LTCC在大功率射頻電路中的可能性應用

1引言

　　世界電子產品已進入一個速度更快、密度更高、體積更薄、成本更低且要求更有效散熱的封裝時代。隨著無線電通信領域(如手機)的迅速商業(yè)化，對降低成本，提高性能有很大的壓力。LTCC(低溫共燒陶瓷)技術是一種低成本封裝的解決方法，具有研制周期短的特點。本文評述了利用LTCC技術在滿足微電子工業(yè)發(fā)展，特別是大功率RF電路要求上應用的可行性。

　　2LTCC技術概覽

　　LTCC是一種將未燒結的流延陶瓷材料疊層在一起而制成的多層電路，內有印制互連導體、元件和電路，并將該結構燒成一個集成式陶瓷多層材料。LTCC利用常規(guī)的厚膜介質材料流延，而不是絲網印制介質漿料。生瓷帶切成大小合適的尺寸，打出對準孔和內腔，互連通孔采用激光打孔或機械鉆孔形成。將導體連同所需要的電阻器、電容器和電感器網印或光刻到各層陶瓷片上。然后各層瓷片對準、疊層并在850℃下共燒。利用現有的厚膜電路生產技術裝配基板和進行表面安裝。

　　3LTCC工藝概覽

　　LTCC原材料由有機和無機成分混合物組成。有機成分是聚合物粘接劑和溶解于溶液的增塑劑組成。諸如聚乙烯醇縮丁醛、聚塑醛丙酮和低級的烷(烴)基丙烯酸鹽共聚合物。丙烯酸酯還在使用，是因為它們能被清潔地在空氣中排膠(或在溫度300℃～400℃之間，惰性氣氛下)。要求粘接劑Tg低，分子強度高，排膠特性好。粘接劑通常為5%wt(粘接劑的百分比越高，燒成后的收縮率越高)。

　　無機部分由陶瓷和玻璃組成，通常是按1：3配比。陶瓷的選擇取決于所需要的特性，如熱膨脹系數(CTE)和熱導率。優(yōu)選的低CTE陶瓷有石英玻璃、莫來石、堇青石和氧化鋯。為了實現更高的CTE，優(yōu)選的陶瓷是Al2O3、石英、鎂橄欖石和鋯酸鈣。

　　玻璃的選擇依賴所需要的特性，如介電常數、附著力、CTE和損耗角正切值。玻璃軟化點必須高到在開始致密化之前完成排膠，低至能保證高密度燒結。常用的增塑劑和溶劑有二甲酸、丙酮、二甲苯、甲醇和乙醇。然后把各組分在油漆狀的懸浮液(稱作釉漿)中進行碾磨和均勻化，澆注在一個移動的載帶上(通常為聚酯膜)，通過一個干燥區(qū)，去除所有的溶劑，通過控制刮刀間隙，流延成所需要的厚度，粘度和載帶收縮率。此工藝的一般厚度容差是±6%。其他流延技術可用于實現更小的容差。

　　圖1LTCC典型的燒成曲線

　　然后把生(未燒結)瓷帶在不銹鋼桌上展開，切成片狀(略大于沖片尺寸)。在120℃下加熱約30分鐘預處理陶瓷片(或在N2干燥箱中存放24小時)。采用沖床將預處理的生瓷片沖成最后工作尺寸。定位圖形也在此過程中產生。

　　下一步是形成通孔，利用機械沖壓、鉆孔或激光打孔技術形成通孔。通孔是在生瓷片上打出的小孔(通常直徑為5密爾～8密爾)，用在不同層上以互連電路。在此階段還要沖制模具孔，幫助疊片時的對準;對準孔用于印刷導體和介質時自動視頻對準。

　　接著是通孔填充，利用傳統(tǒng)的厚膜絲網印刷或擠壓把特殊配方的高固體顆粒含量的導體漿料填充到通孔。可編程計算機數控沖床可用于獲得不銹鋼或黃銅模版。通孔填充漿料的收縮率要與生瓷帶收縮率匹配。