LTCC

LTCC技術是於1982年休斯公司開發的新型材料技術，是將低溫燒結陶瓷粉製成厚度精確而且緻密的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿、精密導體漿料印刷等工藝制出所需要的電路圖形，並將多個被動組件（如低容值電容、電阻、濾波器、阻抗轉換器、耦合器等）埋入多層陶瓷基板中，然後疊壓在一起，內外電極可分別使用銀、銅、金等金屬，在900℃下燒結，製成三維空間互不干擾的高密度電路，也可製成內置無源元件的三維電路基板，在其表面可以貼裝IC和有源器件，製成無源/有源集成的功能模塊，可進一步將電路小型化與高密度化，特別適合用於高頻通訊用組件。

總之，利用這種技術可以成功地製造出各種高技術LTCC產品。多個不同類型、不同性能的無源元件集成在一個封裝內有多種方法，主要有低溫共燒陶瓷(LTCC)技術、薄膜技術、矽片半導體技術、多層電路板技術等。LTC C技術是無源集成的主流技術。LTCC整合型組件包括各種基板承載或內埋各式主動或被動組件的產品，整合型組件產品項目包含零組件（components）、基板（substrates）與模塊（modules ）。

與其它集成技術相比，LTCC有著眾多優點：

第一，陶瓷材料具有優良的高頻、高速傳輸以及寬通帶的特性。根據配料的不同，LTCC材料的介電常數可以在很大範圍內變動，配合使用高電導率的金屬材料作為導體材料，有利於提高電路系統的品質因數，增加了電路設計的靈活性；

第二，可以適應大電流及耐高溫特性要求，並具備比普通PCB電路基板更優良的熱傳導性，極大地優化了電子設備的散熱設計，可靠性高，可應用於惡劣環境，延長了其使用壽命；

第三，可以製作層數很高的電路基板，並可將多個無源元件埋入其中，免除了封裝組件的成本，在層數很高的三維電路基板上，實現無源和有源的集成，有利於提高電路的組裝密度，進一步減小體積和重量；

第四，與其他多層布線技術具有良好的兼容性，例如將LTCC與薄膜布線技術結合可實現更高組裝密度和更好性能的混合多層基板和混合型多晶元組件；

第五，非連續式的生產工藝，便於成品製成前對每一層布線和互連通孔進行質量檢查，有利於提高多層基板的成品率和質量，縮短生產周期，降低成本。

第六，節能、節材、綠色、環保已經成為元件行業發展勢不可擋的潮流，LTCC也正是迎合了這一發展需求，最大程度上降低了原料，廢料和生產過程中帶來的環境污染。

(1)易於實現更多布線層數，提高組裝密度；

(2)易於內埋置元器件，提高組裝密度，實現多功能;

(3)便於基板燒成前對每一層布線和互連通孔進行質量檢查，有利於提高多層基板的成品率和質量，縮短生產周期，降低成本:

(4)具有良好的高頻特性和高速傳輸特性;

(5)易於形成多種結構的空腔，從而可實現性能優良的多功能微波MCM;

(6)與薄膜多層布線技術具有良好的兼容性，二者結合可實現更高組裝密度和更好性能的混合多層基板和混合型多晶元組件(MCM-C/D);

(7)易於實現多層布線與封裝一體化結構，進一步減小體積和重量，提高可靠性。

LTCC技術由於自身具有的獨特優點，用於製作新一代移動通信中的表面組裝型元器件，將顯現出巨大的優越性。

利用LTCC製備片式無源集成器件和模塊具有許多優點，首先，陶瓷材料具有優良的高頻高Q特性；第二，使用電導率高的金屬材料作為導體材料，有利於提高電路系統的品質因子；第三，可適應大電流及耐高溫特性要求，並具備比普通PCB電路基板優良的熱傳導性；第四，可將無源組件埋入多層電路基板中，有利於提高電路的組裝密度；第五，具有較好的溫度特性，如較小的熱膨脹係數、較小的介電常數溫度係數，可以製作層數極高的電路基板，可以製作線寬小於50μm的細線結構。另外，非連續式的生產工藝允許對生坯基板進行檢查，從而 提高成品率，降低生產成本。

