低温共烧陶瓷(LTCC)技术在材料学上的进展.pdf

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1、第 2 1卷 第 2期 2 0 0 6年 3月 无 机 材 料 学 报 J our na l o f I no r gani c M a t e r i al s Vo 1 2 1，No 2 M a r ，2 0 0 6 文章编号：1 0 0 0 3 2 4 X(2 0 0 6)0 2 0 2 6 7 1 0 低温共烧陶瓷(L T CC)技术在材料学上的进展 王悦辉，周 济，崔 学 民，沈建 红(清华大 学新 型陶瓷 与精 细工艺国 家重点 实验 室，北京 1 0 0 0 8 4)摘 要：低温共烧陶瓷(L TCC)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

2、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叙述了 低温共烧陶瓷技术(L TC C)的特点、制备工艺、材料制备相关技术和国内外研究现状以及未来 发 展趋 势 关 键 词：低温共烧陶瓷 f L T CC)；无源集成；玻璃陶瓷；微波介质 中囝分类号：T M2 8 1，T N4 5 1 文献标识码：A 1 引言 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，进一步推 动了电子 元件 日益 向微型化、集成化和高频化的方 向 发展，这就要求基板能满足高传播速度、高布线密度和大芯片封装等要求低温共烧陶瓷 技术(L o w T e mp

3、e r a t u r e C o fi r e d C e r a mi c，L T C C)是近年来兴起 的一种令人瞩 目的多学科交叉 的整合组件技术，涉及 电路设计、材料科学、微波技术 等广 泛的领域 由于它在信息时代 为各种电子 系统的元器件以及模块 小型化、轻 量化提供了 比较好 的解决途径，因此在国 内 国际上越来越受到重视，广泛用于基板 材料、封装材料以及微波器件材料等其 中该种基 板被用作第 五代 电子元件组装用基板，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 长点目前，L TC C材料在 日本、美 国等发达 国家 已 进入产业化、系列化

4、和 可进行材料设 计的阶段【l】许多 L TC C材料生产厂家可以提供配套 系列产品但在 国内仍属于起步 阶段，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 L T C C陶瓷材料基本有两个来源：一是购 买国外陶瓷生带；二是 L T CC生产厂从 陶瓷材料到 生带 自己开发随着未来 L TC C制 品市场 中运用 L TC C制作的组件数 目逐渐被 L TC C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 L T CC产品的发展提供了 良好 的市场 契机 国内现在急需 开发 出系列 化的、拥有 自主知识

5、产权 的 L T C C 瓷粉料，并专业化生产 L T CC用陶瓷生带 系 列，为 L TC C产业的开发奠定基础 2 L T CC的技术概况 2 1 L TCC的技 术 特 点 收稿日期t 2 0 0 5-0 3 1 6，收到修改稿 日期：2 0 0 5-0 5 2 0 基金项目t 国家 8 6 3计划(2 0 0 3 A A 3 2 G 0 3 0)；国家 9 7 3计划(2 0 0 2 C B 6 1 3 3 0 6)作者简介t 王悦辉(1 9 7 )，女，博士后 通讯联系人t 周 济 E-ma i l：z h o u j i m1 t s i n g h u a e d u c n 维

6、普资讯 http:/ 2 6 8 无 机 材 料 学 报 2 1 卷 L T C C技术是于 1 9 8 2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 成所需 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 9 0 0。C下烧结，制 成三维 电路 网络的无源集成组件，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 I C和有源器件，制成无源 有源集成的功能模块 L

7、 TC C工艺流程见图 1 图 2为典型的 L T CC组件结构示意 图由此可知，采用 L T CC工 艺制作 的多芯片组件具有可实现 I C芯片封装、内埋置无源元件及高密度 电路组装 的功能 口圆圆 9)A l l e n b l e 8)P l a t e 7)B u r n o u t 6)R e-i e t e rd c o a p o t t e t t t s -N i A u -o r B a n i c -量n O col1sre l mt l n t t e 图 1 L TCC工 艺流程 图 Fi g 1 Fl o w c h a r t o f L TCC t e c h

