LTCC技术不仅在国防科研领域,航空航天领域,以及各种民用通讯领域,采用LTCC技术研制具备多种特性的无源器件已经成为越来越多的科研工作者热衷的研究方向。在本课题中,微波毫米波LTCC微型幅度均衡器的研究也是我们在这一领域内又一项具有创新意义的尝试。
1.2国内外研究现状
2低温共烧陶瓷(LTCC)技术
低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic)简称为LTCC。LTCC技术是一种新型的组装技术,于1982年由休斯公司开发,涉及了材料科学、微波技术、电路设计等非常广泛的领域[11]。小型化、轻量化的优点为当时电子系统分立元件模块集成提供了较好的解决途径,以后逐渐被国际社会所重视。
近年来,世界上很多国家的科研工作者都致力于无源器件微型化的研究,取得了非常大的成就,但是无源器件的集成却是电子器件发展不可避免的瓶颈之一[12]。在一个系统中,整机系统的构成关键之一就是无源器件,相比有源器件,无源器件占据非常大的比列,约为100:1。LTCC技术的关键有三点:材料、设计及设备[13]。世界材料科学研究为LTCC技术的迅猛发展提供了新鲜血液,如今,LTCC技术为无源器件的集成提供了不竭动力,成为目前无源器件集成的主要技术,占据了较大的市场份额[14]。
随着现代电子产品不断的向小型化、高频化、轻量化、多功能化等方向发展,无源元件技术在电子应用中也会逐渐脱离传统的分立式元件,以及表面贴装元件。主要转向集成式无源元件组成的模块化的方向发展,图1.3.1给出了无源元件的集成技术[15]。
图1.3.1 无源元件的集成
20世纪50年代无线电业的巨头美国无线电公司最先采用多层陶瓷基板技术,我们国家起步相对较晚,多层叠层技术以及流延法生瓷片制造技术在当时已经广泛应用[16]。多层基板采用的是导体材料(Mo、W、Mo-Mn)和氧化铝绝缘材料,并在1600°C的高温下烧结而成,因此称为高温共烧陶瓷(High Temperature Co-fired Ceramic, HTCC),以区别于低温共烧陶瓷[17]。
LTCC技术在布线密度、可靠性和设计的灵活性等方面都表现出巨大的潜能。典型的LTCC组件示意图如图1.3.2所示,主要包括了带状线、微带线、介质层、隔离通孔、垂直互联通孔、中间金属接地层等[18]。
图1.3.2 典型LTCC组件示意图
20世纪90年代初,以 IBM和富士通公司为主的,采用低介电常数陶瓷和铜布线材料所制造的多层基板最早成功的进入商用领域[20]。
2.1 LTCC技术工艺流程
低温共烧陶瓷技术就是将生瓷带在低温下进行烧结,这些生瓷带是陶瓷粉加工制作成的并且具有精确的厚度。在生瓷带上使用激光打孔,利用印刷金属图形和孔内注浆等工艺,将各种电容或者电感等无源器件埋入到生瓷带中,如此叠加在一起,在850°C~1000°C下烧结制成[21]。
LTCC技术类似于多层PCB叠压后,通过利用通孔使得上下电路连接,其中的电容是利用上下板层形成MIM电容,而不是交指电容[22]。电感也是由上下板层连接后形成的螺旋电感,这些电容、电感以及微带连接线组合构成了种类繁多且各具特色的微波器件。
LTCC技术的工艺流程主要包括混料、流延、冲片、打孔、填孔、丝网印刷、叠片、排胶烧结等多种工序,图1.3.3给出了其工艺流程简图。下面简单介绍一下LTCC技术的各工序工艺[23]:
典型的LTCC技术工艺流程
第一步,配料、流延。通常将有机物(聚合物粘结剂以及溶解于溶液的增塑剂)与无机物(陶瓷、玻璃)成分按照一定的比例混合,然后用球磨的方法来进行碾磨以及均匀化,再浇注在一个移动着的载带上,通过一定的干燥区,用以去除所有的溶剂,通过调整和控制刮刀的间隙,流延出满足指标需要的厚度。通过流延,可以将陶瓷粉料加工成便于操作的生瓷带,生瓷带需要厚度均匀(0.1mm~0.2mm),还要有一定的机械强度,在流延工艺中特别要注意材料的配方,机械设计的操控以及工艺参数的准确。