LTCC器件的顯著優點之一是其一致性好、精度高。而這完全有賴於所用材料的穩定性和工藝設備的精度。國內尚沒有生產廠可製造與LTCC有關的成型設備。據不完全統計，國內南玻電子引進了一條完整的LTCC生產線，另外約有4家研究所已經或正在引進LTCC中試設備，開發軍工用LTCC模塊。

除了在手機中的應用，LTCC以其優異的電子、機械、熱力特性已成為未來電子元件集成化、模組化的首選方式，在軍事、航空航天、汽車、計算機和醫療等領域，LTCC可獲得更廣泛的應用。儘管LTCC廠商大部分為外資企業，包括日本的村田（Murata）、京瓷（Kyocera）、TDK和太陽誘電（TaiyoYuden）、美國西迪斯（CTS Corp）和歐洲的羅伯特博世有限公司（Bosch）、西麥克微電子技術（C-MAC MicroTechnology）和Screp-Erulec等，但是，就我國LTCC的技術發展狀況來看並非沒有競爭之地，國務院在2009年發布的《電子信息產業調整振興規劃綱要》的文件內容中，明確提出將大力支持電子元器件的自主研發，並將其設為重點研究領域，低溫共燒陶瓷技術將成為未來若干年內中國電子製造業的重大發展趨勢。國內部分廠商已開始安裝先進的LTCC設備，並採用自主研發出的新型原料，加快成品的製造生產，這其中不乏像浙江正原電氣股份有限公司、深圳南坡電子有限公司等已經開發出一系列具有國際先進水平的LTCC相關產品的公司。由此，我們相信，LTCC技術必將在中國的電子元器件產業帶來改革性的影響。

LTCC是今後元件製造工藝的一個趨勢，集成的趨勢非常明顯。據業內專家介紹，與其他集成技術相比，LTCC具有以下特點：根據配料的不同，LTCC材料的介電常數可以在很大範圍內變動，增加了電路設計的靈活性；陶瓷材料具有優良的高頻、高Q特性和高速傳輸特性；使用高電導率的金屬材料作為導體材料，有利於提高電路系統的品質因數；製作層數很高的電路基板，減少連接晶元導體的長度與接點數，並可製作線寬小於50μm的細線結構電路，實現更多布線層數，能集成的元件種類多，參量範圍大，易於實現多功能化和提高組裝密度；可適應大電流及耐高溫特性要求，具有良好的溫度特性；與薄膜多層布線技術具有良好的兼容性，二者結合可實現更高組裝密度和更好性能的混合多層基板和混合型多晶元組件；易於實現多層布線與封裝一體化結構，進一步減小體積和重量，提高可靠性、耐高溫、高濕，可以應用於惡劣環境；採用非連續式的生產工藝，便於基板燒成前對每一層布線和互連通孔進行質量檢查，有利於提高多層基板的成品率和質量，縮短生產周期，降低成本。

深圳南玻電子有限公司研發部經理武雋在接受中國電子報記者採訪時表示，業內專家此前預測LTCC發展的趨勢都已經成為現實：首先是綠色化。電鍍液、原材料領域都已採用綠色生產。其次是集成化。元件的集成比較普遍，模塊化集成還沒有規模化。最後是多功能化。國外已經研製出把不同功能的整合在一個器件里的產品。由此看來未來幾年LTCC還將越來越熱，以便給業界帶來一個又一個有關LTCC的驚喜。

國內LTCC產品的開發比國外發達國家至少落後5年。這主要是由於電子終端產品發展滯后造成的。LTCC功能組件和模塊主要用於GSM，CDMA和PHS手機、無繩電話、WLAN和藍牙等通信產品，除40多兆的無繩電話外，這幾類產品在國內是近4年才發展起來的。深圳南玻電子有限公司引進了目前世界上最先進的設備，建成了國內第1條LTCC生產線，開發出了多種LTCC產品並己投產，如：片式LC濾波器系列、片式藍牙天線、片式定向耦合器、片式平衡-不平衡轉換器、低通濾波器陣列等，性能己達到國外同類產品水平，並己進入市場。南玻電子正在開發LTCC多層基板和無線傳輸用的多種功能模塊。

