低溫共燒陶瓷技術(shù)（Low Temperature Co-fired Ceramic LTCC）是1982年開始發(fā)展起來的令人矚目的整合組件技術(shù)，已經(jīng)成為無源集成的主流技術(shù)，成為無源元件領(lǐng)域的發(fā)展方向和新的元件產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟增長點。

LTCC技術(shù)是于1982年休斯公司開發(fā)的新型材料技術(shù)，是將低溫?zé)Y(jié)陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿、精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝制出所需要的電路圖形，并將多個被動組件（如低容值電容、電阻、濾波器、阻抗轉(zhuǎn)換器、耦合器等）埋入多層陶瓷基板中，然后疊壓在一起，內(nèi)外電極可分別使用銀、銅、金等金屬，在900℃下燒結(jié)，制成三維空間互不干擾的高密度電路，也可制成內(nèi)置無源元件的三維電路基板，在其表面可以貼裝IC和有源器件，制成無源/有源集成的功能模塊，可進一步將電路小型化與高密度化，特別適合用于高頻通訊用組件。

總之，利用這種技術(shù)可以成功地制造出各種高技術(shù)LTCC產(chǎn)品。多個不同類型、不同性能的無源元件集成在一個封裝內(nèi)有多種方法，主要有低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)、薄膜技術(shù)、硅片半導(dǎo)體技術(shù)、多層電路板技術(shù)等。LTC C技術(shù)是無源集成的主流技術(shù)。LTCC整合型組件包括各種基板承載或內(nèi)埋各式主動或被動組件的產(chǎn)品，整合型組件產(chǎn)品項目包含零組件（components）、基板（substrates）與模塊（modules ）。

1技術(shù)優(yōu)勢 與其它集成技術(shù)相比，LTCC有著眾多優(yōu)點：

第一，陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻、高速傳輸以及寬通帶的特性。根據(jù)配料的不同，LTCC材料的介電常數(shù)可以在很大范圍內(nèi)變動，配合使用高電導(dǎo)率的金屬材料作為導(dǎo)體材料，有利于提高電路系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)，增加了電路設(shè)計的靈活性；

第二，可以適應(yīng)大電流及耐高溫特性要求，并具備比普通PCB電路基板更優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性，極大地優(yōu)化了電子設(shè)備的散熱設(shè)計，可靠性高，可應(yīng)用于惡劣環(huán)境，延長了其使用壽命；

第三，可以制作層數(shù)很高的電路基板，并可將多個無源元件埋入其中，免除了封裝組件的成本，在層數(shù)很高的三維電路基板上，實現(xiàn)無源和有源的集成，有利于提高電路的組裝密度，進一步減小體積和重量；

第四，與其他多層布線技術(shù)具有良好的兼容性，例如將LTCC與薄膜布線技術(shù)結(jié)合可實現(xiàn)更高組裝密度和更好性能的混合多層基板和混合型多芯片組件；

第五，非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝，便于成品制成前對每一層布線和互連通孔進行質(zhì)量檢查，有利于提高多層基板的成品率和質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低成本。

第六，節(jié)能、節(jié)材、綠色、環(huán)保已經(jīng)成為元件行業(yè)發(fā)展勢不可擋的潮流，LTCC也正是迎合了這一發(fā)展需求，最大程度上降低了原料，廢料和生產(chǎn)過程中帶來的環(huán)境污染。

2應(yīng)用優(yōu)勢

(1)易于實現(xiàn)更多布線層數(shù)，提高組裝密度；

(2)易于內(nèi)埋置元器件，提高組裝密度，實現(xiàn)多功能;

(3)便于基板燒成前對每一層布線和互連通孔進行質(zhì)量檢查，有利于提高多層基板的成品率和質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低成本:

(4)具有良好的高頻特性和高速傳輸特性;

(5)易于形成多種結(jié)構(gòu)的空腔，從而可實現(xiàn)性能優(yōu)良的多功能微波MCM;

(6)與薄膜多層布線技術(shù)具有良好的兼容性，二者結(jié)合可實現(xiàn)更高組裝密度和更好性能的混合多層基板和混合型多芯片組件(MCM-C/D);

(7)易于實現(xiàn)多層布線與封裝一體化結(jié)構(gòu)，進一步減小體積和重量，提高可靠性。

LTCC技術(shù)由于自身具有的獨特優(yōu)點，用于制作新一代移動通信中的表面組裝型元器件，將顯現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性。

3技術(shù)特點

利用LTCC制備片式無源集成器件和模塊具有許多優(yōu)點：

首先，陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻高Q特性；

第二，使用電導(dǎo)率高的金屬材料作為導(dǎo)體材料，有利于提高電路系統(tǒng)的品質(zhì)因子；

第三，可適應(yīng)大電流及耐高溫特性要求，并具備比普通PCB電路基板優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性；

