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在5G高頻通信時代，電子產品向微小型化和多功能化方向發展，對電子元器件的集成和封裝提出了更高的要求，同時也帶動了與之密切相關的電子封裝技術的發展。電子封裝技術直接影響著電子器件和集成電路的高速傳輸、功耗、復雜性、可靠性和成本等，因此成為電子領域的關鍵技術。低溫共燒陶瓷( LTCC) 技術作為無源元器件集成的關鍵技術，在開發高頻、高性能、高集成度的電子元器件方面具有顯著優勢，對我國高頻通信的發展有著舉足輕重的作用。

為了獲得更大的帶寬和更快的傳輸速率，無線通信系統的工作頻率越來越高，5G 和毫米波技術是正在大力發展的通信技術。同時，手機、智能可穿戴設備等消費電子產品的功能越來越復雜，體積也越來越小，這些因素均使得 LTCC 組件不斷向模塊化、小型化及高頻化等方向發展。因此，開發具有更好溫度穩定性、更低介電損耗、更低燒結溫度的可適用于高頻場景的低溫共燒介質陶瓷材料，提升 LTCC 工藝技術水平和內部線路設計能力，減小 LTCC 元器件尺寸并進行更高密度集成是未來 LTCC 技術的發展趨勢。

（來源：晶弘科技）

一、低溫共燒陶瓷（LTCC）材料

目前低溫共燒陶瓷（LTCC）材料有三大類：微晶玻璃系，玻璃+陶瓷復合系和非晶玻璃系。其中玻璃／陶瓷復合體系和微晶玻璃體系是產業內研究的重點。

來源：日本電氣硝子

1、微晶玻璃系

微晶玻璃是由一定組成的玻璃通過受控晶化制得的由大量微小晶體和少量殘余玻璃相組成的復合體。它具有配方易調節，工藝簡單且性能較優的特點，如低介電損耗，適用于制作工作頻率在20～30GHz的器件，以堇青石、鈣硅石及鋰輝石應用最為廣泛。微晶玻璃按基礎玻璃組成一般可分為硅酸鹽系統、鋁硅酸鹽系統、硼硅酸鹽系統、硼酸鹽系統以及磷酸鹽系統等五大類。微晶玻璃采用硅酸鹽類的玻璃——陶瓷材料，添加1種或多種氧化物，如ZrO?、ZnO、SnO?，燒結溫度在850～1050 ℃，介電常數和熱膨脹系數小。

2、玻璃+陶瓷復合系

這是目前最常用的LTCC材料。在陶瓷中加入低熔點的玻璃相，燒結時玻璃軟化，粘度下降，從而可以降低燒結溫度。玻璃主要是各種晶化玻璃，陶瓷填充相主要是Al2O3、SiO2、堇青石、莫來石等。燒結溫度在900℃左右，工藝簡單靈活，容易控制調節復合材料的燒結特性和物理性能，介電常數及其溫度系數小，電阻率高，化學穩定性好。

3、非晶玻璃系

將形成玻璃的氧化物進行充分混合，在800～ 950℃之間煅燒，然后球磨過篩，按照陶瓷工藝成型燒結成為致密的陶瓷基板。這種體系的工藝簡單，成分容易控制，但陶瓷基板的綜合性能不太理想，如機械強度較低，介質損耗較大，目前很少采用。

二、低溫共燒陶瓷(LTCC)技術

電子封裝技術工藝主要有直接電鍍陶瓷技術、高溫共燒陶瓷(HTCC)技術、低溫共燒陶瓷(LTCC)技術等。其中，低溫共燒陶瓷(LTCC)技術被認為是實現多層陶瓷封裝高標準、高要求的最優方法之一。此外，低溫共燒陶瓷技術（LTCC）是一種多層陶瓷微波材料技術，可以將無源元件內埋置到基板內部同時將有源元件貼裝在基板表面、實現三維結構，在制成無源/有源器件、功能模塊集成等方面有靈活性，具有操作簡單、技術成熟、低損耗、優良的高頻Q值、小型化等優勢，可用于制作基板、器件及功能模塊。例如，基于LTCC制造高頻通訊模組具備高Q、允許大電流及耐高溫、熱傳導性更好、可將被動元器件埋入多層電路中增加電路密度、小CTE等優點，更適于5G高頻天線的應用。

以下是低溫共燒陶瓷技術（LTCC）工藝的具體步驟：

(a)HTCC陶瓷基板產品(b)LTCC陶瓷基板產品

LTCC制備電子封裝陶瓷具體步驟如下：

（1）陶瓷漿料的準備和配制，將陶瓷粉加入有機黏結劑，并加入一定量玻璃粉（一般占漿料的40%～60%）來降低燒結溫度，混合均勻后流延得到最大可達幾毫米的生瓷帶料；

（2）生瓷帶被裁切為單獨的小片，通過機械或激光的方法沖制需要的通孔；

（3）利用絲網印刷、微孔注漿等技術將金屬導體（Cu、Ag和Au等）填充生瓷帶上的孔，并制作導電圖形。

（4）將單層的生瓷帶按工藝要求堆疊在一起，經單軸和等靜壓力層壓而結合在一起，低溫（900～1000℃）燒結成型，最終制成高密度集成電路，也可以內置無源元件，或在表面貼裝IC和有源元件，或無源／有源的混合集成功能模塊。

