LTCC技术和产业分析

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LTCC简介低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic LTCC）该技术是1982年开始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。


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) ^: ~9 \  p2 u. g- rLTCC技术是于1982年[url=]休斯公司[/url]开发的[url=]新型材料[/url]技术，是将[url=]低温烧结[/url]陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用[url=]激光打孔[/url]、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、[url=]阻抗转换器[/url]、耦合器等）埋入多层[url=]陶瓷基板[/url]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[url=]三维空间[/url]互不干扰的高密度电路，也可制成内置[url=]无源元件[/url]的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和[url=]有源器件[/url]，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。
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总之，利用这种技术可以成功地制造出各种高技术LTCC产品。多个不同类型、不同性能的无源元件集成在一个封装内有多种方法，主要有低温共烧陶瓷(LTCC)技术、[url=]薄膜技术[/url]、硅片[url=]半导体技术[/url]、[url=]多层电路板[/url]技术等。LTC C技术是无源集成的主流技术。LTCC整合型组件包括各种基板承载或内埋各式主动或被动组件的产品，整合型[url=]组件产品[/url]项目包含零组件（components）、基板（substrates）与模块（modules ）。

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1 g  }+ q  h4 w# [1 x2应用优势


(1)易于实现更多布线层数，提高组装密度；
(2)易于内埋置元器件，提高组装密度，实现多功能;
% L  `' E$ J/ D9 [* ?(3)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[url=]成品率[/url]和质量，缩短[url=]生产周期[/url]，降低成本:
(4)具有良好的高频特性和高速传输特性;
$ F/ T0 C& a9 q3 C& F" g(5)易于形成多种结构的空腔，从而可实现性能优良的多功能微波MCM;
( u9 O" t* M1 |(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[url=]多芯片组件[/url](MCM-C/D);
(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。

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: T6 J" @( e" l3 N; v  P3技术特点
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利用LTCC制备片式无源集成器件和模块具有许多优点：
首先，陶瓷材料具有优良的高频高Q特性；
1 @0 `" H8 r6 w/ c, |第二，使用[url=]电导率[/url]高的金属材料作为导体材料，有利于提高电路系统的[url=]品质因子[/url]；
第三，可适应大电流及耐高温特性要求，并具备比普通PCB电路基板优良的热传导性；
/ p4 ^# S$ |( C1 p) X1 N- Z第四，可将无源组件埋入多层电路基板中，有利于提高电路的组装密度；
第五，具有较好的温度特性，如较小的[url=]热膨胀系数[/url]、较小的[url=]介电常数温度系数[/url]，可以制作层数极高的电路基板，可以制作线宽小于50μm的细线结构。另外，非连续式的生产工艺允许对生坯基板进行检查，从而 提高[url=]成品率[/url]，降低生产成本。
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3 O* x9 |( s( ~/ K% o9 D, ?LTCC器件的显著优点之一是其一致性好、精度高。而这完全有赖于所用材料的稳定性和工艺设备的精度。国内尚没有生产厂可制造与LTCC有关的成型设备。据不完全统计，国内南玻电子引进了一条完整的LTCC生产线，另外约有4家研究所已经或正在引进LTCC中试设备，开发军工用LTCC模块。


