LTCC, полное название которого Low Temperature Co-fired Ceramic (низкотемпературная керамика совместного обжига), как следует из названия, представляет собой технологию совместного обжига многослойных керамических материалов с металлическими проводниками при относительно низких температурах (обычно ниже 900 °C). С момента своей разработки компанией Hughes Corporation в США в 1982 году эта технология прошла путь от первоначального применения в радиолокационных чипах до создания сложных микроэлектронных систем.
Характеристики технологии LTCC
Низкотемпературное спекание: LTCC использует процесс совместного обжига керамических порошков и металлических паст при температурах ниже 900 °C, что позволяет снизить производственные затраты и потребление энергии.
Многослойная интеграция: сырая керамическая лента, изготовленная методом рулонного формования, подвергается лазерной перфорации, печати проводящей пастой и ламинированному горячему прессованию для формирования электронных подложек со встроенными трехмерными сетями цепей. Эта технология поддерживает интеграцию нескольких пассивных компонентов, повышая плотность сборки цепей и функциональное разнообразие.
Разнообразный выбор материалов: технология LTCC допускает использование металлических электродов, таких как серебро и медь, с широким диапазоном диэлектрической проницаемости (от 4,8 до 70), сочетая характеристики высокочастотной передачи с термической стабильностью.
Прерывистое производство: облегчает контроль качества проводки и соединительных переходных отверстий каждого слоя перед окончательной сборкой, улучшая выход и качество многослойных подложек, сокращая производственные циклы и снижая затраты.
Ключевые преимущества технологии LTCC
Превосходные высокочастотные характеристики: материалы LTCC обладают выдающимися высокочастотными характеристиками и высокой скоростью передачи данных. Их керамический состав обеспечивает высокий коэффициент добротности и стабильные диэлектрические постоянные, которые можно адаптировать путем корректировки состава для удовлетворения различных требований схем, тем самым повышая гибкость проектирования. Кроме того, использование высокопроводящих металлов, таких как серебро и медь, в качестве проводников повышает коэффициент качества схемных систем. Это делает LTCC особенно эффективной в высокочастотных приложениях, включая микроволновые и миллиметровые технологии.
Высокая интеграция и миниатюризация: технология LTCC позволяет создавать высокоплотные маршрутизации и структурные конфигурации, благодаря чему в многослойные подложки можно встраивать несколько пассивных компонентов (резисторы, конденсаторы, индукторы, фильтры и т. д.). Это существенно увеличивает плотность сборки схем, обеспечивает многофункциональность и значительно уменьшает объем и вес электронных модулей. Она также может быть интегрирована с активными компонентами для формирования полных схемных систем, что делает ее основной технологией для пассивной интеграции.
Высокая надежность и адаптируемость к окружающей среде: подложки LTCC демонстрируют отличную стойкость к высоким температурам и большим токам, а их теплопроводность превосходит теплопроводность традиционных печатных плат. Это обеспечивает продуктам LTCC длительный срок службы и повышенную надежность, что делает их особенно подходящими для использования в суровых условиях, таких как автомобильная электроника, аэрокосмическая и военная промышленность. Кроме того, их коэффициент теплового расширения соответствует коэффициенту теплового расширения кремниевых микросхем, что снижает тепловую нагрузку и повышает надежность высокоплотных корпусов. LTCC также обладает отличной герметичностью, защищая внутренние компоненты от влаги и химической коррозии.
Экономическая эффективность и эффективность производства: LTCC использует процесс низкотемпературного спекания (обычно ниже 900 °C), что снижает требования к оборудованию и позволяет использовать более дешевые проводящие материалы, такие как серебро и медь. Прерывистый производственный процесс облегчает контроль качества каждого слоя перед спеканием, повышая выход многослойных подложек, сокращая производственные циклы и снижая общие затраты.
Гибкость дизайна и многофункциональность: технология LTCC позволяет интегрировать различные функции, такие как встраивание пассивных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и индукторы. Она также позволяет создавать полости различной геометрии, что облегчает создание высокопроизводительных многофункциональных микроволновых модулей. LTCC демонстрирует отличную совместимость с технологией тонкопленочной многослойной проводки; их совместное использование позволяет создавать гибридные многочиповые сборки с более высокой плотностью упаковки и превосходными характеристиками.
Спрос на технологию LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic, низкотемпературная керамика совместного обжига) обусловлен ее незаменимыми преимуществами в современных электронных системах. Особенно в условиях тенденции к высокой частоте, высокой скорости, высокой интеграции и миниатюризации ее характеристики становятся ключевыми для преодоления ограничений традиционных технологий. Почему она необходима?