8、n o l o g y 与其他集成技术相 比，具 有以下 特点 i 1 4 J：1)根据配料的不 同，L TC C 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和高速 传输特性；3)使用 电导率高的金属 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 接点数可制作线宽 5 0#m 的细线 图 2 L T C C制作组件 结构 电路，实现更多布线层数，能集 F i g-2 S t r u c t u r e

9、o f L T C C mo d u l e 成的元件种类多，参量范围大，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 L TC C基板材料 的热导率是有机叠层板 的 2 0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 t r d n o n 1 t a r C p U r d r n n d t o C e O r p C n h 1 n)u h n一 t 1 1 l 臀 r 1 C r f l B o l n 1 r 丘o f b n 1 1 皇 a t U

10、 1 t n r 篇眦 h C l n y t U 1 P d y )h n _一 3、c t皿 r B o hfl l o n dh n a t r n 工 墨t t 1 n U，覃 1 )o l 2t曩 r o p n 丑 T 1 )r o l覃r 维普资讯 http:/ 2期 王悦辉，等：低温共烧陶瓷(L TCC)技术在材料学上的进展 2 6 9 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

11、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 L TC C技术 由于 自身具有的独特优点，用 于制作新 一代 移动通信 中的表 面组 装型元 器 件显现 出巨大的优越性 如移动通信中采用 L TC C技术制作的 S MD型 VC O、L C滤波器、频率合成组件、DC DC变换器、功率放大器、蓝牙组件等均 已获得越来越广泛 的应用 2 2 L TCC J 术对陶瓷材料的要求 L TC C技术 目前主要包括设 计技术、生磁(瓷)料带技术和混合集成技术 生磁(瓷)料 带技术主要是指 四大无源器件材料 的低 温烧结黑 白陶 瓷技术，包括 电容器

12、陶瓷 电阻器 陶 瓷、电感器铁氧体和变压器铁 氧体、生磁带材低温共烧“陶瓷 A g浆”、“铁氧体 A g浆”、“铁氧体 电子 陶瓷 A g浆”体系，通过优化 设计，采用 不同的配料方法 可生产出品种不 同、性能各异的生瓷带 L TC C产 品性能好坏完全 依赖所用材料的稳 定性 和工 艺 L TC C材料特性与组成 配方 控制、玻璃及介质陶瓷材料的种类、组成与粒径控制等有很大关系作为 L T CC技术关键的 基础材料，应达到 下列要求：(1)介电常数在 2 2 0 0 0 0范 围内系列化，以适应多种用途用于多层布线基板 的基材应 使用介 电常数较小的介质陶瓷材料 以改善信号 延迟，一般要求

13、l 0，最好 1 0 0 1 乃至 1 5 0 的介质材料是研究的热点需要较大 电容量 的 电路，可在 L TC C介质陶瓷基板材料层 中夹 入有较大介电常数的介质材料层，其介电常 数可 在 2 0,-,1 0 0之间选择这层材料可当作埋入 式滤波器或精度要求较高 而电容量值较大 的电容 器介质层材料，形成 MI M 夹层 电容器这 些介质材料一般是以高品质因数(Q)值 低 电容 量温度 系数 的材料 为主至于在 多层基板 结构 中其他的埋入式 电容 与电阻材料，可采用厚膜工 艺设计与制作在需要之处，对于这类 材料 的介 电常数可从数百到数千范 围选择，电阻材料的 电阻率为 1 0 1 0 0

14、 k f 口高的品质 因子 Q值或低的介质损耗，以降低器件在高频下的插入损耗和保证 良好的选频特性【5 1 (2)良好的热 稳定性 要求热膨胀系数(C TE)可以调整到接近所载芯片 的 C T E L T CC 材料 的 C T E为 4 p p m。C左右，S i 的 C T E为 3 5 p p m。C 因此，L TC C材料与 S i 芯片的具 有 良好的 C T E匹配性 谐振频率 的温度系数)尽 可能的小，大约在 1 0-6数量级，最好为 零，从而保证 器件 的热稳定性 (3)烧结温度应控制在 9 0 0。C以下，使用 A g、C u等高 电导率的金属做内电极材料瓷 料致密化和 晶化

