LTCC生产方案工艺设计和概述部分.docx

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LTCC生产方案工艺设计和概述部分

LTCC生产线项目方案

一．概述

所谓低温共烧陶瓷（Low-temperaturecofiredceramics,LTCC）技术，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，在生瓷带上利用机械或激光打孔、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。

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、薄膜技术、硅片半导体技术、多层电路板技术等。

目前，LTCC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，整合型组件产品项目包含零组件（components）、基板（substrates）与模块（modules）。

LTCC（低温共烧陶瓷）己经进入产业化阶段，日、美、欧洲国家等各家公司纷纷推出了各种性能的LTCC产品。

LTCC在我国台湾地区发展也很快。

LTCC在2003年后快速发展，平均增长速度达到17.7%。

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功能组件和模块在民用领域主要用于CSM，CDMA和PHS手机、无绳电话、WLAN和蓝牙等通信产品。

另外，LTCC技术由于自身具有的独特优点,在军事、航天、航空、电子、计算机、汽车、医疗等领域均获得了越来越广泛

本推荐方案集成当今世界先进的自动化设计，生产、检测设备于一体，同时考虑军工生产的特点和厂家的售后服务能力，是专门为贵所量身定制的解决方案。

在方案的设计中地考虑到军工产品多品种、小批量和高质量要求地特点，在选用设备时以完整性、灵活性、可靠性为原则，其中在一些关键环节采用了一些国外较先进及技术含量较高和性能稳定的设备。

由于是多家制造商的设备连线使用，所以必须由集成供应商统一安装调试和培训，并提供长期的工艺和设备配套服务。

（二）项目发展的必要性

1、国家发展需要。

九五期间国家投巨资建设LSI高密度国家重点工业性试验基地，其目的是进行高密度LSI产品的开发和生产技术研究，为封装产品的产业化提供技术支持。

它的开发和研究成果直接为产业化服务，在试验基础上，尽快建设产业基地不仅是国家的需要也是市场的需要。

2、微电子技术进步的需要。

信息产业是知识经济的支柱，作为其核心的微电子技术在不断迅猛发展，我国的微电子技术，特别是LSI技术的发展却相对滞后，除管理决策，资金等因素外，封装技术的落后，也是一个重要因素，建设LSI高密度封装产业基地，以强大的科研和产品开发能力，以高质量的封装产品支持我国集成线路行业的技术进步，具有十分重要的意义。

3、21世纪国防战略的需要。

陶瓷封装产品以高可靠、高性能、小型化、多功能为其特点，这正与电子装备短、薄、轻、小化的需求相对应，国产的导弹、卫生、计算机、通讯、指挥系统。

尤其以高可靠、抗干扰、长寿命为首要指标，高密度陶瓷封装更是首当其冲。

4、市场的需要。

2010年后中国集成电路的消费将达到1000亿美元，约占世界市场的20%，仅以现在应用多的移动电话、笔记本电脑为例，国内诸如LCCC的陶瓷封装产品的需求量10亿只以上，用于声表面波封装的无引线陶瓷载体，仅京、圳两家公司年需求量就在1.8亿只以上，以目前国内两家企业一家研究所的生产能力，根本无法满足市场需求。

（三）项目的技术支撑

（四）LTCC技术优势

现代移动通讯、无线局域网、军事雷达等正向小型、轻、高频、多功能及低成本化发展，对元器件提出轻量、小型、高频、高可靠性、价格低廉提高集成度的要求。

而采取低温共烧陶瓷（LowFemperatureCo-FiredCeramic.LTCC）技术制造多层基板，多层片式元件和多层模块是实现上述要求最有效途径。

用于系统集成的低温共烧陶瓷（LTCC：

LowFemperatureCo-FiredCeramics）多层基板中的“共烧”有两层意思。

其一是玻璃与陶瓷共烧，可使烧结温度从1650℃下降到900℃以下，从而可以用Cu、Ag、Ag-Pd、Ag-Pt等熔点较低的金属代替W.Mo等难熔金属做布线导体，既可大大提高电导率，又可在大气中烧成；其二是金属导体布线与玻璃—陶瓷一次烧成，便于高密度多层布线。