1.Неизбежный выбор для высокочастотной связи
Превосходные высокочастотные характеристики: с развитием таких технологий, как 5G, 6G и миллиметровое радио, частоты сигналов достигают уровня ГГц и даже ТГц. Традиционные материалы (такие как FR-4) демонстрируют значительно повышенные потери на высоких частотах, в то время как диэлектрическая проницаемость (εr) и тангенс угла потерь (tanδ) LTCC могут быть точно настроены с помощью состава материала для достижения низких потерь и высокого коэффициента Q, что соответствует требованиям высокочастотной передачи сигналов.
Интегрированные фильтры: LTCC позволяет встраивать пассивные компоненты, такие как трехмерные фильтры и дуплексоры, что снижает потери на пути сигнала и повышает производительность коммуникационных модулей. Например, массивы фильтров в базовых станциях 5G, использующих технологию LTCC, могут достигать более чем 50% уменьшения объема при одновременном снижении вносимых потерь.
2.Спрос на миниатюризацию и высокую плотность
Возможность многослойной маршрутизации: LTCC поддерживает маршрутизацию по десяти и более слоям, при этом межслойные соединения достигаются с помощью лазерного сверления. Плотность вертикальных межсоединений может достигать сотен переходных отверстий на квадратный миллиметр, что значительно превосходит традиционную технологию печатных плат. Это существенно увеличивает функциональную интеграцию в приложениях с ограниченным пространством, таких как мобильные телефоны и носимые устройства.
Технология встроенных компонентов: пассивные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и индукторы, могут быть непосредственно встроены в подложки LTCC, что позволяет уменьшить количество компонентов для поверхностного монтажа и сэкономить место. Например, антенные модули смартфонов, в которых используется LTCC, позволяют уменьшить объем на 30 % и одновременно повысить эффективность антенны.
3.Надежность и адаптируемость к окружающей среде
Устойчивость к высоким температурам и термоциклированию: подложки LTCC демонстрируют отличную стабильность размеров в диапазоне температур от -55 °C до +125 °C. Их коэффициент теплового расширения (CTE) соответствует коэффициенту теплового расширения полупроводниковых чипов, что сводит к минимуму отказы, вызванные тепловыми нагрузками. Это свойство имеет решающее значение в автомобильной электронике (например, датчики ADAS) и аэрокосмических приложениях.
Герметичная изоляция: LTCC позволяет совместно обжигать металлы и керамику для формирования герметичных камер, защищающих внутренние компоненты от влаги, коррозии и других факторов окружающей среды, что продлевает срок службы продукта. Например, модули в медицинских имплантатах, герметизированные с помощью LTCC, достигают срока службы более 10 лет.
4.Баланс между стоимостью и эффективностью производства
Процесс низкотемпературного спекания: температура спекания ниже 900 °C обеспечивает совместимость с недорогими проводящими материалами, такими как серебро и медь, что снижает затраты на сырье. Одновременно с этим низкотемпературный процесс минимизирует потребление энергии, сокращает производственные циклы и увеличивает производственную мощность.
Прерывистое производство: LTCC поддерживает послойную проверку, что позволяет на ранней стадии обнаруживать и устранять дефекты. Это дает выход продукции на 20 % выше, чем у традиционной высокотемпературной керамики совместного обжига (HTCC), что снижает общие затраты.
5.Содействие межотраслевой конвергенции технологий
Совместимость с тонкопленочной технологией: LTCC интегрируется с тонкопленочными процессами для формирования гибридных многослойных подложек, обеспечивая баланс между высокочастотными характеристиками и мелкой разводкой. Например, в оптических модулях LTCC поддерживает высокоскоростные оптоэлектронные устройства, а тонкопленочные слои позволяют создавать межсоединения микрометрового масштаба.
Поддержка систем в корпусе (SiP): в качестве материала подложки для SiP LTCC объединяет различные функциональные модули, такие как датчики, MEMS и ИС, стимулируя развитие миниатюрных систем в таких областях, как Интернет вещей и автономное вождение.
Благодаря своим высокочастотным характеристикам, высокой плотности интеграции и адаптивности к окружающей среде, технология LTCC эффективно удовлетворяет потребности в миниатюрных высокопроизводительных электронных компонентах в таких секторах, как 5G-связь и автомобильная электроника. С постоянной оптимизацией материалов и процессов сфера ее применения будет расширяться, обеспечивая стабильную поддержку надежной работы и функциональной интеграции электронных систем. LTCC готова стать значительной движущей силой в продвижении технологических усовершенствований в масштабах всей отрасли.