15、 的温度适宜，不能过 低，从而使有 机物及 溶剂挥发 除尽得到具有致密、无 孔洞 的微观结构 保持玻璃致密化及结 晶化时，内部组成相的收缩率 玻 璃与金属布线烧 结时的伸缩变化应基本一致 (4)除此之外，还要求材料物理、化学 稳定性高，机械 强度大，弹性模量小，热传导率 高，热扩散性好，局部缺 陷尽可能的少等 维普资讯 http:/ 2 7 0 无 机 材 料 学 报 3 L TCC基板、封装材料 目前 已开发的 L T CC基板材料很多，大致可分 为三大类【6 J (1)陶瓷 一 玻璃 系(微 晶玻璃)烧结过程 中，玻璃晶化成低损耗相，使材料具有低介 电损耗，这种工艺适用于制作 2 0 3

16、0 GH z 器件；(2)玻璃加陶瓷填充料的复合 系玻璃作为粘结剂使陶瓷颗粒粘结在一起，玻璃和陶 瓷间不发生反应并要求填 充物在烧结 时与玻璃形成较好的浸润填 充物 主要是用来改善陶 瓷的抗 弯强度、热导率等，此时玻璃不仅作为粘结剂，而且在烧结过程中玻璃和填充料反应 形成高 Q值 晶体材料的性能 由烧结工艺条件控制，如烧结升温速率、烧结温度、保温 时间 等；(3)非晶玻璃系国 内外研究集中在”微 晶玻璃”系【9】和”玻璃+陶瓷”系 1 o 1 3】但 仍存在“微 晶玻璃”系材料烧结温度难于低于 9 0 0。C和“玻璃+陶瓷”系材料难于高致密化 而使材料介 电常数 比较大、介电损耗过大等 问题，

17、还 不能完全满足多层 电路性 能的要求 表 1 体积为 1 0-2 4 c m。离子的电子极化强度 Tabl e 1 El ect r on pol ar i z ed i nt ensi t y of i ons i n 10-2 4 cm。Ki n ds S i n t e r i n g CTE Ma t e r i a l s S u p p l i e r t e mp e r a t u r e 1 0-6 0 C E R 1 MHz Bu l k r e-Fl e x u r a l s i s t i vi t y s t r e ngt h o C c m k g c m一。

18、介电常数与材料的微 观结构密切相关，式(1)表 明了这种关 系，E=1+P e o E (1)式 中。E 0 一 为真空介 电常数，P 极化强度，E 一 电场强度 由上式可知，电子 的、离子的及极性的机理决定 了 L TC C介 质的极 化强度 电子极化 强度取决 于离子和偶极子效应 表 1为某些在 电子玻璃 中常用 的离子 的电子极化强度表 维普资讯 http:/ 2期 王悦辉，等：低温共烧陶瓷(L T CC)技术在材料学上的进展 2 7 1 2为国外 一些公司的 L TC C介质材料性能 3 1 玻璃 一 陶瓷体系 玻璃 一 陶瓷体 系一般是 由硼和硅构成基本的玻璃 网状组织，这些玻璃的构

19、成物加上单 价或双价碱性的难 以还原 的氧化物类元素可以重建玻璃 的网状组织该玻 璃材料在烧结前 是玻璃相，在烧结过程 中，经过成核与结晶化过程成为具有结 晶相 的陶瓷材料 掌握玻璃 的成核和析晶规律，有效地控制成核和析 晶是得到所需性能玻璃陶瓷的关键【1 4】控制 晶化 依赖于有效地成核不 同的热处理过程 可以得到不 同粗细 的晶粒，如果 成核温度过 高或过 低、成核 时间过短，则玻璃体 中晶核浓度过低，在后期将可能长成粗达几十微米 的晶粒；如果 晶体生长期保温时间过 短，则不能 长成必要的 晶相百分 比；只有在恰 当的成核温度 和 成核时间，才能获得足够 的晶核 浓度，有利于成长足够 的细