4前景



$ e/ W" G/ Q1 O除了在手机中的应用，LTCC以其优异的电子、机械、热力特性已成为未来[url=]电子元件[/url]集成化、[url=]模组[/url]化的首选方式，在军事、航空航天、汽车、计算机和医疗等领域，LTCC可获得更广泛的应用。尽管LTCC厂商大部分为外资企业，包括日本的村田（[url=]Murata[/url]）、[url=]京瓷[/url]（Kyocera）、[url=]TDK[/url]和[url=]太阳诱电[/url]（TaiyoYuden）、美国西迪斯（CTS Corp）和欧洲的罗伯特[url=]博世[/url]有限公司（[url=]Bosch[/url]）、西麦克微电子技术（C-MAC MicroTechnology）和Screp-Erulec等，但是，就我国LTCC的技术发展状况来看并非没有竞争之地，国务院在2009年发布的《电子信息产业调整振兴规划纲要》的文件内容中，明确提出将大力支持电子元器件的自主研发，并将其设为重点研究领域，[url=]低温共烧陶瓷技术[/url]将成为未来若干年内[url=]中国电子[/url]制造业的重大发展趋势。国内部分厂商已开始安装先进的LTCC设备，并采用自主研发出的新型原料，加快成品的制造生产，这其中不乏像[url=]浙江正原电气股份有限公司[/url]、深圳南坡电子有限公司等已经开发出一系列具有国际先进水平的LTCC相关产品的公司。由此，我们相信，LTCC技术必将在中国的电子元器件产业带来改革性的影响。
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6国内发展
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国内LTCC产品的开发比国外发达国家至少落后5年。这主要是由于电子终端产品发展滞后造成的。LTCC功能组件和模块主要用于GSM，CDMA和PHS手机、[url=]无绳电话[/url]、WLAN和蓝牙等通信产品，除40多兆的无绳电话外，这几类产品在国内是近4年才发展起来的。 深圳南玻电子有限公司引进了目前世界上最先进的设备，建成了国内第1条LTCC生产线，开发出了多种LTCC产品并己投产，如:片式LC滤波器系列、片式[url=]蓝牙天线[/url]、片式[url=]定向耦合器[/url]、片式平衡-不平衡转换器、低通滤波器阵列等，性能己达到国外同类产品水平，并己进入市场。南玻电子正在开发LTCC多层基板和[url=]无线传输[/url]用的多种功能模块。
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& p) x4 E# J* W5 c7 l, u国内尚不能生产LTCC专用工艺设备。据不完全统计，国内南玻电子引进了一条完整的LTCC生产线，另外约有4家研究所己经或正在引进LTCC中试设备，开发LTCC功能模块。
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9 }  V4 w# {; I% o. I. Z) n7 n香港[url=]青石[/url]集成微系统公司([url=]CiMS[/url])长期从事微波电磁场的研究与LTCC产品的设计。他们采用先进的电磁场模拟优化软件，设计出了多款LC滤波器和LTCC模块，取得了良好的效果。

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国内LTCC材料基本有两个来源，一是购买国外生带，二是器件生产厂从原料开发起。这些都不利于快速、低成本的开发出LTCC器件。因为，第一种方式会增加生产成本，第二种方式会延缓器件的开发时间。[url=]清华大学[/url]材料系、[url=]上海硅酸盐研究所[/url]等单位正在实验室开发LTCC用陶瓷粉料，尚未到批量生产的程度。国内现在亟须开发出系列化的、最好有自主知识产权的LTCC用陶瓷粉料，专业化的生产系列化LTCC用陶瓷生带，为LTCC器件的开发奠定基础。南玻电子公司正在用进口粉料，开发出[url=]介电常数[/url]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，介电常数半系列化，为不同设计、不同工作频率的器件开发奠定了基础。
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7应用情况
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LTCC产品的应用领域很广泛，如各种制式的手机、[url=]蓝牙模块[/url]、GPS, PDA、数码相机、WLAN、汽车电子、光驱等。其中，手机的用量占据主要部分，约达80%以上;其次，是蓝牙模块和WLAN。由于LTCC产品的可靠性高，汽车电子中的应用也日益上升。手机中使用的LTCC产品包括LC滤波器、[url=]双工器[/url]、功能模块、收发开关功能模块、平衡-不平衡转换器、耦合器、[url=]功分器[/url]、[url=]共模扼流圈[/url]等。
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LTCC片式天线
WLAN和蓝牙设备通信距离短，收发功率小，对天线的功率和收发特性要求不高，但对天线所占PCB的面积及成本要求很严。由LTCC制备的片式天线具有体积小、便于表面贴装、可靠性高、成本低等显著优点，已广泛用于WLAN和蓝牙。
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9相关信息
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材料
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2 x# ~: r) F6 l% h0 ]) Z$ v, bLTCC器件对材料性能的要求包括电性能、热机械性能和工艺性能三方面。
, c- I% E/ K# w: K3 _[url=]介电常数[/url]是LTCC材料最[url=]关健[/url]的性能。由于[url=]射频[/url]器件的[url=]基本单元[/url]———[url=]谐振器[/url]的长度与材料的介电常数的平方根成反比，当器件的工作频率较低时(如数百兆[url=]赫兹[/url])，如果用介电常数低的材料，器件尺寸将大得无法使用。因此，最好能使介电常数系列化以适用于不同的工作频率。

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' ?3 v/ r; a# H[url=]介电损耗[/url]也是射频器件设计时一个重要考虑参数，它直接与器件的损耗相关。理论上希望越小越好。