LTCC制備工藝流程圖

1、LTCC工藝改進：表面金屬化

表面金屬化是利用表面改性技術在非金屬表面上覆蓋金屬涂層，電鍍和化學鍍是最常用的方法。金屬化能使LTCC材料表面具優良的導電性、導熱性以及可焊性等金屬特性。電鍍需要對材料的非金屬表面進行復雜的鍍前處理以使材料具有導電性，從而滿足后續電鍍需求，但金屬化后的孔隙較大，且會造成較重程度的污染。化學鍍則是在陶瓷材料表面通過沉積不同的金屬以實現陶瓷表面金屬化。

表面金屬化可改善陶瓷的可焊性，使絕緣的陶瓷材料獲得良好的導電、導熱等物理性能和優異的化學性能，從而滿足電子信息技術各方面的要求，進而滿足LTCC材料的性能需要。

三、應用

與其他封裝技術相比，LTCC技術的主要優勢在于:①LTCC材料具有優良的高頻、高速傳輸和寬帶通的特性。其介電常數可通過改變材料配方來調控，增加了電路設計的靈活性;②以電導率高的金屬材料作為布線導體，有利于提高電路系統的品質因數;③熱傳導性比普通PCB電路板好，熱膨脹系數低，有助于提高集成系統的可靠性及耐高溫和承受大電流的能力;④可通過多層互聯內埋多個無源器件，并結合表面貼裝技術，實現有源無源集成，極大地提高電路的組裝密度;⑤與其他多層布線技術兼容性好，可進行混合多芯片組件技術的開發;⑥非連續性生產工藝，便于進行質量檢查，有利于提高成品率，降低成本。

憑借上述優勢，LTCC現已成為無源集成的主流技術，廣泛應用于無線通信、消費電子、醫療機械、汽車電子、航空航天以及國防軍工等領域。

（來源：晶弘科技）

1、電子通信領域

電子通信領域與人們生活緊密相連。在移動通信設備手機、藍牙等產品中，相關的低溫共燒陶瓷(LTCC)產品得到了普遍的應用。作為當前的新興熱門的5G通信技術領域，電子封裝的技術與材料的應用日益增多。與傳統通信技術相比，5G通信技術接入工作器件時，首先需滿足全頻譜接入、高頻段乃至毫米波傳輸和超高寬帶傳輸三個基本要求。因此，在封裝過程中，需要進一步研制低介電常數、高導熱、高絕緣、大規模集成化、高頻化和高頻譜效率的電子封裝材料來滿足當前信息技術領域的發展需求。

濾波器基板（來源：晶弘科技）

使用場景：信號基站（來源：晶弘科技）

2、航天電子領域

如今，在飛速發展的航天領域中，對航天器上的電子設備的性能要求越來越高。因此，對于新材料以及新工藝的研究也越來越迫切。低溫共燒陶瓷(LTCC)材料由于其優異的介電、熱學、力學性能和高可靠性、易于集成、設計多樣等綜合性能，已成為MCM多芯片微組裝工藝的首選材料。低溫共燒陶瓷(LTCC)不僅可以減小航天器載荷的體積與質量，還可以適應太空中惡劣多變、極冷極熱的苛刻環境。

MCM多芯片模塊

3、醫療機械領域

在與人們的身體健康密切相關的醫療機械中，由于電子封裝材料中的低溫共燒陶瓷(LTCC)材料具有體積小、可靠性高、對人體無副作用等特點，能完全滿足諸如心臟起搏器和助聽器等需要植入人體的醫療器械的性能要求。因此，低溫共燒陶瓷(LTCC)廣泛應用于醫療檢測和監護設備等器械，在性能和成本方面具有極大的優勢。

4、汽車電子領域

隨著人們對汽車等日常出行代步工具的工作可靠性和安全性等性能要求的不斷提高，汽車控制正向智能化和電子化的方向飛速發展。低溫共燒陶瓷(LTCC)以其耐高溫、抗振動性和密封性能優異等優勢，在汽車電子電路領域具有重要的地位。ECU(發動機控制模塊)和ABS(制動防抱死模塊)就應用了LTCC技術和材料來滿足對汽車高可靠性和高性能的要求。

激光器基板（來源：晶弘科技）

應用場景：汽車激光雷達（來源：晶弘科技）

此外，在軍用的集成電路和聲表面波器件、晶體震蕩器件、光電器件等領域，電子陶瓷封裝材料也有較大的發展空間，并向多層化方向發展。可靠性好、柔性大、開發費用低的多層陶瓷封裝外殼也是研究人員的關注重點。

參考來源：

1、電子封裝陶瓷的研究進展，張光磊,郝寧,楊治剛,張誠,金華江,高珊（陶瓷學報）；

2、電子封裝陶瓷基板，程浩,陳明祥,羅小兵,彭洋,劉松坡（現代技術陶瓷）；

3、LTCC 材料及其器件——產業發展與思考，楊斌，王榮，張晗，李勃（電子元件與材料）;

4、低溫共燒陶瓷（LTCC）材料及其應用（中國科學院上海硅酸鹽研究所）。

粉體圈 芷凌整理