20、小 晶粒和 必要 的结晶率晶体 生长温度和时 间也很关键，温度过高则 可能使 晶核重新溶入或使试样变形；温度太低或保 温时 间过短则 使晶粒成长不足，结晶率过 低因此，确定适 当的热处理制度 是决 定最后材 料性 能 的关 键 之 一 表 3 F e r r o 公司的玻璃材料性能 Ta bl e 3 G l a s s pr ope r t i e s o f F er r o c o m pa n y E G0 0 2 4 EG0 2 2 1 0 2 2 5 E G2 4 1 0 EG2 7 7 0 E G2 7 8 2 Th e r ma l e x p a n s i o n2 6 0

21、。C(1 0 一 。C)S e t p o i n t T r a n s f o r ma t i o n p o i n t 。C S o f t e n i n g p o i n t 。C De n s i t y g a m一。T y p i c a l fi r i n g t e mp e r a t u r e 。C Ty p i c a l p o wd e r f o r m s 45 5 3 7 5 6 5 41 5 6 2 0 48 5 8 0 1 5 0 5 0 0 45 0 6 2 0 6 45 81 5 62 0 825 6 40 7 50 一 1 0 00 97

22、 0 7 45 2 3 7 2 6 4 2 70 2 60 2 5 2 9 00 950 1 30 0 1 00 0 85 0 VW G MVG，S RRG MVG TF VW G T y p i c a l a p p l ic a t i。n s i n t e r in g a i d s n t“g d s?“g d s i n t e r i n g a i d S i n t e r i c e r a m l C g l a z e n g a i d _ G la s s ty p e s i(黧 )M s i M C a-S i-B 设计和选择获得适 当的结 晶相，将有助于提

23、高 L TC C材 料的品质因数、降低材料的高 频损耗由于采用由玻璃态转结晶态的介质，在陶瓷烧制过程中，银、铜等 导体 与介质的相 互影 响大大减轻，因此需开发可 以在低于银、铜等低熔点温度下烧制的 由玻璃态转结晶态 的混合物由于烧制 的玻璃 一 陶瓷组织具有无多孔相 联的结构，避免 了银等导体渗入玻璃 陶瓷组织但是并非所有玻璃 一 陶瓷组 织允许金和银位于相同的组织 中同时，由于柯肯达 尔孔洞(k i r k e n d a l l v o i d i n g)，存在着通过填 充材料连接金和银的可靠性 问题 一般这种玻璃 一 陶瓷材料 以堇青石(2 Mg O 2 A1 2 03 5 S i

24、O2)系玻璃 陶瓷、钙硅石(C a O S i O2)玻璃 一陶瓷及锂辉石(L i 2 0 A 1 2 0 3 4 S I O2)等最为著名【1 5】另外，也有钙 长石系里的钙 长石玻 璃 一陶瓷 以上都采用硅酸盐类 的玻璃 一 陶瓷材料，添加 P 2 O5、L i 2 O、B 2 O3，Z r O2、Z n O、T i 02、S n O2中 1 3种添加物 组 成，其烧结温度均 在 8 5 0 1 0 5 0。C之间，介 电常 数及热膨胀系数均小 C a-B S i O体 系材料作为封装材料得到 了广泛 的研 究 1 6 1 1 7 J，几年才 开始被作为低介高频陶瓷材料研究其离子具有较低

25、的极化强度，在 8 5 0 C烧结 时经致密 维普资讯 http:/ 2 7 2 无 机 材 料 学 报 化成硼酸钙，其复合介 电常数为 6+0 3 F e r r o公司的 F e r r o A 6系列材料多采用此玻璃陶瓷 体 系【1 8】3 2 玻璃+陶瓷 玻璃加各种难溶陶瓷填 充相 系统是 目前最 常用 的 L T C C材料填 充相主要有 A 1 2 O3、S i O 2、堇青石、莫来石等，玻璃主要是各种晶化玻璃该系统主要包括结晶化玻璃 一 氧化铝 复合系和结晶化玻璃 一 其他陶瓷复合 系结 晶化玻璃和其他 陶瓷 的复合 系主要包括蓝 晶石(A l 2 03 S i O2)、锂辉石(

