LTCC生产方案工艺和概述部分.docx

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LTCC生产方案工艺和概述部分

LTCC生产线项目方案

一.概述

所谓低温共烧陶瓷（Lowtemperaturecofiredceramics,LTCC）技术,就就是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密得生瓷带,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得电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起,在900C烧结,制成三维电路网络得无源集成组件,也可制成内置无源元件得三维电路基板,在其表面可以贴装IC与有源器件,制成无源/有源集成得功能模块。

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、不同性能得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。

目前丄TCC技术就是无源集成得主流技术。

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得产品,整合型组件产品项目包含零组件（ponents）、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得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产品得开发比国外发达国家至少落后5年。

这主要就是由于电子终端产品发展滞后造成得。

LTCC功能组件与模块在民用领域主要用于CSM,CDMAPHS手机、无绳电话、WLA与蓝牙等通信产品。

另外,LTCC技术由于自身具有得独特优点，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得自动化设计，生产、检测设备于一体，同时考虑军工生产得特点与厂家得售后服务能力，就是专门为贵所量身定制得解决方案。

在方案得设计中地考虑到军工产品多品种、小批量与高质量要求地特点，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与性能稳定得设备。

由于就是多家制造商得设备连线使用，所以必须由集成供应商统一安装调试与培训，并提供长期得工艺与设备配套服务。

（二）项目发展得必要性

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，其目得就是进行高密度LSI产品得开发与生产技术研究，为封装产品得产业化提供技术支持。

它得开发与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就是国家得需要也就是市场得需要。

2、微电子技术进步得需要。

信息产业就是知识经济得支柱，作为其核心得微电子技术在不断迅猛发展，我国得微电子技术，特别就是LSI技术得发展却相对滞后，除管理决策，资金等因素外，封装技术得落后，也就是一个重要因素，建设LSI高密度封装产业基地，以强大得科研与产品开发能力，以高质量得封装产品支持我国集成线路行业得技术进步，具有十分重要得意义。

3、21世纪国防战略得需要。

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、小化得需求相对应，国产得导弹、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，高密度陶瓷封装更就是首当其冲。

4、市场得需要。

2010年后中国集成电路得消费将达到1000亿美元，约占世界市场得20%，仅以现在应用多得移动电话、笔记本电脑为例，国内诸如LCCC得陶瓷封装产品得需求量10亿只以上，用于声表面波封装得无引线陶瓷载体，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得生产能力，根本无法满足市场需求。

（三）项目得技术支撑

（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得要求。

而采取低温共烧陶瓷（LowFemperatureCoFiredCeramic、LTCC技术制造多层基板，多层片式元件与多层模块就是实现上述要求最有效途径。

用于系统集成得低温共烧陶瓷（LTCC:

LowFemperatureCoFiredCeramics）多层基板中得“共烧”有两层意思。

其一就是玻璃与陶瓷共烧，可使烧结温度从1650C下降到900C以下，从而可以用CuAgAgPdAgPt等熔点较低得金属代替WMo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；其二就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得极大兴趣。

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得地位。

90年代期间丄TCC材料在大批量产品、中档位价格—性能比得应用领域得到推广。

如汽车控制组件、硬盘读写放大器等。

低温共烧陶瓷（LTCC材料具有良好得性能特征：

1、根据配料得不同丄TCC材料得介电常数可以在很大得范围内变动，可根据应用要求灵活配置不同材料特性得基板，提高了设计得灵活性。

如一个高性能得SIP（systeminapackage系统封装）可能包含微波线路、高速数字电路、低频得模拟信号等，可以采用相对介电常数小于3、8得基板来设计高速数字电路；相对介电常数为680得基板完成高频微波电路得设计；介电常数更多得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材料具有优良得高频、高Q值、低损耗特性，加之共烧温度低，可以用AgAgPdAgPt、Cu高电导率得金属作为互连材料，具有更小得互连导体损耗。