國內尚不能生產LTCC專用工藝設備。據不完全統計，國內南玻電子引進了一條完整的LTCC生產線，另外約有4家研究所己經或正在引進LTCC中試設備，開發LTCC功能模塊。

香港青石集成微系統公司(CiMS)長期從事微波電磁場的研究與LTCC產品的設計。他們採用先進的電磁場模擬優化軟體，設計出了多款LC濾波器和LTCC模塊，取得了良好的效果。

國內LTCC材料基本有兩個來源，一是購買國外生帶，二是器件生產廠從原料開發起。這些都不利於快速、低成本的開發出LTCC器件。因為，第一種方式會增加生產成本，第二種方式會延緩器件的開發時間。清華大學材料系、上海硅酸鹽研究所等單位正在實驗室開發LTCC用陶瓷粉料，尚未到批量生產的程度。國內現在亟須開發出系列化的、最好有自主知識產權的LTCC用陶瓷粉料，專業化的生產系列化LTCC用陶瓷生帶，為LTCC器件的開發奠定基礎。南玻電子公司正在用進口粉料，開發出介電常數為9.1、18.0和37.4的三種生帶，厚度從10μm到100μm，生帶厚度系列化，介電常數半系列化，為不同設計、不同工作頻率的器件開發奠定了基礎。

LTCC產品的應用領域很廣泛，如各種制式的手機、藍牙模塊、GPS, PDA、數碼相機、WLAN、汽車電子、光碟機等。其中，手機的用量佔據主要部分，約達80%以上；其次，是藍牙模塊和WLAN。由於LTCC產品的可靠性高，汽車電子中的應用也日益上升。手機中使用的LTCC產品包括LC濾波器、雙工器、功能模塊、收發開關功能模塊、平衡-不平衡轉換器、耦合器、功分器、共模扼流圈等。

在SMD中採用LTCC技術的目的旨在提高組裝密度、縮小體積、減輕重量、增加功能、提高可靠性和性能，縮短了組裝周期。壓控振蕩器(VCO)是移動通信設備的關鍵器件，可通過LTCC技術製作VCO，使其滿足移動通信對小型、輕量、低功耗、低相位雜訊(高C/N比)的要求。國際上己應用LTCC技術製成高性能的表而組裝型VCO，並形成了系列化商品，通過採用LTCC技術使VCO體積大大縮小。1996-2000年,VCO的體積減小了90%以上。這種表而組裝型VCO的體積僅為原米帶引線VCO體積的1/5-1/20。採用LTCC技術製作的新型VCO具有體積小、功耗低、高頻特性好、相位雜訊小、適合表面貼裝等優點，在移動通信領域得以廣泛應用。這種小型化VCO在GSM，DCS，CDMA，PDC等數字通信系統終端以及全球定位系統(GPS)等衛星通信相關的終端得以大量使用。

移動通信的迅速發展也進一步促進了DC/DC變換器的小型化，為SMD型DC/DC變換器提供了廣闊的應用市場。國外不少電源製造廠商都在採用LTCC技術積極開發標準的SMD型DC/DC變換器，其額定功率為5-30W，具有各種通用的輸入、輸出電壓。一些新的DC/DC變換器設計還可提供較短的啟動時間。此外，採用LTCC技術還製作了移動通信用的片式多層天線、藍牙組件、射頻放大壓控衰減器、功率放大器、移相器等表而安裝型器件。

LTCC器件按其所包含的元件數量和在電路中的作用，大體可分為LTCC元件、LTCC功能器件、LTCC封裝基板和LTCC模塊基板。

LTCC功能器件

早期通信產品內的濾波器和雙工器多為體積很大的介質濾波器和雙工器。GSM和CDMA手機上的濾波器已被聲表面濾波器取代或埋入模塊基板中，而PHS手機和無繩電話上的濾波器則大多為體積小、價格低、由LTCC製成的LC濾波器，藍牙和無線網卡則從一開始就選用LC濾波器。