26、L i 2 0 Al 2 03 4 S I O2)、硅灰石(C a O S i O2)、硅酸镁(Mg O S i O 2)、四硼 酸锂 等与 L i 2 0 一 K2 0一 Na 2 0一 Al 2 03 一 B2 03 一 S i O2 玻璃的混合体，其烧结温度在 9 0 0。C左右这种 方法不仅工艺简化，成分易控 制，而且烧 结时的密度快 速增长移 向较高温度，有利于烧尽 来 自生片和浆料的有机物和降低基板 的高温变形此类低温共烧 陶瓷介质材料具有较低的 介电常数、较小的温度 系数、较高的 电阻率和化学反应稳定性等特性表 4为常用的陶瓷填 充材 料及其特性 我们知道基板 的介 电常数与基板

27、材料各分相介 电常数有关，即：l n e=X l l n e l+x 2 l n e 2+x i l n e i X l+X 2+X i=1 (1)式 中，E i、X i 分别为材料 中 i 组分的介 电常数和体积含量 表 4 陶瓷填充材料及其特性 Ta bl e 4 Pr o per t i e s o f fil l i n g 因此，填 充介质及玻璃相的介 电常数大小与整个基板介 电常数大小密切相关玻璃加 到结 晶质陶瓷填料中，然后在升高温度下烧结其 中，低软化点玻璃起助熔剂 作用，促进多 相 陶瓷复合料 致密化；陶瓷填 充材料经过适 当的活化处理，材料 的表 面活性增 高，烧结 时 加

28、速了固相 传质，同时增 加了填 充介质在玻璃液相 中的溶解度，因而 降低 了烧结温度，用 来改善基板的机械强度、绝缘性和防止烧结时 由于玻璃表面 张力 引起的翘曲 1 9 I 基板材料 维普资讯 http:/ 2期 王悦辉，等；低温共烧陶瓷(L TCC)技术在材料学上的进展 2 7 3 中玻璃 介质成分的选择是十分重 要的因为 它不 仅与基板 材料介 电常数 有关，还与基板的 烧结温度、收缩率等密切相关 其 中玻璃材料的选择原则 为必须选择低导 电性和对环境稳 定性 高的材料同时在设计玻璃 时最好使玻璃 的软化点到晶化温度范 围大一些 一方面导 体材料容 易与基板材料匹配，另一方 面填 充相与

29、玻璃相之 间的比例宽容度大 通常对于硅 酸盐玻璃，选用 S i O 2、Na 2 O、K2 O、A 1 2 O3、C a O、Mg O 比较合适；对 于硼硅酸盐玻 璃，选用 S i O2、Na 2 O、K 2 0、A 1 2 0 3、C a O、Mg O 比较合适 根据介 电常数混合原 则，为制备低介 电常数 的陶瓷材 料，宜在 陶瓷基板 中引入介 电常 数较低的组分 3 3 单相陶瓷 商 用 L TC C生片多以高性 能的玻璃 陶瓷体系作为基板材料为主，材料中各组分较多，组 成复杂，共烧时要求各组成间的烧结特性 匹配和化学性能兼容多相系统的存在增加了与导 体材料相互作用的可能性，降低了材料的

30、可靠性 因此需要开发新 的材料系统，减少 L T C C 生片材料组分因此无玻璃组分的单相陶瓷材料 引起人 们的重视 此类材料，已开发的主要 品种为硼酸锡钡陶瓷(B a S n(B O3)2)和硼酸锆钡 陶瓷 B a Z r(B O3)2，烧结范围都在 9 0 0 1 0 0 0。C 烧成 这些系统 的结 晶度较高，从而高温高湿度 状态下也并不 引起 A g布线 的迁移 Ma t j a z V a l a n t 1 0】等研究了锗酸钙、硅酸钙 和碲酸钙三种单相低烧结温度材料 的烧结性 能、介电性能以及与 A g导体间的作用实验结果表 明碲酸钙材料烧结温度最低，但介 电常 数较大，并与 Ag