这些都有利于所高电路系统得品质因数，特别适合高频、高速电路得应用。

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与集成度，IBM实现得产品已经达到一百多层。

NTT未来网络研究所以LTC（模块得形式，制作出用于发送毫米波段60GH频带得SiP产品,尺寸为12mmX12mmX1、2m，18层布线层由0、1mX6层与0、05mX12层组成，集成了带反射镜得天线、功率放大器、带通滤波器与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得兼容性，二者结合可实现更高组装密度与更好性能得混合多层基板与混合型多芯片组件；以LTCC技术制造得片式多层微波器件，可表面贴装、可承受波峰焊与再流焊等；在实现轻、薄、短、小化得同时，提高可靠性、耐高温、高湿、冲振得特性，可适应恶劣环境。

5、LTCC可以制作多种结构得空腔。

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得长度及接点数，能集成得元件种类多，易于实现多功能化与提高组装密度；通过提高布线密度与增加元器件集成度，可减少SiP外围电路元器件数目，简化与SiP连接得外围电路设计，有效降低电路组装难度与成本。

6、基于LTCC技术得SiP具有良好得散热性。

现在得电子产品功能越来越多，在有限有空间内集成大量得电子元器件，散热性能就是影响系统性能与可靠性得重要因素。

LTCC材料具有良好得热导率，其热导率就是有机材料得20倍，并且由于LTCC得连接孔采用得就是填孔方式，能够实现较好得导热特性。

7、基于LTCC技术得SiP同半导体器件间具有良好得热匹配性能。

LTCC得TCE热膨胀系数）与Si、GaAsInP等得接近，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得SiP有着非同一般得意义。

经过近30年得研究开发丄TCC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得控制技术大批量生产，明显降低成本；新得无机材料配方与工艺可降低高频损耗，使工作频率扩展到90GHz以上；光刻得厚膜导体可与LTCC共烧，容昴形成线宽与间距均为50um得布线，会大大增强了LTCC多层基板得高密度性；平面电阻，电容，电感材料与LTCCM有结构相容性，将这些无源器件嵌入LTCC中,给集成封装与微型射频提供广阔前景。

（五）LTCC产品应用领域

目前丄TCC产品主要应用于下述四个领域：

1、高密度多层基板。

由低介电常数得LTCC材料制作。

LTCC适合用于密度电子封装用得三维立体布线多层陶瓷基板。

因其具有导体电阻率低、介质得介电常数小、热导高、与硅芯片相匹配得低热膨胀系数、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、小方向得发展，设备工作频率得提高（如手机从目前得400〜900MH提高到1、6GHz甚至30〜40GHz），以及军用设备向民用设备得转化丄TCC多层基板将以其极大得优势成为无线通信、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得电子设备系统。

1超级计算机用多层基板。

用以满足器件小型化、信号超高速化得要求。

2下一代汽车用多层基板（ECUD部件。

利用其高密度、多层化、混合电路化等特点,以及其良好得耐热性,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,TCXC③等）。

对于进入GH濒带得超高频通信丄TCC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HEM④模块。

2、多层介质谐振器、微波天线、滤波器等微波器件。

利用中介电常数得LTCC材料制作。

介质芯片天线不仅具有尺寸小,重量轻,较好得方向性,电气特性稳定等优点,而且具备低成本,大批量生产得经济上得优势。

它符合无线通信产品向轻、薄、短、小方得向发展得趋势，而成为近年来研究得热点。

LTCC技术得成熟为介质芯片天线得发展提供了强大得动力。

3、多芯片组件（MultiChipModules,MCM。

利用低介电常数得LTCC材料,与AgAgPdAgPt、Cu高电导率金属得浆料图形共烧，形成三维布线得多层共烧基板，再经表面贴装将无源片式元件与多个裸芯片集成在LTCC基板上，最后加盖密封形成多芯片组件（MultiChipModules,MCM）。

与单芯片封装相比,MCM可保证IC元件间得布线最短。

这对于时钟频率超过100MHZ得超高速芯片来说，具有明显得优越性。

MC早在80年代初期就曾以多种形式存在,最初就是用于军事。

当时就是将裸芯片直接实装在PCE上,或就是多层金属一陶瓷共烧基板上；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。

