特種電路板 - LTCC(低溫共燒陶瓷)

LTCC陶瓷基板技術是利用新型陶瓷材料和微波厚膜集成技術，實現複雜微波與數字電路的三維集成技術。 隨著單片集成技術的飛速發展，有源器件的集成度越來越高，達到了前所未有的水平，這使得無源器件的集成變得非常重要。 LTCC技術可以滿足電阻、電容、電感、濾波器、耦合器等無源器件的集成需求。

LTCC 基板的電阻分別為 10 Ω、100 Ω、1K Ω 和 10K Ω。 表面電阻調整法精度小於1%，內嵌電阻精度小於30%。 其他無源器件可根據相關材料參數設計。 LTCC基板可以多層佈線，最多40層。

低溫共燒陶瓷PCB(LTCC PCB)

近年來，陶瓷基板技術發展迅速，特別是在傳統陶瓷基板的基礎上，開發出了高溫共燒陶瓷基板和低溫CO燒製陶瓷基板，使陶瓷基板在高密度組裝中大功率電路得到更深入、更廣泛的應用。低溫共燒多層基板是一種新開發的微組裝基板，它集中了厚膜工藝和高溫共燒的優點。十多年來，這種基板得到了迅速的發展。作為一種高密度、高速的電路板，廣泛應用於計算機、通信、導彈、火箭、雷達等領域。例如，美國杜邦公司在毒刺導彈的測試電路中使用了8層低溫共燒多層基板。日本富士通用61層低溫共燒陶瓷基板製作了vp2000系列超級計算機的多芯片模塊，而NEC公司製作了78層低溫共燒多層基板，面積為225×225平方毫米。它包含11540個I/O終端，最多可安裝100個VLSI芯片。

低溫共燒多層陶瓷基板是由許多單個陶瓷基板組成。每個陶瓷基板由一層陶瓷材料和附著在陶瓷層上的導電電路組成，通常稱為導帶。陶瓷層的通孔填充有導電材料。它將不同陶瓷層中的導帶線連接起來，形成三維電路網絡。 IC芯片安裝在多層陶瓷的頂層。集成塊通過引腳與多層陶瓷基板中的電路焊接形成互連電路。基板表面的金屬導電層是在陶瓷基板的燒結過程中預先形成的，基板底部有針狀端子。這樣，利用共燒多層陶瓷基板將微元件組裝起來，形成高密度、高速、高可靠性的三維結構。

LTCC陶瓷PCB典型結構

從化學成分上來看，現時使用的，能够實現低溫燒結的陶瓷材料主要包括微晶玻璃體系、玻璃+陶瓷複合體系和非晶玻璃體系，其中微晶玻璃系和玻璃+陶瓷複合體系是近年來人們研究的重點，開發了（Mg、Ca）TiO3系，BaO- TiO2系，ZnO- TiO2系，BaN-Nd2O3- TiO2系，（Zr，Sn）·TiO3系，（Zn，Sn）·TiO3系， （Ba，Nb）TiO3系以及硼矽酸鹽系等許多LTCC材料體系。

與其他PCB技術相比，LTCC PCB具有諸多優勢

1、陶瓷材料具有高頻、高速傳輸、寬通帶等優良特性。 LTCC 材料的介電常數可以根據不同的成分在很寬的範圍內變化。使用具有高導電性的金屬材料作為導體材料，可以提高電路系統的品質因數，增加電路設計的靈活性；

2、能適應大電流、耐高溫的要求，比普通PCB線路板具有更好的導熱性。大幅優化電子設備散熱設計，可靠性高，可應用於惡劣環境，延長使用壽命；

3、可以製作高層數的電路板，可以嵌入多個無源元件，可以避免封裝元件的成本。在高層次的三維電路板上，可以實現無源和有源集成，有利於提高電路的組裝密度，進一步減小體積和重量；

4、與其他多層佈線技術具有良好的兼容性，例如LTCC與薄膜佈線技術的結合，可以實現混合多層基板和混合多芯片模塊更高的組裝密度和更好的性能；

5、不連續的生產工藝，便於在製成成品前對每一層佈線和互連孔進行質量檢驗，有利於提高多層基板的良率和質量，縮短生產週期，降低成本。

6、節能、節材、綠色、環保已成為零部件行業發展不可阻擋的趨勢。 LTCC也迎合了這一發展需求，最大程度地減少了原材料、廢棄物和生產過程對環境的污染。

LTCC產品的應用領域很廣泛，如各種制式的手機、藍牙模組、GPS，PDA、數位相機、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，是藍牙模組和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、功能模組、收發開關功能模組、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科技的目的旨在提高組裝密度、縮小體積、減輕重量、新增功能、提高可靠性和效能，縮短了組裝週期。 壓控振盪器（VCO）是移動通信設備的關鍵器件，可通過LTCC科技製作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科技製成高性能的錶而組裝型VCO，並形成了系列化商品，通過採用LTCC科技使VCO體積大大縮小。 1996-2000年，VCO的體積减小了90%以上。 這種錶而組裝型VCO的體積僅為原米帶引線VCO體積的1/5-1/20。 採用LTCC科技製作的新型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等數位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科技積極開發標準的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科技還製作了移動通信用的片式多層天線、藍牙組件、射頻放大壓控衰减器、功率放大器、移相器等錶而安裝型器件。

LTCC典型產品之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，但對天線所占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典型產品之LTCC模塊基板，電子元件的模組化已成為業界不爭的事實，其中尤其以LTCC為首選管道。 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/錳等導電效能較差，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比大多數有機基板資料可更好地控制精度。 沒有任何有機資料可與LTCC基板的高頻效能、尺寸和成本進行綜合比較。

國外和臺灣對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、村田和易立信等公司的藍牙模組、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强，在軍工和航太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。