31、导体发生反应 硅酸钙具有较低 的介 电常数和损耗，但烧结 温度较高 锗 酸钙具有较低的介 电常数和损耗，且烧成温 度适 当，是最具 有发展潜力的 L TC C材料，通过进一步细化粉体 或添加少量烧结助剂，使烧结温度降低至 9 0 0。C以下 3 4 L TCC微波元器件材料 采用 L TC C技术将多种元器件复合或集成在多层陶瓷基板 中已经成为 当今 电子 电路研 究发展 的主流技术对于不 同介 电常数和组成 的两种材 料的共烧 匹配性 以及如何减少相互 间的反应 活性等是研 究的重点若两者烧结无法 匹配或兼容，烧结之后将会出现界面层分 裂的现象；如果两 种材料发生高温反应，其生成的反应层又将

32、影响原来各 自材料的特性 应用 L T CC技术 的陶 瓷材料应具备以下几个要求：(1)烧结温度一般应低于 9 5 0。C，以便和 A g、C u等导体共烧；(2)介 电常数和介 电损耗 适当，一般要求 Q值越大越好；(3)谐振频 率的温度 系数 T f 应小；(4)陶瓷与内电极材料等 无界 面反应，扩散小，相互之 间共烧要 匹 配；(5)粉体特性应利于浆料配制和流 延成型等 国际上微波介质材料与器 件行业一方面为 了缩小器件的体积 而开发高介 电常数的材料 体系，另一方面为 了提高器件的灵敏度而研究高 品质 因子 的材料配方，重视器件工作的高 温度性而开发小谐振频率温度系数的介质陶瓷目前诸

33、多低烧 陶瓷体 系已被广泛地开发和 利用 如 Mg Ti O 3 一 C a T i O3 体系 l 2 1 、(Z r，S n)T i O3 B a O Ti O 2 体系【2 2 、B a O L n 2 O3 一 T i O 2体 系 引、B i 2 0 3 一 Z n O N b 2 0 5体系 l 2 4 J、复合钙钛矿结构和钨青铜结构材料体系等表 5列出 了 目前国 内外常用的一些微波介质材料体 系 近几年来，L T C C多层滤波器得到快速发展，目前最小可以做到 2 0 ramx 1 2 mmx 0 8 ram F e r r o 公司拥有两种 L TC C微波介质陶瓷：g r=

34、3 7(C OG3 5 0 H，(Z r，S n)T i O 3)，g r=8 3(CO G8 2 0 MW，(B a，Nd)T i O3)用 L TC C技术制成双工器可实现 小型化用于手机中它的需求量很大，这个 市场都被 日本、韩国占领 采用 L TC C技术制作 的微波组件已经可以在 7 6 GH z 下使用 2 5,2 6 在国内以往 L T CC技术局限于制作 多层 电感、多 层电容、L T CC基板和 高密度封装，对应 用 L TC C技术制作多层微波滤波器、天线、双工 器等各种微波器件才刚刚起步 维普资讯 http:/ 2 7 4 无 机 材 料 学 报 2 1 卷 表 5 常用

35、的一些微波介质材料 Ta bl e 5 M i c r o wa ve di e l e c t r i c m a t e r i a l s 4 L TCC布线材料 对金属材料有如下要求-2 7】：1)金属粉 的物理性质适 于丝网漏印细线和填满通孔；2)浆料 与基板生片粘合剂的有机体系兼容；3)金属粉末 的烧结行为与基板生料的烧结行为匹 配，控制收缩达到好 的面 间整体性，烧结时的收缩差异不能造成基板变形；4)烧结后的导 带有高的电导率 L T C C通常使用的导体材料有铜、银、金和银 钯、金 钯其 中铜 系统 是研 究的热点，是较为理 想的导体材料，具有 电导率高，成本低、抗 电迁移性

36、良好等特点 多层 C u布线发展 中需要解决的一个关键性 问题是 C u的保护和有机物 的排除如何保 证尽 可能排除有机物，同时又抑制 C u浆料的氧化是 L T CC C u制作的一个工艺难点 I B M 公司开发的一项专利技术，利用一定温度下，在湿 H 2气氛中的水蒸气的氧化作用，氧化部 分有机物及残余 C，同时，H 2起还原气氛作 用，抑制 C u的氧化湿 H2 工艺效果较好，并 可大幅度缩短工艺周期-3 0 J 银导体有最好的射频和直流损耗特性 需要 了解玻璃 陶瓷 银 的烧结行 为和 在工作条 件下银迁移和枝晶生长的失效模式银迁 移可能引起漏 电和 电介质击穿 银在低 于 8 7 5

