从手机发展看LTCC技术的应用

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  1 LTCC简介

  未来手机正朝着轻型化、多功能、数字化及高可靠性、高性能的方向发展,对元器件的小型化、集成化以至模块化要求愈来愈迫切。低温共烧陶瓷技术(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)是近年来兴起的一种令人瞩目的多学科交叉的整合组件技术,它在推动手机体积和功能上的变化中都起到了巨大的作用,正是实现未来手机发展目标的有力手段。这项技术最先由美国的休斯公司于1982年研制成功,其具体的工艺流程就是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带,作为电路基板材料,在生瓷带上利用激光打孔、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,并将多个无源元件(如电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等)埋入其中,然后叠压在一起,在900℃烧结,制成三维电路网络的无源集成组件,也可制成内置无源元件的三维电路基板,在其表面可以贴装IC和有源器件,制成无源/有源集成的功能模块。

  

 

  图1 LTCC在手机收发模块中的应用

  看到上面如此繁杂和专业的解释,也许很多人已经开始犯晕,其实从字面上来看,“低温共烧陶瓷”已经告诉了大家其基本的含义,首先,它是由陶瓷材料做成的;其次,所谓的“低温共烧”,就是在相对较低的烧结温度下(1000℃以下),将多层不同功能的生陶片叠在一起烧制,最终得到需要的元器件。曾有人做了一个形象的比喻,将低温共烧陶瓷制成的元器件比作一栋大厦,每一层有着不同的功能,但它们又是一个整体。

  LTCC 在手机中的用量约达80%以上,手机中使用的LTCC产品包括LC滤波器、双工器、功能模块、收发开关功能模块。平常老百姓接触到最多的就是手机、电话、无绳电话,现在用得最多的是蓝牙耳机里面的天线。只要体积小的,无线接收的设备肯定要用到滤波器、天线,这些都离不开LTCC。LTCC器件的体积很小,最小的只有1mm×0.5mm,放在手中,打个喷嚏可能就不见了。

  

 

  图2 LTCC电子元器件
2 LTCC的优势

  与其它集成技术相比,LTCC有着众多优点:

  第一,陶瓷材料具有优良的高频、高速传输以及宽通带的特性。根据配料的不同,LTCC材料的介电常数可以在很大范围内变动,配合使用高电导率的金属材料作为导体材料,有利于提高电路系统的品质因数,增加了电路设计的灵活性;

  第二,可以适应大电流及耐高温特性要求,并具备比普通PCB电路基板更优良的热传导性,极大地优化了电子设备的散热设计,可靠性高,可应用于恶劣环境,延长了其使用寿命;

  第三,可以制作层数很高的电路基板,并可将多个无源元件埋入其中,免除了封装组件的成本,在层数很高的三维电路基板上,实现无源和有源的集成,有利于提高电路的组装密度,进一步减小体积和重量;

  第四,与其他多层布线技术具有良好的兼容性,例如将LTCC与薄膜布线技术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多芯片组件;

  第五,非连续式的生产工艺,便于成品制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成品率和质量,缩短生产周期,降低成本。

  第六,节能、节材、绿色、环保已经成为元件行业发展势不可挡的潮流,LTCC也正是迎合了这一发展需求,最大程度上降低了原料,废料和生产过程中带来的环境污染。

  3 LTCC的应用前景

  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电子元件集成化、模组化的首选方式,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。尽管目前的LTCC厂商大部分为外资企业,包括日本的村田(Murata)、京瓷(Kyocera)、TDK和太阳诱电(Taiyo Yuden)、美国西迪斯(CTS Corp)和欧洲的罗伯特?博世有限公司(Bosch)、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,低温共烧陶瓷技术将成为未来若干年内中国电子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,这其中不乏像浙江正原电气股份有限公司、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革命性的影响。

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