LTCC基板材料简介

LTCC技术在高性能计算机、无线通讯、汽车和消费电子等领域已获得了广泛的应用。在5G通信、智能、无人驾驶等技术的发展下，要求元器件以小、薄、轻、低功耗、高可靠性为特性。LTCC技术是实现无源器件微型化、集成化、多功能化的重要技术。

然而，LTCC材料到器件应用的研究和生产是一个非常复杂的过程，包括陶瓷原材料、流延浆料、元器件设计与制造工艺等不同领域。LTCC材料从研发到实现器件的生产应用，需要从材料配方设计、制备工艺、粉体加工、生瓷带流延等一系列的工艺及测试，才能找到最佳的材料性能、工艺，最终满足性能的定型产品。这其中的研发难度大、周期长。

LTCC产品性能好坏很大程度上依赖所用原材料的性能。LTCC 陶瓷材料主要包括基板材料、封装材料和微波元器件材料。LTCC 微波元器件对材料的要求是 ：

（1）烧结温度应低于950℃；

（2）介电常数适当（一般为20~60），品质因数Q高，谐振频率温度系数τ f小；

（3）陶瓷材料与内电极无界面反应，扩散小，相互之间共烧匹配；

（4）陶瓷粉体易于流延成型。以下是几种主要的低温共烧微波介质陶瓷材料体系。 

所有的参数要求中，介电常数是LTCC材料最关键的性能。根据产品的需求不同，介电常数在2～20000范围内系列化变动以适用于不同的工作频率。例如相对介电常数为3.9的基板适用于高速数字电路的设计；相对介电常数为6～80的基板可很好地完成高频线路的设计；而相对介电常数在20000的基板，则可以使高容性器件集成到多层结构中。

同时，介质材料都需要有较低的介电损耗以满足微波、毫米波乃至太赫兹正常工作的需要。另一方面，采用LTCC技术可以把各种无源器件内埋到基板中实现高密度集成，而这种集成需要材料在工艺性能上具有匹配性，这是LTCC材料研究中的一个难题。目前国内各大企业及科研院校均在研究系列化的LTCC材料上已取得一定的突破，部分材料已用于LTCC器件的生产。 

为了满足3C对于高频和高速的需求，研究与生产低介电常数（ε≤10）的LTCC材料是一个新的挑战。在低介电常数的材料开发方面，Ferro和DuPont系统介电常数为5.2～5.9，ESL公司的为4.3～4.7，NEC公司LTCC基板介电常数为3.9左右，在介电常数达到4左右，信号延迟时间将减少33%以上，性能可获得质的飞越。目前介电常数低达2.5的尚处于开发。由于国外厂商的在LTCC相关器件研发的投入已久，在产品规格质量、材料研制以及相关专利技术等仍然均占有市场主导地位。

国内在LTCC领域关键技术研发开始较晚，在制作器件和组件的材料绝大部分需要进口，不仅技术受到限制，加大研发成本，同时制约了对相关产品研发速度和空间。这样市场占有率的巨大差距，已得到国内行业的重视。国内各大院校研究所和企业如清华大学、电子科技大学、华中科技大学、上海硅酸盐研究所、中电集团十三所和中电集团九所等已经开展了许多关于LTCC微波材料的基础和应用研究，并取得了一些成果。