LTCC材料特性与优势

LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramics）低温共烧陶瓷技术是以陶瓷原料为主，内外层电极可分别使用银、铜、金等金属，在摄氏900度以下的烧结炉中烧结所形成之整合性陶瓷组件。由于可将被动组件及其他相关主动组件整合于同一组件模块上，除具备SIP（System In Package）的系统整合概念外，并具有体积小、高频、稳定性高等特点。

多层低温共烧陶瓷技术具有整合主动组件或模块及内埋被动组件的能力，LTCC能整合并内埋各种微波电路、混合信号电路、模拟、数字、DC及控制电路，并且以Via作成各个电路的隔离以避免EMI干扰问题，并能同时达到模块缩小化及降低零件成本的要求。

在现今技术领域中，被动组件（包括电容、电感、电阻、滤波器、阻抗匹配电路连接及DC线等）在成本及电性考虑下，目前无法完全整合于IC内，因此必须外接，而被动组件数目很多，在组装上造成可靠度降低、成本提高及占大量面积等缺点，采用LTCC低温共烧陶瓷技术可克服以上的缺点。

LTCC为高密度陶瓷与玻璃混合而成的材料，膨胀系数小故可采用裸晶（Bare Die）组装技术。值得一提的是LTCC之整合内埋的积体化模式，是将平面是二度空间的组件（零组件）拓展到三度空间，以缩小组件之体积并减少SMT（表面黏着技术）的成本，以增加设计空间及电路密度。

总结来说，LTCC特性有以下九种：

LTCC产品可提供最大的优势

LTCC在无线通信领域之应用现况

LTCC制作的模块具有IC封装，埋入式被动组件及三度空间的高密度电路连接的功能，非常适合制造高频通讯模块，用于新一代的移动电话、无线网络及蓝芽产品。

LTCC于通讯产业的利用

在手机的电路中，有几个使用LTCC制程技术的组件组，包括分离式高频电感、耦合器、平衡及非平衡转换器、滤波器、芯片天线、分频器开关模块，及功率放大器模块。对于Diplexer Switch模块，包括两个发射频端的低通滤波器，一组天线端的分频器及四个二极管，其低通滤波器及分频器与部份分匹配电路的电容及电感可以埋入LTCC的基板内。二极管则置于基板的表面。目前日本的Hitachi、Murata、EPCOS及NTK等公司皆以将接收端的SAW滤波器与Diplexer Switch整合成模块用于新一代的手机中。

《图一 WirelessLAN内部电路架构》

《图二 WireLess LAN电路实体图》

在台湾，叡邦科技推出802.11a+g Front End LTCC模块用于WLAN及手机用LTCC RF（射频）模块，整合了收发器、功率放大器及其控制线路，天线开关及SAW滤波器，尺寸为21mm× 21mm× 2.8mm，该公司即将推出世界最小的10mm×10mm LTCC RF模块，属无线个人区域网乐的蓝芽（Bluetooth）模块，也可以使用LTCC的三维电路，埋入式被动组件及覆晶封装（Flip Chip Packaging）使得整个模块小型化，通讯大厂易利信首先推出LTCC的微型模块，MKE稍后亦推出全球最小的LTCC蓝芽模块，整合天线、滤波器及电容等，工研院电通所也设计超小型蓝芽模块，其LTCC基板内藏电容、滤波器、Balun及天线，表面有蓝芽的射频、基频、Flash内存、震荡晶体与Switch二极管。其尺寸为20mm×12mm×3mm，使用16层的LTCC生胚，另外在卫星微波及航天通讯上的电路基板，也使用了LTCC的技术。

《图三 手机收发器内部电路图》

《图四 手机收发器电路实体图》

LTCC产品设计要点

LTCC产品设计要点着重于LTCC的高频特性，硅线及Via。

高频特性

不同材质的基板制作成50(传输线于不同频率的插置损失。要降低LTCC的损失应从降低材料内的玻璃成分为主，因为到高频，玻璃是造成损失的主要因子，但是为了低温烧结，玻璃成分又不得不添加。因此，可以使用可结晶化的玻璃材料（又称玻璃陶瓷）系统，使用此玻璃材料，烧结前仍是玻璃相。在LTCC烧结的后续过程中，此玻璃将会结晶化，形成结晶相。选择适当的结晶相，将提高LTCC的质量因子，降低材料的损失。