37、。C 烧结，银离子不扩散，而以本身致密化为主，在 9 0 0。C以上烧结时，通过含铅和碱离子 的玻 璃相扩散，氧化铝和钙长石等结晶相对银扩散起壁垒作用 2 8】F e r r o A 6是 C a-S i B O可结晶 玻璃，软化点为 7 0 0。C，银浆料 1 8 8和 2 9 9，以固体含量为基，分别含有 1 5和 3 0 v o 1 的 L T CC 玻璃 粉它们的加入改变 了银 粉的晶界扩散控制 的固态烧结 的致密化 动力学行为，致密化 移 向较高温度 与 L TC C玻璃粉的粘性 流控制 的致 密化 行为相 似，从 而消除 了 L T CC基板 的分 层、开裂和弯曲缺陷但是 L T

38、C C玻璃的加入会降低导体 的电导率，必须严格控制 2 9】S h a p i r o J 等 以 C a O B 2 0 3-S i O2+陶瓷为基板材料，银 为导线，在低于 9 5 0。C下烧成，得到 了低损耗 的基板 维普资讯 http:/ 2期 王悦辉，等：低温共烧陶瓷(L TC C)技术在材料学上的进展 2 7 5 5 L TC C材料研究存在的问题和发展趋势 L TC C材料经历 了从 简单 到复合、从低介 电常数到高介 电常数和使用频段 不断增 加等 发展过程，但是 目前的体系还是不能令人满意存在的主要问题包括：1)在体系的选择和 性能的提高等方面主要是对大量 的实验结果进行经验

39、 总结为基础，尚缺乏有效的理论作指 导如决定介电常数、介质损耗、谐振频率的温度 系数等物理 机制 间的 内在制约关 系；材料 中各组分在共烧过程 中的各元素迁移规律及相互作用 的机理、动力学过程、共烧 过程的致 密化、异质界面的应力失配、结构失配、兼容性等 问题；2)材料的制备方法多采 用高温 固 相反应法，不仅烧结时间长，而且难获得致密均匀的显微结构材料系统组成复杂，相互间 化学兼容性、自谐等原因难以在高频 下正常工作等 问题影 响材料 的稳定性，因此不仅需要 开发新的材料系统进行组分的优化，而且需要开发新 的工艺方法，使其具有 良好 的高频特 性 以及系列化工作频率并适应集成化需要 L T

40、 C C技术发展面临来 自不 同技术的竞争与挑战，如何继续保持在无线通讯组件领域的 主流地位，还必须继续强化 自身技术发展和大力降低制 造成本，不断完善或 亟待开发相关 技术我国对 低温烧结的低介 电常数的介质材料的研 究明显落后 开 展低温烧结介质材料 与器件 的大规模国产化工作，不仅具有重要的社会效益而且具有显著 的经济 利益目前，如何在 国际上先进 国家 已有一定范 围知识产权保 护垄断的形 势下，开发 优化及拥有 自主 知识产权地利用新原理、新技术、新工艺或新材料制造具有新功能、新用途、新结构的新型 低温烧结介质材料和器件，大 力开展 L T C C器件设计与加工技术、应用 L T C

41、C器件的大规 模产 品生产线，尽快促进我国 L T C C技术产业的形成与发展是今后研究的主要 工作 参考 文献【1】h t t p：i n f o c h i n a a l i b a b a c o m n e w d e t a i l v 5 0 0 0 4 4 1 i 5 4 1 5 2 8 2 h t m1 【2】B a r n w e l l P，Z h a n g W，L e b o w i t z J，e t a 1 P r o c I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m o n Mi c r o e l e c t r o n

42、 i c s，I MA P S，B o s t o n，M A USA 65 9-6 6 4 3】P e n n S J，A l f o r d N Mc N，T e mp l e t o n A，e t a 1 P r o c 1 E E C o l l o q u i u m o n Ad v a n c e d i n P a s s i v e Mi c r o w a v e Co mpo ne n t s Lon do n，UK，1 9 9 7，6：1 6 【4】Mi y a k e H，K i t a z a w a S，I s h i z a k i T，e t a 1 P r