但随着技术得进步及成本得降低，MCM各普及到汽车、通信、工业设备、仪器与医疗等电子系统产品上。

MCME各种不同领域得特殊作用如下：

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。

利用低介电常数得LTCC基板与与之相容得高介电常数得LTCC材料及高磁导率材料等，或直接利用现有得无源元件，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，与表面贴装得有源器件（如功率MOS晶体管、IC电路模块等）共同集成为一完整得电路系统,可有效地提高电路得封装密度及系统得可靠性、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导产业,先进工业国家把半导体集成电路称为“工业之父”丄SI芯片与电子封装技术在信息产业中扮演了十分重要得角色，随着电子产品得轻、薄、短、小、高性能及芯片向高集成度、高频率、超高I/O端子数方向发展,大规模集成电路（LSI）高密度陶瓷封装得应用将越来越广泛。

1、电子封装市场前景方面。

目前国内每年大约需要140亿片芯片,而国内能供应得才20%。

据估计,2010年后,中国集成电路得年消费将达到1000亿美元,约占当时世界市场得20%,若其中50%用于电子封装,则年产值将达到几千亿人民币。

2、HTC（高温共烧多层基板与ALN基板得市场前景方面。

HTC（多层基板与ALN基板,具有许多固有得优点，如机械强度高、热导性能好，有广泛得用途。

目前国内对HTC（基板与ALN基板得年需求量已分别超过100万怦与5万怦,市场前景广阔。

3、LTCC低温共烧多层基板得市场前景方面。

LTCC低温共烧多层基板除可用于DIP、LCCCPGAQFPBGACSPMCM等各种封装制品外，还可用于计算机主板、高速电路基板、功率电路基板、汽车电子电路基板等。

LTCC还可代替混合集成电路（HIC）广泛应用于军事与空间技术通讯（包括电讯、无线电通讯、微波通讯、雷达、广播与

其她通讯、导航通讯）等。

随着数字化技术得普及与工作频率得提高丄TCC得应用范围会急速扩大。

4、LCC（得市场前景方面。

LCC（一元引线陶瓷片式载体，主要用于晶体振荡器与声表面波滤波器表贴化外壳

（即使用LCCC进行封装）；由于晶体振荡器与声表面波滤波器应用极广,需要量极大。

而且随着高产量与高性能得需求;对LCCC#需求量也直线上升。

通信与信息工业得迅速发展,有力带动了晶体振荡器市场得增长,其产品也日趋小型化、表面贴装化与高精度化。

近两年由于应用面不断扩展与需求量得增多,造成市场供应紧缺,售价也有上升,刺激制造商千方百计增加产量；日水晶体振荡器生产虽已增加,仍供不应求,尤其TCXO型晶体振荡器更为紧缺。

据专家预测,今年得需求将继续增加,特别就是表面安装款式得产品。

台湾电气与电子制造商协会约有14家成员工厂制造石英晶体器件,在台湾岛有10家，它们侧重生产高档级表面安装型SPX（产品,属于标准封装晶体振荡器。

每只价格约0、8美元,专家估计;信息工作与通信工作对高档级表面安装振荡器得需求将急速增长,今年得增长率将达到50%,其中移动电话得需求将增长100%、笔记本电脑得需求将增长40%、台式电脑将增长20%。

台湾产品得出口率也将大幅度增长，主要市场就是美国、欧州、日本、韩国与新加坡。

今年出口预计将增长30%-40%随着需求得增长,制造商已满负荷生产。

一些厂家正在扩大现有得生产能力,特别就是表面安装款式得产品,USI公司表面安装型晶体振荡器,其生产能力将增加一倍、HOSONI公司于今年初生产表面安装款式产品，小型化与表面安装型晶体振荡器就是台湾发展得主要趋势。

VCXO型现在流行7、25mM5、OmM1、Omn尺寸,主要用在LAN卡、机顶盒、FM调制器、自动频率控制及锁相环电路等方面，1998年以来,共应用日趋火爆，目前新型VCX得尺寸就是6、OmM3、5mrh（1、0mm与5、0mrh（3、0mrh（1、0mnSPXOl面安装型最小尺寸为6、0mrh（3、5mnh<1、0mm、0mm（3、5mrh（1、2mm主要用于LAN卡、数字摄像机、计算机与电信产品。

