LTCC生产方案工艺和概述部分Word格式文档下载.docx

1、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。（3）

2、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（ Low Femperature Co-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 ：Low Femperature Co-Fired Ceramics ）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

3、-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

4、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（ system in a package 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

5、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 1212 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 1015um。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

6、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

7、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（ flip chip ，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

8、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

9、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 400900MHz提高到 1.6GHz，甚至 3040GHz），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（ ECU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（ VCO,TCXO等）。对于

10、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 HEMT 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-Chip Modules，MC）M。利用低介电常数的 LTCC材料，与 Ag、Ag

11、-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-Chip Modules，MC）M。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

12、 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（ System in a Package,

13、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导产业，先进工业国家把半导体集成 电路称为“工业之父”， LSI 芯片和电子封装技术在信息产业中扮

14、演了十分重要的角色，随着电子产品的轻、薄、 短、小、高性能及芯片向高集成度、 高频率、超高 I/0 端子数方向发展， 大规模集成电路（LSI）高密度陶瓷封装 的应用将越来越广泛。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，而国内能供应的才 20%。据估计， 2010 年后，中国集成电路的年消费将达到 1000 亿美元，约占当时世界市场的 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、HTCC高温共烧多层基板和 ALN基板的市场前景方面。 HTCC多层基板和 ALN基板，具有许多固有的优点， 如机械强度高、 热导性能好，有广泛的用途。 目前国内对 H

15、TCC基板和 ALN基板的年需求量已分别超过 100万和 5万，市场前景广阔。3、LTCC低温共烧多层基板的市场前景方面。 LTCC低温共烧多层基板除可用于 DIP、LCCC、PGA、QFP、BGA、 CSP、MCM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）广泛应用于军事和空间技术通讯 （包括电讯、 无线电通讯、微波通讯、雷达、广播 和其他通讯、导航通讯）等。随着数字化技术的普及和工作频率的提高， LTCC的应用范围会急速扩大。4、LCCC的市场前景方面。 LCCC一元引线陶瓷片式载体，主要用于晶体振荡器和

16、声表面波滤波器表贴化外 壳（即使用 LCCC进行封装）；由于晶体振荡器和声表面波滤波器应用极广，需要量极大。而且随着高产量和高性 能的需求；对LCCC的需求量也直线上升。通信和信息工业的迅速发展，有力带动了晶体振荡器市场的增长， 其产 品也日趋小型化、表面贴装化和高精度化。近两年由于应用面不断扩展和需求量的增多，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，今年的需求将继续增加，特别是表面安装款式的产品。台湾电气和电子制造商协会约 有 14家成员工厂制造石英晶体器件， 在台湾岛有 10 家

17、，它们侧重生产高档级表面安装型 SPXO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；信息工作和通信工作对高档级表面安装振荡器的需求将急速增 长，今年的增长率将达到 50%，其中移动电话的需求将增长 100%、笔记本电脑的需求将增长 40%、台式电脑将增 长 20%。台湾产品的出口率也将大幅度增长，主要市场是美国、欧州、日本、韩国和新加坡。今年出口预计将增 长 30% 40%。随着需求的增长，制造商已满负荷生产。一些厂家正在扩大现有的生产能力，特别是表面安装款式 的产品，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C司于今年初生产表面安装款式产

18、品， 小型化和表面安装型晶体振荡器是台湾发展的主要趋势。 VCXO型现在流行 7.25mm5.0mm1.0mm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 VCXO的 尺 寸 是 6.0mm3.5mm1.0mm 和 5.0mm3.0mm1.0mm SPXO 表 面 安 装 型 最 小 尺 寸 为 6.0mm 3.5mm1.0mm5.0mm1.2mm主要用于 LAN卡、数字摄像机、计算机和电信产品。移动电话和个人数字助理（ PDA）等便携式电子产品的迅速发展，也刺激了香港市场对晶体振荡器的强烈需 求，尤其是 TCX

19、O及 VCXO等高档级产品。一些厂商如 Interguip 公司正在积极开发 OCXO产品，下半年将增加 VCXO 表面安装型产品的生产。 VCXO产品的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及 OCXO等高精度产品的生产，其产品增长将超过 300%；标准钟表振荡器的需求增长大约 20%-30%； 小型化及表贴化也是香港的发展趋势。 目前香港的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滤波器的年产量 6 亿只，多年用于移动通信，呈现出供不应求的态势，主要生产国是日本、 德国和美国。我国开发 S