第四，可將無源組件埋入多層電路基板中，有利于提高電路的組裝密度；

第五，具有較好的溫度特性，如較小的熱膨脹系數(shù)、較小的介電常數(shù)溫度系數(shù)，可以制作層數(shù)極高的電路基板，可以制作線寬小于50μm的細線結(jié)構(gòu)。另外，非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝允許對生坯基板進行檢查，從而 提高成品率，降低生產(chǎn)成本。

LTCC器件的顯著優(yōu)點之一是其一致性好、精度高。而這完全有賴于所用材料的穩(wěn)定性和工藝設(shè)備的精度。國內(nèi)尚沒有生產(chǎn)廠可制造與LTCC有關(guān)的成型設(shè)備。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)南玻電子引進了一條完整的LTCC生產(chǎn)線，另外約有4家研究所已經(jīng)或正在引進LTCC中試設(shè)備，開發(fā)軍工用LTCC模塊。

4前景

除了在手機中的應(yīng)用，LTCC以其優(yōu)異的電子、機械、熱力特性已成為未來電子元件集成化、模組化的首選方式，在軍事、航空航天、汽車、計算機和醫(yī)療等領(lǐng)域，LTCC可獲得更廣泛的應(yīng)用。盡管LTCC廠商大部分為外資企業(yè)，包括日本的村田（Murata）、京瓷（Kyocera）、TDK和太陽誘電（TaiyoYuden）、美國西迪斯（CTS Corp）和歐洲的羅伯特博世有限公司（Bosch）、西麥克微電子技術(shù)（C-MAC MicroTechnology）和Screp-Erulec等，但是，就我國LTCC的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r來看并非沒有競爭之地，國務(wù)院在2009年發(fā)布的《電子信息產(chǎn)業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃綱要》的文件內(nèi)容中，明確提出將大力支持電子元器件的自主研發(fā)，并將其設(shè)為重點研究領(lǐng)域，低溫共燒陶瓷技術(shù)將成為未來若干年內(nèi)中國電子制造業(yè)的重大發(fā)展趨勢。國內(nèi)部分廠商已開始安裝先進的LTCC設(shè)備，并采用自主研發(fā)出的新型原料，加快成品的制造生產(chǎn)。

5發(fā)展趨勢

LTCC是今后元件制造工藝的一個趨勢，集成的趨勢非常明顯。據(jù)業(yè)內(nèi)專家介紹，與其他集成技術(shù)相比，LTCC具有以下特點：根據(jù)配料的不同，LTCC材料的介電常數(shù)可以在很大范圍內(nèi)變動，增加了電路設(shè)計的靈活性；陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻、高Q特性和高速傳輸特性；使用高電導(dǎo)率的金屬材料作為導(dǎo)體材料，有利于提高電路系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)；制作層數(shù)很高的電路基板，減少連接芯片導(dǎo)體的長度與接點數(shù)，并可制作線寬小于50μm的細線結(jié)構(gòu)電路，實現(xiàn)更多布線層數(shù)，能集成的元件種類多，參量范圍大，易于實現(xiàn)多功能化和提高組裝密度；可適應(yīng)大電流及耐高溫特性要求，具有良好的溫度特性；與薄膜多層布線技術(shù)具有良好的兼容性，二者結(jié)合可實現(xiàn)更高組裝密度和更好性能的混合多層基板和混合型多芯片組件；易于實現(xiàn)多層布線與封裝一體化結(jié)構(gòu)，進一步減小體積和重量，提高可靠性、耐高溫、高濕，可以應(yīng)用于惡劣環(huán)境；采用非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝，便于基板燒成前對每一層布線和互連通孔進行質(zhì)量檢查，有利于提高多層基板的成品率和質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低成本。

6國內(nèi)發(fā)展

國內(nèi)LTCC產(chǎn)品的開發(fā)比國外發(fā)達國家至少落后5年。這主要是由于電子終端產(chǎn)品發(fā)展滯后造成的。LTCC功能組件和模塊主要用于GSM，CDMA和PHS手機、無繩電話、WLAN和藍牙等通信產(chǎn)品，除40多兆的無繩電話外，這幾類產(chǎn)品在國內(nèi)是近4年才發(fā)展起來的。

