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高频陶瓷pcb为何多采用多层低温共烧陶瓷技术(LTCC)

高频陶瓷pcb

                         高频陶瓷pcb为何多采用多层低温共烧陶瓷技术(LTCC)

高频陶瓷pcb需要很好的导电性,主营应用于高频通讯行业。随着微电子信息技术的迅猛发展,电子元件小型化、高度集成化及模块化的需求愈来愈迫切。然而,半导体器件仅仅是电子元器件的一部分(主动元件,有源器件),另一部分用量巨大、种类繁多、功能各异的元器件是无源元件(被动元件,主要是电阻类、电感类和电容类元件),这些元件的核心材料是各类功能陶瓷材料。多层低温共烧陶瓷技术使得无源器件集成化成为可能了。

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为什么高频通讯陶瓷pcb多用低温共烧陶瓷技术而不是LTCC陶瓷陶瓷技术?

1,什么是多层陶瓷基板技术

多层陶瓷基板技术(由流延法生片制造技术、过孔形成技术和多层叠层技术等结合的技术)由美国无线电(RCA)公司于20世纪50年代末期所开发,因为这些多层基板是用氧化铝绝缘材料和导体材料(Mo、W、Mo及Mn,见下表3)在1600℃的高温下共烧的,故而称为高温共烧陶瓷(Hightemperature co-firedceramics,HTCC,现指烧结温度大于1000℃的共烧技术),以区别于后来开发的低温共烧陶瓷。

20世纪80年代的中期,多层陶瓷基板的应用使大型计算机性能(计算速度等)的得到有效提高,为了继续提高安装电路板的配线密度,使用了精细的导线,结果线路电阻增大,信号传输显著衰减。为了解决这个问题,必须使用低电阻的材料材料替代(所有低电阻率的金属如Cu、Au、Ag或者类似材料,其熔点都在1000℃左右,见表3)配线。为了使陶瓷材料能和这些金属共烧,低温共烧陶瓷的烧结温度就必须低于1000℃,因此精确控制温度在低电阻金属的熔点(900~1000℃)以下是非常必要的。低温共烧陶瓷技术的开发(LTCC)为实现低损耗、高速度和高密度封装目的起到非常重要的意义。

2,多层低温共烧陶瓷技术LTCC低温共烧陶瓷(LTCC)的区别

                     表1:低温共烧陶瓷VS高温共烧陶瓷

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LTCC典型材料。顾名思义,低温共烧陶瓷是陶瓷和金属在低温下一同烧成的,它的主要材料是金属和陶瓷。低温共烧陶瓷所用的金属是高电导材料(Ag、Cu、Au及其合金,如Ag-Pd、Ag-Pt、Au-Pt等)

 

                    表2:低温共烧陶瓷和高温共烧陶瓷主要材料比较

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                   表3:导体材料的电阻率和熔点、

    

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3,LTCC低温共烧陶瓷基板是工艺流程

      典型的多层陶瓷基板的基本制造过程如下图2。首先,陶瓷粉末和有机黏结剂混合配成浆料,用刮刀法将料浆流延成陶瓷薄片(生片,这种生片在烧结前柔软如纸)。生片各层间开有导电过孔,采用丝网印刷方法用导电糊膏将线路图案印在生片上。印刷的生片按层排列,加热并施加压力,以实现叠层(生片中的树脂在叠层胶接时起到粘接的的作用)。随后将导体金属和陶瓷一同煅烧,排出其中的有机胶,最终获得陶瓷基板。需要注意是,注意制造过程与最终产品的尺寸精度和材料质量的变化。

                                                          2:典型的多层陶瓷基板的制造过程

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为了在基板内埋入多样无源功能器件,需要将不同材料的生片进行叠层,由于采用的薄层材质不同,将这些材料进行共烧需要非常高的技术。在低温共烧陶瓷中实现集成,由于是嵌入层内,在设计时是相当自由的。而且,可以根据功能要求来选择特殊的专用材料。无源功能可以整合在低温共烧陶瓷内,此时介电常数大约为5的低介材料层用做信号配线,使之能高速传输,介电常数大约为15的中介材料层用做滤波器,介电常数1000或更高的高介材料层用做消除信号噪声、电压补偿等。

                                       图3:低温共烧陶瓷基板可埋入多样的无源功能器件

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4,LTCC低温共烧陶瓷技术的特征和核心应用

在集成无源器件方面,和印刷树脂板相比,低温共烧陶瓷有三大优势,即高频特性、热稳定性和电容量。在高频应用中,低温共烧陶瓷也非常适合制作集成基板和电子器件。陶瓷材料的tanδ比树脂材料的tanδ小,而且,低温共烧陶瓷的tanδ是用以制作印刷电路板的FR4材料的1/3。与树脂印刷电路板相比,低温共烧陶瓷更适合于高频应用。

低温共烧陶瓷产品可分成三个类型:即模块、基板/封装及分立器件。所有类型的产品目前

都在商业化的无线通信中得到应用。

                              4:低温共烧陶瓷产品的分类

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低温共烧陶瓷技术主要应用在射频模块封装。可应用于手机等移动电子设备的射频模块:电视调谐器、无限LAN、蓝牙(Bluetooth?)、超宽带(UWB)、前端模块(FrontendModule)、功率放大器、声表面波滤波器(SAWFilter)、双工器(Duplexer)。图片来源:京瓷 TDK官网。

由此可见,低温共烧陶瓷基板技术(LTCC),在高频通讯的应用是比较多的,

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