低温共烧陶瓷(LTCC)技术新进展.doc

低温共烧陶瓷(LTCC)技术新进展低温共烧陶瓷（LTCC）技术新进展清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室王悦辉杨正文王婷沈建红周济摘要低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic LTCC）技术是近年发展起来的令人瞩目的整合组件技术，已经成为无源集成的主流技术，成为无源元件领域的发展方向和新的元件产业的经济增长点。

本文详细叙述了低温共烧陶瓷技术（Low Temperature Co-fired Ceramics，简称LTCC）特点、LTCC材料和器件的国外内研究现状以及未来发展趋势。

关键词低温共烧陶瓷（LTCC）；无源集成；陶瓷材料；共烧匹配。

1 LTCC产业概况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。

表1 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。

目前，LTCC材料在日本、美国等发达国家已进入产业化、系列化和可进行材料设计的阶段[1]。

在全球LTCC市场占有率九大厂商之中，日商有Murata，Kyocera，TDK和Taiyo Yuden；美商有CTS，欧洲商有Bosch，CMAC，Epcos及Sorep-Erulec等。

国外厂商由于投入已久，在产品质量，专利技术、材料掌控及规格主导权等均占有领先优势。

图1给出全球LTCC厂商市场占有情况。

而国内LTCC产品的开发比国外发达国家至少落后五年，拥有自主知识产权的材料体系和器件几乎是空白。

国内目前LTCC陶瓷材料基本有两个来源一是购买国外陶瓷生带；二是LTCC生产厂从陶瓷材料到生带自己开发。

随着未来LTCC制品市场中运用LTCC制作的组件数目逐渐被LTCC模块与基板所取代，终端产品产能过剩，价格和

成本竞争日趋激烈，元器件的国产化必将提上议事日程，这为国内LTCC产品的发展提供了良好的市场契机。

中国在LTCC市场占据一定份额的是叠层式电感器和电容器生磁带。

目前，清华大学材料系、上海硅酸盐研究所等单位正在实验室开发LTCC用陶瓷粉料，但还尚未到批量生产的程度。

南玻电子公司正在用进口粉料，开发出介电常数为9.1、18.0和37.4的三种生带，厚度从10µm到100µm，生带厚度系列化，为不同设计、不同工作频率的LTCC产品的开发奠定了基础。

国内现在急需开发出系列化的、拥有自主知识产权的LTCC 瓷粉料，并专业化生产LTCC用陶瓷生带系列，为LTCC产业的开发奠定基础。

图1全球LTCC厂商市场占有情况2 LTCC的技术特点LTCC技术是于1982年休斯公司开发的新型材料技术，是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，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制出所需要的电路图形，并将多个被动组件（如低容值电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等）埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，内外电极可分别使用银、铜、金等金属，在900℃下烧结，制成三维空间互不干扰的高密度电路，也可制成内置无源元件的三维电路基板，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，可进一步将电路小型化与高密度化，特别适合用于高频通讯用组件。

LTCC工艺流程见图1。

图2为典型的LTCC基板示意图，由此可知，采用LTCC 工艺制作的基板具有可实现IC芯片封装、内埋置无源元件及高密度电路组装的功能。

图1 LTCC工艺流程图图2 LTCC基板表1 集成电路常用基板性能比较与其它集成技术相比，LTCC具有以下特点[2-5] 1）根据配料的不同，LTCC材料的介电常数可以在很大范围内变动，增加了电路设计的灵活性；2）陶瓷材料具有优良的高频、高Q特性和高速传输特性；3使用高电导率的金属材料作为导体材料，有利于提高电路系统的品质因数；4）制作层数很高的电路基板，易于形成多种结构的空腔，内埋置元器件，免除了封装组件的成本，减少连接芯片导体的长度与接点数，并可制作线宽小于50µm的细线结构电路，实现更多布线层数，能集成的元件种类多，参量范围大，易于实现多功能化和提高组装密度；5可适应大电流及耐高温特性要求，具有良好的温度特性，如较小的热膨胀系数，较小的介电常数稳定系数。

LTCC基板材料的热导率是有机叠层板的20倍，故可简化热设计，明显提高电路的寿命和可靠性；6与薄膜多层布线技术具有良好的兼容性，二者结合可实现更高组装密度和

更好性能的混合多层基板和混合型多芯片组件；7）易于实现多层布线与封装一体化结构，进一步减小体积和重量，提高可靠性、耐高温、高湿、冲振，可以应用于恶劣环境；8非连续式的生产工艺，便于基板烧成前对每一层布线和互连通孔进行质量检查，有利于提高多层基板的成品率和质量，缩短生产周期，降低成本。

表1给出集成电路中常用的几种基板性能比较。

LTCC技术由于自身具有的独特优点，在军事、航天、航空、电子、计算机、汽车、医疗等领域均获得了越来越广泛的应用 3 LTCC陶瓷材料LTCC产品性能好坏完全依赖所用材料的性能。

LTCC陶瓷材料主要包括，LTCC 基板材料、封装材料和微波器件材料。

介电常数是LTCC材料最关健的性能。

要求介电常数在2～20000范围内系列化以适用于不同的工作频率。

例如相对介电常数为3.8的基板适用于高速数字电路的设计；相对介电常数为6～80的基板可很好地完成高频线路的设计；相对介电常数高达20000的基板，则可以使高容性器件集成到多层结构中。

高频化是数位3C产品发展比然的趋势，发展低介电常数（ε≤10）的LTCC材料以满足高频和高速的要求是LTCC材