由LTCC製成的濾波器包括帶通、高通和低通濾波器三種，頻率則從數十MHz直到5.8GHz。LC濾波器在體積、價格和溫度穩定性等方面有其無可比擬的優勢，其不斷受到廣泛重視就不難理解了。

由LTCC製作的上述射頻器件在國外和我國台灣省已有數年的歷史，日本的村田、東光、TDK、雙信電機，我國台灣省的華信科技、ACX，韓國的三星等都在批量生產和銷售。我國內地在2003年才從展覽會和網頁上看到，南玻電子公司和另一家公司著手開發類似產品。

LTCC片式天線

WLAN和藍牙設備通信距離短，收發功率小，對天線的功率和收發特性要求不高，但對天線所佔PCB的面積及成本要求很嚴。由LTCC製備的片式天線具有體積小、便於表面貼裝、可靠性高、成本低等顯著優點，已廣泛用於WLAN和藍牙。

LTCC模塊基板

電子元件的模塊化已成為業界不爭的事實，其中尤其以LTCC為首選方式。可供選擇的模塊基板有LTCC、HTCC(高溫共燒陶瓷)、傳統的PCB如FR4和PTFE(高性能聚四氟已烯)等。HTCC的燒結溫度在1500℃以上，與之匹配的難熔金屬如鎢、鉬/錳等導電性能較差，燒結收縮不如LTCC易於控制。LTCC的介電損耗比RF4低一個數量級。PTFE的損耗較低，但絕緣性都較差。LTCC比大多數有機基板材料可更好地控制精度。沒有任何有機材料可與LTCC基板的高頻性能、尺寸和成本進行綜合比較。

國外和我國台灣省對LTCC模塊基板的研究可謂如火如荼，已經有多種LTCC模塊商業化生產和應用。僅生產手機天線開關模塊(簡稱ASM)的就有村田、三菱電工、京瓷、TDK、Epcos、日立、Avx等十多家。此外還NEC、村田和愛立信等公司的藍牙模塊、日立等公司的功放模塊等等，都是由LTCC工藝製成的。

LTCC模塊因其結構緊湊、耐機械衝擊和熱衝擊性強，在軍工和航天設備上受到極大關注和廣泛應用。今後其在汽車電子上的應用將會非常廣泛。

國產化成為LTCC器件發展契機

國內LTCC器件的開發比國外至少落後5年。這主要是由於電子終端產品發展滯后造成的。

LTCC功能器件和模塊主要用於GSM、CDMA和PHS手機、無繩電話、WLAN和藍牙等通信產品，除40多兆的無繩電話外，這幾類產品在國內是近5年才發展起來的。國內的終端產品為了儘快搶佔市場，最初的設計方案大都是從國外買來的，甚至方案與元器件打包採購，其所購方案都選用了國外元器件。前幾年終端產品生產廠的主要目標是擴大市場份額，成本壓力不大，無法顧及元器件國產化。隨著終端產品產能過剩，價格和成本競爭將日趨激烈，元器件的國產化必將提上議事日程，這將為國內LTCC器件的發展提供良好的市場契機。

LTCC器件對材料性能的要求包括電性能、熱機械性能和工藝性能三方面。

介電常數是LTCC材料最關健的性能。由於射頻器件的基本單元———諧振器的長度與材料的介電常數的平方根成反比，當器件的工作頻率較低時(如數百兆赫茲)，如果用介電常數低的材料，器件尺寸將大得無法使用。因此，最好能使介電常數系列化以適用於不同的工作頻率。

介電損耗也是射頻器件設計時一個重要考慮參數，它直接與器件的損耗相關。理論上希望越小越好。

介電常數的溫度係數，這是決定射頻器件電性能的溫度穩定性的重要參數。

為了保證LTCC器件的可靠性，在材料選擇時還必須考慮到許多熱機械性能。其中最關健的是熱膨脹係數，應儘可能與其要焊接的電路板相匹配。此外，考慮到加工及以後的應用，LTCC材料還應滿足許多機械性能的要求，如彎曲強度σ、硬度Hv、表面平整度、彈性模量E及斷裂韌性KIC等等。