20、AW滤波器已有 30 多年时间，科研生间单位 30 多家，有较高的设计水平和批量生产经验。但由 于设备跟不上， 缺乏象半导体工艺加工一样的精细加工设备 （高精度的光刻设备和镀膜机等） 致使生产水平较低， 年产仅数百只左右，形不成规模。据 Atted Bustimess Inlelligence Inc 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汽车电子领域的晶振封装 2010 年需求在 1.6-2.4 亿只，以后仍以年 15%-30% 的速度递增，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 （LCCC-4B）年

21、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（ LCCC-4B）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的需求。可见，仅移动电话用表贴型封装的无引线

22、陶瓷芯片载体（ LCCC）就有一个巨大的市场。而以表贴型 LCCC 外壳职代金属外壳的石英晶体振荡器、谐振器和声表面波滤波器的封装则更是款来的、巨大的潜在市场。5、CSP及MCM封装的市场前景方面。 据估计，到 2010年；在所有电子设备中，携带型的比例将超过 60%， 2010 年后，电子封装将是 CSP和 MCM的天下，其市场前景不可估量。目前国外一些大公司正在进行从 DIP、QFL、PGA等向 BGA、CSP、MCM封装的改型工作。、（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的主要有：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

23、所，宜兴电子器件总厂。电子十三所引进的国外先进设备较闽航少，宜兴总厂引进 的是国外二手设备，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的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，由国家定点的大规模集成电路高密度封装国家试验基地一是位于南方的闽航电子器件公司，二是位于北方 的信息产业部电子第十三所。从这几年公司的发展来看， 闽航电子器件公司具有明显的优势， 该公司是福建南平无线电三厂与航天部 771 研究所合资建立的部省联营企业，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 D

24、IP、QFP、PGA、LCCC等四大系列 60多年品种的陶瓷封装外壳， 在承担国家从“六五”到 “九五”期间的多项 LIS 封装重点科技攻关课题和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， 多次受到国家和福建省的表彰。目前闽航公司已与清华大学合作引进了 LTCC低温共烧陶瓷技术。四、生产技术工艺（一）LTCC材料介绍1、LTCC材料的研究状况。 目前，在技术产业推动下， 开发能与银低温共烧的微波介质陶瓷材料已成为前沿 和热点问题，并取提突破性进展。目前， LTCC材料在日本、美国等发达国家已进入产业化、系列化和可进行地材 料设计的阶段。许多 LTCC材料生产厂家可以提供配套系列

25、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， 已经形成一定的材料体系， 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，我国的 LTCC材料研发起步较晚，拥有自主知识 产权的材料体系和器 件几乎是空白。国内现在急需开发出系列化的，拥有自主知识产权的 LTCC瓷粉料，并专业化生产 LTCC用陶瓷生 带系列，为 LTCC产业的开发奠定基础。以 LTCC技术制造微波器件，陶瓷材料应具备以下几个要求：烧结温度应低于 950；介电常数和介 电损耗适当，一般要求 Q值越来越好；谐振频率的温度系数 T f 应小；陶瓷与内

26、电极材料等无界面反应，扩 散小，相互之间共烧要匹配； 粉体特性应利于浆料配制和流延成型等。 目前，已有较多的 LTCC相关文献和专利 报道。因微波介质陶瓷的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的问题，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的体积而开发同介电常数的材料体系， 另一方面为了提高器件的灵敏度而研究高品质因子的材料配方，重视器件工作的同温度性而开发小谐振频率温度 系数的介质陶瓷，目前开发的可低温烧结的材料体系主要有：（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，

27、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和陶瓷基板的设计与制造，开始受到人们的普通关注。介电常数小于 10，特别是介电常数在 4 5之间的 LTCC材料，由于可以发送信号延迟， 目前主要集中在 LTCC基板材料的应用上。 表 1 列出了研究较为成熟的基板材料。 我国近来也研究出一些低介电常数的 LTCC材料，浙江大学张启龙等研究的 （Ca1-XMg）X SiO3体系 ，通过添加 CaTiO3、Li2CO3t V2O5等可以在 900烧结，材料性能优良， 介电常数 =8 10；品质因数 Qf25000GH，Z谐振频率温度系数 T f 0,该材料能很好的与 Ag电极匹

28、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。 陈湘明等人研究的 xMgOyZnOzAl2O3体系，得到介电常数为 7 9，Qf 值高达 60，000160，000GH，Z 谐振频率温度系数接近零的微波介质材料，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。 目前华中科技大学的吕文中等人研究的 uZnO-vSiO2- WTiO2、uMgO-vSiO2- WCaO-XTiO和2 uCaO-vWO3- WTiO体2 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。国外一些公司的基板材料公司玻璃介质陶瓷填充相导体rac/10-6-1康宁晶化玻璃堇青石 Au5.23.4杜邦铝硼硅酸盐玻璃Al2O3Ag、Au7.87.9堇青石Au4.84.