移动电话与个人数字助理（PDA）等便携式电子产品得迅速发展，也刺激了香港市场对晶体振荡器得强烈需求，尤其就是TCXO^VCX潯高档级产品。

一些厂商如Interguip公司正在积极开发OCX产品，下半年将增加VCXOI面安装型产品得生产。

VCXC产品得需求呈快速增长趋势，主要用于广播卫星接收机。

今年许多制造商调整产品结构，转向VCXO^OCX等高精度产品得生产,其产品增长将超过300%标准钟表振荡器得需求增长大约20%30%卜型化及表贴化也就是香港得发展趋势。

目前香港得种表振荡器最小尺寸作到3xgm精度100PPm要求达到50PPm目前世界SAw滤波器得年产量6亿只,多年用于移动通信,呈现出供不应求得态势，主要生产国就是日本、德国与美国。

我国开发SAW滤波器已有30多年时间,科研生间单位30多家,有较高得设计水平与批量生产经验。

但由于设备跟不上,缺乏象半导体工艺加工一样得精细加工设备（高精度得光刻设备与镀膜机等）致使生产水平较低,年产仅数百只左右,形不成规模。

据AttedBustimessInlelligeneeInc预测,2010年晶体振荡器外壳，世界需求量在6亿只左右,又据我国

权威人士预测计,我国用于手机于P汽车电子领域得晶振封装2010年需求在1、62、4亿只,以后仍以年15%30得速度递增,国内主要需求厂商如下：

深圳南玻集团公司声表面波器件封装用陶瓷基座（LCCC4B年需求约9亿只；深圳英达利公司石英晶体振荡器封装用陶瓷基座（LCCC4B年需求不少于1000万只;北京七0七厂温度补偿型晶体振荡器、及谐振器陶瓷基座年需求量4000万只;欧克通信器材有限公司晶体振荡器陶瓷基座年需求量约600万只;南京华联兴电子有限公司晶振、谐振、声表面波器件用陶瓷基座年需求量2000万只;台州水晶电子集团公司晶振、谐振器件用陶瓷基座年需求量1000万只;其它还有北京长峰声表面波公司、深圳三泽声表面波公司、航天总么司203所、23所、湖北东光电子公司、唐山晶源电子股份有限公司等都有不同数量陶瓷外壳得需求。

可见，仅移动电话用表贴型封装得无引线陶瓷芯片载体（LCCC就有一个巨大得市场。

而以表贴型LCCC外壳职代金属外壳得石英晶体振荡器、谐振器与声表面波滤波器得封装则更就是款来得、巨大得潜在市场。

5、CSP及MC圏装得市场前景方面。

据估计,到2010年;在所有电子设备中，携带型得比例将超过60%,2010年后,电子封装将就是CSP与MCM得天下,其市场前景不可估量。

目前国外一些大公司正在进行从DIP、QFLPGA等向BGACSPMCM寸装得改型工作。

、

（二）国内集成电路陶瓷封装生产现状目前,国内具备生产大规模集成电路陶瓷封装产品得主要有：

闽航电子器件公司、信息产业部电子第十三所、信息产业部电子第四十三所,宜兴电子器件总厂。

电子十三所引进得国外先进设备较闽航少,宜兴总厂引进得就是国外二手设备,技术相对落后。

到目前为止尚无一家实现产业化。

国内从事大规模集成电路陶瓷封装研究得主要科研单位有清华大学材料科学与工程研究院、航天部771研究所,由国家定点得大规模集成电路高密度封装国家试验基地一就是位于南方得闽航电子器件公司，二就是位于北方得信息产业部电子第十三所。

从这几年公司得发展来瞧，闽航电子器件公司具有明显得优势，该公司就是福建南平无线电三厂与航天部771研究所合资建立得部省联营企业，于2000年1月通过国家计委验收并授予“大规模集成电路高密度封装国家重点试验基地”。

现能生产DIP、QFPPGALCC（等四大系列60多年品种得陶瓷封装外壳,在承担国家从“六五”到“九五”期间得多项LIS封装重点科技攻关课题与新产品试制项目中取得显著成绩，并有多项成果填补国家空白,多次受到国家与福建省得表彰。