工藝性能大體可包括如下方面：第一，能在900℃以下的溫度下燒結成緻密、無氣孔的顯微結構。第二，緻密化溫度不能太低，以免阻止銀漿料和生帶中有機物的排出。第三，加入適當有機材料后可流延成均勻、光滑、有一定強度的生帶。

國際上有duPont、Ferro和Heraeus三家提供數種介電常數小於10的生帶，國內開發LTCC器件的研究所也都在採用這些生帶。這些生帶存在兩個問題：首先，介電常數未系列化，不利於設計不同工作頻率的器件。第二，這些生帶開發商並無實際使用生帶進行設計和生產的經驗，比較注重生帶與銀漿料的匹配性和工藝性能，對於設計對生帶的要求的掌握並不詳盡。Heraeus似乎更著重於銀漿和介電粉料的開發，有退出生帶生產之勢。

LTCC器件的設計包括電性設計、應力設計和熱設計等諸多方面，其中以電性設計最為關鍵。由於LTCC器件中包括多個等效分立元件，互相間耦合非常複雜，工作頻率往往較高，更多的是採用電磁場而不是電路的概念。用過去的集總參數電路設計的方法是無法設計LTCC器件的。國內尚未看到有關LTCC器件電性設計的報道，這大概是制約LTCC器件開發的另一個重要因素。香港青石集成微系統公司(CiMS)長期從事微波電磁場的研究與LTCC器件的設計，頗有造詣。CiMS採用先

進的電磁場模擬優化軟體為南玻電子設計了多款LC濾波器和模塊，取得了良好的效果。

由電磁場模似設計軟體可對生帶和銀電極的頻率響應、損耗等進行定量分析，從而指導實際研發，縮短研發周期和成本。

中國電子學會元件分會秘書長陳福厚表示，國內LTCC行業面臨的問題主要是原材料的問題。原材料的來源主要有三種方式：其一，直接從國外進口生帶；其二，買磁粉，自己做生帶；其三，自己研製磁粉。這三種方式中，第一種成本最高，第三種最慢。

國內做得比較好的深圳南玻電子有限公司的做法很值得借鑒，他們採用第二種方式，所生產出的生帶性能、質量都很不錯，完全能夠滿足元器件及模塊設計的要求。

武雋認為，國內LTCC產業的上游，也就是原材料的研究不能停留在能做出樣品、發表論文上，最終要落實到產業化上。他說，國內研發力量參差不齊，一致性方面特別是質量控制方面和國外企業相比還有差距，這是特別需要注意的問題。他強調，材料的一致性、可靠性及環保性，要全部達到要求，才能促進國內LTCC產業的發展，否則缺了其中一環，是做不成的。雖然他們正在和國內高校和研究所合作研究材料，但還沒有產業化。

在LTCC領域，國內起步晚了一些，在技術的爬升階段跟進得也慢了一些，導致與國外的差距越來越大，但也還是有機會的，因為市場容量在不斷增長，如藍牙的出貨量及無繩電話、手機產業同步增長，而WiFi、WLAN等技術標準一旦成熟，勢必會牽引出許多新的電子產品，因此採用LTCC工藝生產的產品市場機會是相當大的。

陳福厚表示，採用LTCC工藝生產的元器件在手機板、交換機、電腦、攜帶型電子產品及DC-DC電源領域有廣闊的前景，只要國內企業找到市場需要的產品，就一定會有錢賺。

武雋告訴記者，EMI/EMC(抗電磁干擾)元件將是LTCC破局的著落點，它將催生出一個僅次於電子元件的器件市場。他解釋說，我們每天生活的電磁波中，電磁干擾是個很嚴重的問題，因此電子產品的抗電磁干擾顯得尤為重要。EMI/EMC元件不僅用在傳統的家電，通信及便攜電子產品也要用到，而由此催生出的巨大市場將是數以億計的，使南玻研製出共模扼流圈，此外，LTCC在藍牙技術上的應用也不容小覷，如近一兩年面世的平衡濾波器，是一個很經典的器件，它的出現大大方便了藍牙產品貼裝，節省了面積，簡化了採購。