80年代初，低温共烧陶瓷（LTCC）材料达到商业化水平，引起了高密度互联电路设计者的极大兴趣。

LTCC多层基板很快在各种高性能、中小批量产品、军事、航空等应用领域确立了举足轻重的地位。

90年代期间，LTCC材料在大批量产品、中档位价格—性能比的应用领域得到推广。

如汽车控制组件、硬盘读写放大器等。

低温共烧陶瓷（LTCC）材料具有良好的性能特征：

1、根据配料的不同，LTCC材料的介电常数可以在很大的范围内变动，可根据应用要求灵活配置不同材料特性的基板，提高了设计的灵活性。

如一个高性能的SIP（systeminapackage系统封装）可能包含微波线路、高速数字电路、低频的模拟信号等，可以采用相对介电常数小于3.8的基板来设计高速数字电路；相对介电常数为6-80的基板完成高频微波电路的设计；介电常数更多的基板设计各种无源元件，最后把它们层叠在一起烧结完成整个SIP器件。

便于系统集成、易于实现高密度封装。

2、LTCC材料具有优良的高频、高Q值、低损耗特性，加之共烧温度低，可以用Ag、Ag-Pd、Ag-Pt、Cu高电导率的金属作为互连材料，具有更小的互连导体损耗。

这些都有利于所高电路系统的品质因数，特别适合高频、高速电路的应用。

3、LTCC基板采多层布线立体互连技术，可以大大提高布线密度和集成度，IBM实现的产品已经达到一百多层。

NTT未来网络研究所以LTCC模块的形式，制作出用于发送毫米波段60GHz频带的SiP产品，尺寸为12㎜×12㎜×1.2㎜，18层布线层由0.1㎜×6层和0.05㎜×12层组成，集成了带反射镜的天线、功率放大器、带通滤波器和电压控制振荡器等元件。

LTCC材料厚度目前已经系列化，一般单层厚度为10～15um。

4、LTCC工艺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多芯片组件；以LTCC技术制造的片式多层微波器件，可表面贴装、可承受波峰焊和再流焊等；在实现轻、薄、短、小化的同时，提高可靠性、耐高温、高湿、冲振的特性，可适应恶劣环境。

5、LTCC可以制作多种结构的空腔。

空腔中可以安装有源、无源器件；LTCC层内可埋置（嵌入）无源器件；通过减少连接芯片导体的长度及接点数，能集成的元件种类多，易于实现多功能化和提高组装密度；通过提高布线密度和增加元器件集成度，可减少SiP外围电路元器件数目，简化与SiP连接的外围电路设计，有效降低电路组装难度和成本。

6、基于LTCC技术的SiP具有良好的散热性。

现在的电子产品功能越来越多，在有限有空间内集成大量的电子元器件，散热性能是影响系统性能和可靠性的重要因素。

LTCC材料具有良好的热导率，其热导率是有机材料的20倍，并且由于LTCC的连接孔采用的是填孔方式，能够实现较好的导热特性。

7、基于LTCC技术的SiP同半导体器件间具有良好的热匹配性能。

LTCC的TCE（热膨胀系数）与Si、GaAs、InP等的接近，可以在基板上直接进行倒芯片（flipchip，FC）组装，这对于采用不同芯片材料的SiP有着非同一般的意义。

经过近30年的研究开发，LTCC技术在实用化方面取得实质性进展。

目前，大尺寸，大容量基板可以通过烧结的控制技术大批量生产，明显降低成本；新的无机材料配方和工艺可降低高频损耗，使工作频率扩展到90GHz以上；光刻的厚膜导体可与LTCC共烧，容昴形成线宽和间距均为50um的布线，会大大增强了LTCC多层基板的高密度性；平面电阻，电容，电感材料与LTCC具有结构相容性，将这些无源器件嵌入LTCC中，给集成封装和微型射频提供广阔前景。