43、 o c I E E E MMT S I n t e r n a t i o n a l Mi c r o w a v e S y mp o s i u m Di g e s t，Bo s t o n，M A，USA，2 0 00，1：1 9 5 1 9 8【5】J a n t u n e n H，K a n g asv i e r i T，Ka n g as J J E u r o C e r a m S o c ，2 0 0 3，(2 3)：2 5 4 1 2 5 4 8 【6】Da i S t e v e Xu n h u，H u a n g R o n g F o n g，D a v

44、i d L J AmC e r a m S o c ，2 0 0 2，8 5(4)：8 2 8 8 3 2 【7】Ma l c o l m D，Gl e n d e n n i n g，Wi l l i a m E L e e A mC e r a m S o c ，1 9 9 6，7 9(3)：7 0 5 7 1 3 【8】C h e n g f u Y a n g Ma t e r S c i L e t t ，1 9 9 6，1 5：1 6 1 8 1 6 2 0 9】9 R a o R T A mC e r a m S o c ，1 9 9 1，7 4(5)：8 9 5 9 0 8 【

45、1 0】J e a n J D i e l e c t r i c C e r a mi c S u b s t r a t e Ma t e r i a l s f o r Mu l t i p l a y e r C e r a mi c P a c k a g e s C o mp r i s e Ma g n e s i u m U mi n u m Si l i c o n Gl ass a nd Ca l c i u m Al umi num Bo r o n Si l i c o n Gl as s，F or mi n g Cr ys t a l l i n e Co r d i

46、 e r i t e a n d Cr y s t a l l i ne Ca l c i u m F e l d s p a r A f t e r S i n t e r i n g P ，U S A，5 7 8 6 2 8 8 2 A 【1 1】Ki s h i d a K，N i s h i d e m，S u n a h a r a h H，e t a 1 C e r a mi c S u b s t r a t e F o r u s e a s C o mp o n e n t i n E l e c t r o n i c C i r c u i t P ，J P，1 3 35

47、1 6 22 A；EP9 6 0 86 6 2 A 1 【1 2】Mi t s u b i s h i D e n k i K k(MI T Q)C e r a mi c B o a r d Ma t e r i a l C o mp r i s e s C e r a mi c P o w d e r S e l e c t e d f r o m A l u mi n u m Mu l l i t e a n d C o r d i e r i t e a n d Ma t r i x w i t h C o r d i e r i t e C r y s t a l P h ase b

48、y F i r i n g 【P】，J P，6 2 2 1 9 9 9 4 2 A 1 3 Hu a n g Y a ma mo t o J K L o w Di e l e c t r i c C o n s t a n t C e r a mi c s f o r P a t c h An t e n n a S u b s t r a t e s Ma d e b y Mi x i n g a G l a s s y P r e c u r s o r w i t h a H i g h P u r i t y C o r d i e r i t e a n d D o p a n t

49、s P r i o r t o F i r i n g【P】，U S A，5 8 5 8 8 9 3 2 A 【1 4】R a y mo n d L B r o w n I E E E MT T-S D i g e s t ，1 9 9 4 1 7 2 7-1 7 3 0 维普资讯 http:/ 2 7 6 无 机 材 料 学 报 2 1卷【1 5】【1 6】【1 7】【1 8】Kum m a r A H，Kni c k e r bo c k e r S，Tum m a l a R RI EEE Tr an s Co m pon e n t Hy br i d s M a nu l Te c

50、hn o1 1 9 92，C HM T一 1 5：6 7 3 6 82 Mu r a l i d h a r S K，Ro b e r t G J，S h a l k A，e t a 1 L o w Di e l e c t r i c L o w T e mp e r a t u r e F i r e d G l a s s C e r a mi c s _【P】，USA 5 25 8 3 3 5 1 9 9 3 C h a n g C R，J e a n J H J A mC e r a mS o c ，1 9 9 9，8 2(8)：1 7 2 5 1 7 3 2 Gar dn e r