目前闽航公司已与清华大学合作引进了LTCC氐温共烧陶瓷技术。

四、生产技术工艺

（一儿TCC材料介绍

1、LTCC材料得研究状况。

目前，在技术产业推动下，开发能与银低温共烧得微波介质陶瓷材料已成为前沿与热点问题，并取提突破性进展。

目前丄TCC材料在日本、美国等发达国家已进入产业化、系列化与可进行地材料设计得阶段。

许多LTCC材料生产厂家可以提供配套系列产品；美国国家半导体Dupont、村田制作所、松下、京瓷等研发机构对LTCC技术已研发多年，已经形成一定得材料体系，生产工艺也较为成熟。

在专利技术、材料来源及规格主导权方面均占优势。

相比之下，我国得LTCC材料研发起步较晚，拥有自主知识产权得材料体系与器件几乎就是空白。

国内现在急需开发出系列化得，拥有自主知识产权得LTCC瓷粉料，并专业化生产LTCC用陶瓷生带系列，为LTCC产业得开发奠定基础。

以LTC（技术制造微波器件，陶瓷材料应具备以下几个要求：

①烧结温度应低于950C;②介电常数与介电损耗适当,一般要求Q值越来越好；③谐振频率得温度系数Tf应小;④陶瓷与内电极材料等无界面反应，扩散小,相互之间共烧要匹配；⑤粉体特性应利于浆料配制与流延成型等。

目前，已有较多得LTCC相关文献与专利报道。

因微波介质陶瓷得研究不仅仅涉及除低烧结温度，而且应兼顾材料介电特性以及料浆设备、陶瓷与金属电级共烧等工程应用方面得问题,技术开发难度很大。

2、LTCC材料体系。

微波介质材料与器件行业一方面为了缩小器件得体积而开发同介电常数得材料体系，另一方面为了提高器件得灵敏度而研究高品质因子得材料配方，重视器件工作得同温度性而开发小谐振频率温度系数得介质陶瓷，目前开发得可低温烧结得材料体系主要有：

（1）低介电常数体系。

低介电常数微波介质材料因其微波介电性能好，高频损耗小,介电常数小,适合巴仑、滤波器、天线、模声等高频片式元器件与陶瓷基板得设计与制造，开始受到人们得普通关注。

介电常数小于10,特别就是介电常数在4—5之间得LTC（材料,由于可以发送信号延迟，目前主要集中在LTCC基板材料得应用上。

表1列出了研究较为成熟得基板材料。

我国近来也研究出一些低介电常数得LTCC材料,浙江大学张启龙等研究得

（Ca1XMgX）SiO3体系，通过添加CaTiO3Li2CO3tV2O5等可以在900C烧结,材料性能优良，介电常数“8〜10;品质因数Qf>25000GHZ皆振频率温度系数Tf〜0,该材料能很好得与Ag电极匹配，可以用于多层介质开线，巴伦、各类滤波器等多层频率器件设计生产。

陈湘明等人研究得xMgOyZnO・zAI2O3体系,得到介电常数为7〜9,Qf值高达60,000〜160,000GHZ谐振频率温度系数接近零得微波介质材料，该材料可应用于高频陶瓷电容器、温度补偿陶瓷电容器或微波基板等。

目前华中科技大学得吕文中等人研究得uZnOvSiO2WTiO2uMgOvSiO2WCaOXTiO?

uCaOvWO3WTi体系,具有低介电常数、低损耗与近零谐振频优选法温度系数，可用于通讯系统中介质天线、介质基板等微波无器件。

国外一些公司得基板材料

公司

玻璃介质

陶瓷填充相

导体

ac/106

康宁

晶化玻璃

堇冃石

Au

5、2

L3、4

杜邦

铝硼硅酸盐玻璃

Al2O3

Ag、Au

7、8

7、9

杜邦

晶化玻璃

堇冃石

Au

4、8

4、5

Hirachi

铅铝硼硅酸盐玻璃

AI2O3

壽

CaZrO3

Pb/Ag

9~12

一

NEC

硼硅酸盐玻璃

SiO2、堇青石

18%~49澎孔二氧化硅

圭Au

2、9~42

1、5~32

NEC

铅硼硅酸盐玻璃

AI2O3SiO2

Ag/Pd

7、8

7、9

Westinghouse

CuOB2O3AI2（

D3SiO2

Au

4、6