除了介电材料以外，如何提高金属材料质量因子，也是一个重要因素，因为系统的质量因素是由介电材料与金属导线共同决定。金属导线，如银导线的损失可由银胶组成材料，银粉粒径与形状，银胶的留变性、印刷性及厚模印刷的制程参数等因子控制。

硅线及Via方面

传统的厚膜精密印刷可以达到100mm/100mm的线宽/线距，但是未来将需要少于50mm的线宽及微孔径，因此新制程技术将逐渐被开发，例如杜邦（如Fodel）及英国的Hibridas都推出Photo-Patterned厚膜制程技术，利用薄膜的photolithography的曝光显影方式来制作厚膜电路，目前这些技术已用在工业界，但是材料成本较贵。

另外LTCC浆料调配技术与生胚刮制技术，K＝7.8；刮制生胚厚度：50～350(m；高频介电损失：0.3％@ 5GHz。

LTCC介电陶瓷材料共烧之埋入式电容生胚之配方与刮制技术，K＝70；刮制生胚厚度：20～ 60(m；高频介电损失：＜1.2％@ 1GHz，容值公差低于± 20％与材料所自行开发之内LTCC介电材料共烧变量＜1％。

值得一提的是，设计LTCC模块，需要良好的电路仿真与设计技术，就如同CMOS半导体产业，IC制程技术必须搭配完整的材料制程与组件制作，以及所搭配的数据库及设计软件，才可以让电路或IC设计工程师快速且正确的设计出制造模块电路的每一层Layout，并可仿真模块及系统的特性与功能。因此，建立配合设计软件完整的材料及组件的数据库是最重要的一个环节。然而，建立数据库是费时费金钱的工作，而且每个LTCC制造公司的材料系统不一，可以想见数据库也不一样，一定会造成一些数据库累积与互操作性的障碍，如何打通这些关卡，使设计软件及数据库更符合人性化使用，更方便、更正确将是LTCC产业必须努力的目标。目前，IC的技术逐渐走向系统级芯片（System on Chip；SoC）的趋势，其中智能权（IP）的再使用模式亦可以作为LTCC设计的参考。

当完整的数据库建立起来，配合适当的软件设计与仿真，模块的设计及制造的时间将会减少，有利于产品原型（Prototype）的开发，增加LTCC制程技术的竞争性。

LTCC技术之瓶颈与发展趋势

LTCC的关键技术包括：材料系统、异质共烧、组件设计与布局等相关技术。

目前的LTCC材料或制程中少部份不符合绿色环保的要求。例如有些LTCC材料系统使用含氧化铅的玻璃系统，再生胚制作过程中使用甲苯之类的溶剂，另外在外电极部份，使用含铅的焊锡材料，因此，开发符合环保的材料系统，亦是相当重要的一环。

发展LTCC共烧内埋式之高频介电材料技术，除了在材料开发上规格必须齐备，以因应上游系统厂商之布局及设计铅弹性外，如何在制程上做更精确的掌控，将是业者决定技术领先与否的关键所在，其制程技术难度依用途不同略有差异，却面临相同之瓶颈，包括内埋式电容制程技术，内埋式电容之共烧匹配及内埋式电容之接口反应层。

在面临PCB模块化制程技术之强力挑战下，LTCC用内埋式高频介电材料技术之机会，决定于新技术之开发以及制造成本是否有效降低，而在短时间内无法有效降低成本的状况下，亦应思索如何开发其在更高频率，更低介电损失的材料系统，并拓展其他更高附加价值的产品，例如光通讯模块获生物医疗器具之应用，如此才能确保LTCC技术立于领先地位。

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