他陶瓷基板都还要低。
再者，LTCC使用网印方式印制线路，使线路本身具有线径宽度不够精细、以及网版张网问题，导致线路精准度不足、表面平整度不佳等现象，加上多层叠压烧结又有基板收缩比例的问题要考量，并不符合高功率小尺寸的需求，因此在LED产业的应用目前多以高功率大尺寸，或是低功率产品为主。