! Q  O5 N4 z8 l介电常数的[url=]温度系数[/url]，这是决定射频器件电性能的[url=]温度稳定性[/url]的重要参数。

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为了保证LTCC器件的可靠性，在材料选择时还必须考虑到许多热机械性能。其中最关健的是[url=]热膨胀系数[/url]，应尽可能与其要焊接的电路板相匹配。此外，考虑到加工及以后的应用，LTCC材料还应满足许多机械性能的要求，如[url=]弯曲强度[/url]σ、硬度Hv、表面[url=]平整度[/url]、[url=]弹性模量[/url]E及[url=]断裂韧性[/url]KIC等等。

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工艺性能大体可包括如下方面：第一，能在900℃以下的温度下烧结成致密、无气孔的[url=]显微结构[/url]。第二，致密化温度不能太低，以免阻止银浆料和生带中有机物的排出。第三，加入适当有机材料后可流延成均匀、光滑、有一定强度的生带。


' H) Q0 W% {1 I( j6 a国际上有duPont、Ferro和Heraeus三家提供数种[url=]介电常数[/url]小于10的生带，国内开发LTCC器件的研究所也都在采用这些生带。这些生带存在两个问题：首先，介电常数未系列化，不利于设计不同工作频率的器件。第二，这些生带开发商并无实际使用生带进行设计和生产的经验，比较注重生带与银浆料的匹配性和工艺性能，对于设计对生带的要求的掌握并不详尽。Heraeus似乎更着重于银浆和介电粉料的开发，有退出生带生产之势。
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HFSS 3D LTCC电磁场仿真
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( ~. L: B- w- N2 l% m[url=]中国电子学会[/url]元件分会秘书长陈福厚表示，国内LTCC行业面临的问题主要是原材料的问题。原材料的来源主要有三种方式：其一，直接从国外进口生带；其二，买磁粉，自己做生带；其三，自己研制磁粉。这三种方式中，第一种成本最高，第三种最慢。
! E% Y1 n1 P) C' z9 X3 d1 I5 E" Z5 y国内做得比较好的深圳南玻电子有限公司的做法很值得借鉴，他们采用第二种方式，所生产出的生带性能、质量都很不错，完全能够满足元器件及模块设计的要求。

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% d( `+ H4 A9 Q武隽认为，国内LTCC产业的上游，也就是原材料的研究不能停留在能做出样品、发表论文上，最终要落实到产业化上。他说，国内研发力量参差不齐，一致性方面特别是质量控制方面和国外企业相比还有差距，这是特别需要注意的问题。他强调，材料的一致性、可靠性及环保性，要全部达到要求，才能促进国内LTCC产业的发展，否则缺了其中一环，是做不成的。虽然他们正在和国内高校和研究所合作研究材料，但还没有产业化。
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; E& h5 M7 }/ |9 X9 _/ M: n10破局点



在LTCC领域，国内起步晚了一些，在技术的爬升阶段跟进得也慢了一些，导致与国外的差距越来越大，但也还是有机会的，因为[url=]市场容量[/url]在不断增长，如蓝牙的出货量及[url=]无绳电话[/url]、手机产业同步增长，而WiFi、WLAN等技术标准一旦成熟，势必会牵引出许多新的电子产品，因此采用LTCC工艺生产的产品市场机会是相当大的。

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$ P9 S/ Z( P( Y6 U' |陈福厚表示，采用LTCC工艺生产的元器件在手机板、交换机、电脑、便携式电子产品及DC-DC电源领域有广阔的前景，只要国内企业找到市场需要的产品，就一定会有钱赚。

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6 l" L' a: p" |) s- X- C7 [$ |5 q武隽告诉记者，EMI/[url=]EMC[/url](抗电磁干扰)元件将是LTCC破局的着落点，它将催生出一个仅次于电子元件的器件市场。他解释说，我们每天生活的电磁波中，电磁干扰是个很严重的问题，因此电子产品的抗电磁干扰显得尤为重要。EMI/EMC元件不仅用在传统的家电，通信及便携电子产品也要用到，而由此催生出的巨大市场将是数以亿计的，使南玻研制出[url=]共模扼流圈[/url]，此外，LTCC在蓝牙技术上的应用也不容小觑，如近一两年面世的平衡滤波器，是一个很经典的器件，它的出现大大方便了蓝牙产品贴装，节省了面积，简化了采购。



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( ]! H5 ?2 N# x3 r9 e2. 本微信群/公众号由资深射频专家，“兴森快捷-安捷伦射频高速联合实验室”射频负责人，《ADS2008/2011射频电路设计与仿真实例》《HFSS射频仿真设计实例大全》电子工业出版社，主编徐兴福建立。