國內(nèi)LTCC材料基本有兩個來源，一是購買國外生帶，二是器件生產(chǎn)廠從原料開發(fā)起。這些都不利于快速、低成本的開發(fā)出LTCC器件。因為，第一種方式會增加生產(chǎn)成本，第二種方式會延緩器件的開發(fā)時間。清華大學(xué)材料系、上海硅酸鹽研究所等單位正在實驗室開發(fā)LTCC用陶瓷粉料，尚未到批量生產(chǎn)的程度。國內(nèi)現(xiàn)在亟須開發(fā)出系列化的、最好有自主知識產(chǎn)權(quán)的LTCC用陶瓷粉料，專業(yè)化的生產(chǎn)系列化LTCC用陶瓷生帶，為LTCC器件的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。南玻電子公司正在用進口粉料，開發(fā)出介電常數(shù)為9.1、18.0和37.4的三種生帶，厚度從10μm到100μm，生帶厚度系列化，介電常數(shù)半系列化，為不同設(shè)計、不同工作頻率的器件開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

7應(yīng)用情況

LTCC產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，如各種制式的手機、藍牙模塊、GPS, PDA、數(shù)碼相機、WLAN、汽車電子、光驅(qū)等。其中，手機的用量占據(jù)主要部分，約達80%以上;其次，是藍牙模塊和WLAN。由于LTCC產(chǎn)品的可靠性高，汽車電子中的應(yīng)用也日益上升。手機中使用的LTCC產(chǎn)品包括LC濾波器、雙工器、功能模塊、收發(fā)開關(guān)功能模塊、平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器、耦合器、功分器、共模扼流圈等。

在SMD中采用LTCC技術(shù)的目的旨在提高組裝密度、縮小體積、減輕重量、增加功能、提高可靠性和性能，縮短了組裝周期。壓控振蕩器(VCO)是移動通信設(shè)備的關(guān)鍵器件，可通過LTCC技術(shù)制作VCO，使其滿足移動通信對小型、輕量、低功耗、低相位噪聲(高C/N比)的要求。國際上己應(yīng)用LTCC技術(shù)制成高性能的表而組裝型VCO，并形成了系列化商品，通過采用LTCC技術(shù)使VCO體積大大縮小。1996-2000年,VCO的體積減小了90%以上。這種表而組裝型VCO的體積僅為原米帶引線VCO體積的1/5-1/20。采用LTCC技術(shù)制作的新型VCO具有體積小、功耗低、高頻特性好、相位噪聲小、適合表面貼裝等優(yōu)點，在移動通信領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。這種小型化VCO在GSM，DCS，CDMA，PDC等數(shù)字通信系統(tǒng)終端以及全球定位系統(tǒng)(GPS)等衛(wèi)星通信相關(guān)的終端得以大量使用。

移動通信的迅速發(fā)展也進一步促進了DC/DC變換器的小型化，為SMD型DC/DC變換器提供了廣闊的應(yīng)用市場。國外不少電源制造廠商都在采用LTCC技術(shù)積極開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的SMD型DC/DC變換器，其額定功率為5-30W，具有各種通用的輸入、輸出電壓。一些新的DC/DC變換器設(shè)計還可提供較短的啟動時間。此外，采用LTCC技術(shù)還制作了移動通信用的片式多層天線、藍牙組件、射頻放大壓控衰減器、功率放大器、移相器等表而安裝型器件。

8產(chǎn)品

LTCC器件按其所包含的元件數(shù)量和在電路中的作用，大體可分為LTCC元件、LTCC功能器件、LTCC封裝基板和LTCC模塊基板。

LTCC功能器件

早期通信產(chǎn)品內(nèi)的濾波器和雙工器多為體積很大的介質(zhì)濾波器和雙工器。GSM和CDMA手機上的濾波器已被聲表面濾波器取代或埋入模塊基板中，而PHS手機和無繩電話上的濾波器則大多為體積小、價格低、由LTCC制成的LC濾波器，藍牙和無線網(wǎng)卡則從一開始就選用LC濾波器。

由LTCC制成的濾波器包括帶通、高通和低通濾波器三種，頻率則從數(shù)十MHz直到5.8GHz。LC濾波器在體積、價格和溫度穩(wěn)定性等方面有其無可比擬的優(yōu)勢，其不斷受到廣泛重視就不難理解了。

由LTCC制作的上述射頻器件在國外和我國臺灣省已有數(shù)年的歷史，日本的村田、東光、TDK、雙信電機，我國臺灣省的華信科技、ACX，韓國的三星等都在批量生產(chǎn)和銷售。我國內(nèi)地在2003年才從展覽會和網(wǎng)頁上看到，南玻電子公司和另一家公司著手開發(fā)類似產(chǎn)品。