（五）LTCC产品应用领域

目前，LTCC产品主要应用于下述四个领域：

1、高密度多层基板。

由低介电常数的LTCC材料制作。

LTCC适合用于密度电子封装用的三维立体布线多层陶瓷基板。

因其具有导体电阻率低、介质的介电常数小、热导高、与硅芯片相匹配的低热膨胀系数、易于实现多层化等优点，特别适合于射频、微波、毫米波器件等。

目前，随着电子设备向轻、薄、短、小方向的发展，设备工作频率的提高（如手机从目前的400～900MHz提高到1.6GHz，甚至30～40GHz），以及军用设备向民用设备的转化，LTCC多层基板将以其极大的优势成为无线通信、军事及民用等领域重要发展方向之一。

下表列出了使用频率范围及相应的电子设备系统。

①超级计算机用多层基板。

用以满足器件小型化、信号超高速化的要求。

②下一代汽车用多层基板（ECU①部件）。

利用其高密度、多层化、混合电路化等特点，以及其良好的耐热性，作为一一代汽车电子控制系统部件，受到广泛注意。

③高频部件（VCO②,TCXO③等）。

对于进入GHz频带的超高频通信，LTCC多层基板将在手机、GPS定位系统等许多高频部件广泛使用（参照表）。

④光通信用界面模块及HEMT④模块。

2、多层介质谐振器、微波天线、滤波器等微波器件。

利用中介电常数的LTCC材料制作。

介质芯片天线不仅具有尺寸小，重量轻，较好的方向性，电气特性稳定等优点，而且具备低成本，大批量生产的经济上的优势。

它符合无线通信产品向轻、薄、短、小方的向发展的趋势，而成为近年来研究的热点。

LTCC技术的成熟为介质芯片天线的发展提供了强大的动力。

3、多芯片组件（Multi-ChipModules，MCM）。

利用低介电常数的LTCC材料，与Ag、Ag-Pd、Ag-Pt、Cu高电导率金属的浆料图形共烧，形成三维布线的多层共烧基板，再经表面贴装将无源片式元件和多个裸芯片集成在LTCC基板上，最后加盖密封形成多芯片组件（Multi-ChipModules，MCM）。

与单芯片封装相比，MCM可保证IC元件间的布线最短。

这对于时钟频率超过100MHz的超高速芯片来说，具有明显的优越性。

MCM早在80年代初期就曾以多种形式存在，最初是用于军事。

当时是将裸芯片直接实装在PCB上，或是多层金属—陶瓷共烧基板上；同时IBM也曾将其应用在3081型大型计算机上，采用混合电路技术把100块IC实装在30层陶瓷基板上，称之为热导组件（TCM）。

以前由于成本昂贵，MCM大都用于军事、航天及大型计算机上。

但随着技术的进步及成本的降低，MCM将普及到汽车、通信、工业设备、仪器与医疗等电子系统产品上。

MCM在各种不同领域的特殊作用如下：

①军事、航天：

武器系统、汽车导航系统、卫星控制装置、高频雷达；

②通信：

电话、无线电传真、通信设备、同步光纤网络；

③仪器设备：

高频示波器、电子显微镜、点火控制/温度控制；

④咨询：

IC存储卡、超级计算机、大型计算机、计算机辅助设计/制造系统、个人计算机；

⑤消费：

放像机、摄录放像机、数码相机、高清晰度电视机。

4、无源器件嵌入式系统封装（SysteminaPackage,Sip）基板。

利用低介电常数的LTCC基板和与之相容的高介电常数的LTCC材料及高磁导率材料等，或直接利用现有的无源元件，可将四大无源元件，即变压器（T）、电容器（C）、电感器（L）、电阻器（R）嵌入多层布线基板中，与表面贴装的有源器件（如功率MOS、晶体管、IC电路模块等）共同集成为一完整的电路系统，可有效地提高电路的封装密度及系统的可靠性、保密性，特别适用于移动通信、军事雷达、航空航天等领域

（一）国内外市场

我们已经进入信息时代。

目前，电子信息产业已成为世界性支柱与先