LTCC片式天線

WLAN和藍牙設(shè)備通信距離短，收發(fā)功率小，對天線的功率和收發(fā)特性要求不高，但對天線所占PCB的面積及成本要求很嚴。由LTCC制備的片式天線具有體積小、便于表面貼裝、可靠性高、成本低等顯著優(yōu)點，已廣泛用于WLAN和藍牙。

LTCC模塊基板

電子元件的模塊化已成為業(yè)界不爭的事實，其中尤其以LTCC為首選方式?？晒┻x擇的模塊基板有LTCC、HTCC(高溫共燒陶瓷)、傳統(tǒng)的PCB如FR4和PTFE(高性能聚四氟已烯)等。HTCC的燒結(jié)溫度在1500℃以上，與之匹配的難熔金屬如鎢、鉬/錳等導(dǎo)電性能較差，燒結(jié)收縮不如LTCC易于控制。LTCC的介電損耗比RF4低一個數(shù)量級。PTFE的損耗較低，但絕緣性都較差。LTCC比大多數(shù)有機基板材料可更好地控制精度。沒有任何有機材料可與LTCC基板的高頻性能、尺寸和成本進行綜合比較。

國外和我國臺灣省對LTCC模塊基板的研究可謂如火如荼，已經(jīng)有多種LTCC模塊商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。僅生產(chǎn)手機天線開關(guān)模塊(簡稱ASM)的就有村田、三菱電工、京瓷、TDK、Epcos、日立、Avx等十多家。此外還NEC、村田和愛立信等公司的藍牙模塊、日立等公司的功放模塊等等，都是由LTCC工藝制成的。

LTCC模塊因其結(jié)構(gòu)緊湊、耐機械沖擊和熱沖擊性強，在軍工和航天設(shè)備上受到極大關(guān)注和廣泛應(yīng)用。今后其在汽車電子上的應(yīng)用將會非常廣泛。

國產(chǎn)化成為LTCC器件發(fā)展契機，國內(nèi)LTCC器件的開發(fā)比國外至少落后5年。這主要是由于電子終端產(chǎn)品發(fā)展滯后造成的。

LTCC功能器件和模塊主要用于GSM、CDMA和PHS手機、無繩電話、WLAN和藍牙等通信產(chǎn)品，除40多兆的無繩電話外，這幾類產(chǎn)品在國內(nèi)是近5年才發(fā)展起來的。國內(nèi)的終端產(chǎn)品為了盡快搶占市場，最初的設(shè)計方案大都是從國外買來的，甚至方案與元器件打包采購，其所購方案都選用了國外元器件。前幾年終端產(chǎn)品生產(chǎn)廠的主要目標(biāo)是擴大市場份額，成本壓力不大，無法顧及元器件國產(chǎn)化。隨著終端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩，價格和成本競爭將日趨激烈，元器件的國產(chǎn)化必將提上議事日程，這將為國內(nèi)LTCC器件的發(fā)展提供良好的市場契機。

9相關(guān)信息

材料

LTCC器件對材料性能的要求包括電性能、熱機械性能和工藝性能三方面。

介電常數(shù)是LTCC材料最關(guān)健的性能。由于射頻器件的基本單元———諧振器的長度與材料的介電常數(shù)的平方根成反比，當(dāng)器件的工作頻率較低時(如數(shù)百兆赫茲)，如果用介電常數(shù)低的材料，器件尺寸將大得無法使用。因此，最好能使介電常數(shù)系列化以適用于不同的工作頻率。

介電損耗也是射頻器件設(shè)計時一個重要考慮參數(shù)，它直接與器件的損耗相關(guān)。理論上希望越小越好。

介電常數(shù)的溫度系數(shù)，這是決定射頻器件電性能的溫度穩(wěn)定性的重要參數(shù)。

為了保證LTCC器件的可靠性，在材料選擇時還必須考慮到許多熱機械性能。其中最關(guān)健的是熱膨脹系數(shù)，應(yīng)盡可能與其要焊接的電路板相匹配。此外，考慮到加工及以后的應(yīng)用，LTCC材料還應(yīng)滿足許多機械性能的要求，如彎曲強度σ、硬度Hv、表面平整度、彈性模量E及斷裂韌性KIC等等。

工藝性能大體可包括如下方面：第一，能在900℃以下的溫度下燒結(jié)成致密、無氣孔的顯微結(jié)構(gòu)。第二，致密化溫度不能太低，以免阻止銀漿料和生帶中有機物的排出。第三，加入適當(dāng)有機材料后可流延成均勻、光滑、有一定強度的生帶。

國際上有duPont、Ferro和Heraeus三家提供數(shù)種介電常數(shù)小于10的生帶，國內(nèi)開發(fā)LTCC器件的研究所也都在采用這些生帶。這些生帶存在兩個問題：首先，介電常數(shù)未系列化，不利于設(shè)計不同工作頻率的器件。第二，這些生帶開發(fā)商并無實際使用生帶進行設(shè)計和生產(chǎn)的經(jīng)驗，比較注重生帶與銀漿料的匹配性和工藝性能，對于設(shè)計對生帶的要求的掌握并不詳盡。Heraeus似乎更著重于銀漿和介電粉料的開發(fā)，有退出生帶生產(chǎn)之勢。

設(shè)計

LTCC器件的設(shè)計包括電性設(shè)計、應(yīng)力設(shè)計和熱設(shè)計等諸多方面，其中以電性設(shè)計最為關(guān)鍵。由于LTCC器件中包括多個等效分立元件，互相間耦合非常復(fù)雜，工作頻率往往較高，更多的是采用電磁場而不是電路的概念。用過去的集總參數(shù)電路設(shè)計的方法是無法設(shè)計LTCC器件的。國內(nèi)尚未看到有關(guān)LTCC器件電性設(shè)計的報道，這大概是制約LTCC器件開發(fā)的另一個重要因素。香港青石集成微系統(tǒng)公司(CiMS)長期從事微波電磁場的研究與LTCC器件的設(shè)計，頗有造詣。CiMS采用先進的電磁場模擬優(yōu)化軟件為南玻電子設(shè)計了多款LC濾波器和模塊，取得了良好的效果。

由電磁場模似設(shè)計軟件可對生帶和銀電極的頻率響應(yīng)、損耗等進行定量分析，從而指導(dǎo)實際研發(fā)，縮短研發(fā)周期和成本。

ADS LTCC原理仿真

HFSS 3D LTCC電磁場仿真

原料問題

國內(nèi)LTCC行業(yè)面臨的問題主要是原材料的問題。原材料的來源主要有三種方式：其一，直接從國外進口生帶；其二，買磁粉，自己做生帶；其三，自己研制磁粉。這三種方式中，第一種成本最高，第三種最慢。

國內(nèi)做得比較好的深圳南玻電子有限公司的做法很值得借鑒，他們采用第二種方式，所生產(chǎn)出的生帶性能、質(zhì)量都很不錯，完全能夠滿足元器件及模塊設(shè)計的要求。

國內(nèi)LTCC產(chǎn)業(yè)的上游，也就是原材料的研究不能停留在能做出樣品、發(fā)表論文上，最終要落實到產(chǎn)業(yè)化上。他說，國內(nèi)研發(fā)力量參差不齊，一致性方面特別是質(zhì)量控制方面和國外企業(yè)相比還有差距，這是特別需要注意的問題。他強調(diào)，材料的一致性、可靠性及環(huán)保性，要全部達到要求，才能促進國內(nèi)LTCC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，否則缺了其中一環(huán)，是做不成的。雖然他們正在和國內(nèi)高校和研究所合作研究材料，但還沒有產(chǎn)業(yè)化。

10破局點

在LTCC領(lǐng)域，國內(nèi)起步晚了一些，在技術(shù)的爬升階段跟進得也慢了一些，導(dǎo)致與國外的差距越來越大，但也還是有機會的，因為市場容量在不斷增長，如藍牙的出貨量及無繩電話、手機產(chǎn)業(yè)同步增長，而WiFi、WLAN等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一旦成熟，勢必會牽引出許多新的電子產(chǎn)品，因此采用LTCC工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品市場機會是相當(dāng)大的。

采用LTCC工藝生產(chǎn)的元器件在手機板、交換機、電腦、便攜式電子產(chǎn)品及DC-DC電源領(lǐng)域有廣闊的前景，只要國內(nèi)企業(yè)找到市場需要的產(chǎn)品，就一定會有錢賺。

EMI/EMC(抗電磁干擾)元件將是LTCC破局的著落點，它將催生出一個僅次于電子元件的器件市場。他解釋說，我們每天生活的電磁波中，電磁干擾是個很嚴重的問題，因此電子產(chǎn)品的抗電磁干擾顯得尤為重要。EMI/EMC元件不僅用在傳統(tǒng)的家電，通信及便攜電子產(chǎn)品也要用到，而由此催生出的巨大市場將是數(shù)以億計的，使南玻研制出共模扼流圈，此外，LTCC在藍牙技術(shù)上的應(yīng)用也不容小覷，如近一兩年面世的平衡濾波器，是一個很經(jīng)典的器件，它的出現(xiàn)大大方便了藍牙產(chǎn)品貼裝，節(jié)省了面積，簡化了采購。

審核編輯 ：李倩