在5G高频通信时代，电子产品向微小型化和多功能化方向发展，对电子元器件的集成和封装提出了更高的要求，同时也带动了与之密切相关的电子封装技术的发展。电子封装技术直接影响着电子器件和集成电路的高速传输、功耗、复杂性、可靠性和成本等，因此成为电子领域的关键技术。低温共烧陶瓷( LTCC) 技术作为无源元器件集成的关键技术，在开发高频、高性能、高集成度的电子元器件方面具有显著优势，对我国高频通信的发展有着举足轻重的作用。

为了获得更大的带宽和更快的传输速率，无线通信系统的工作频率越来越高，5G 和毫米波技术是正在大力发展的通信技术。同时，手机、智能可穿戴设备等消费电子产品的功能越来越复杂，体积也越来越小，这些因素均使得 LTCC 组件不断向模块化、小型化及高频化等方向发展。因此，开发具有更好温度稳定性、更低介电损耗、更低烧结温度的可适用于高频场景的低温共烧介质陶瓷材料，提升 LTCC 工艺技术水平和内部线路设计能力，减小 LTCC 元器件尺寸并进行更高密度集成是未来 LTCC 技术的发展趋势。

（来源：晶弘科技）

一、低温共烧陶瓷（LTCC）材料

目前低温共烧陶瓷（LTCC）材料有三大类：微晶玻璃系，玻璃+陶瓷复合系和非晶玻璃系。其中玻璃／陶瓷复合体系和微晶玻璃体系是产业内研究的重点。

来源：日本电气硝子

1、微晶玻璃系

微晶玻璃是由一定组成的玻璃通过受控晶化制得的由大量微小晶体和少量残余玻璃相组成的复合体。它具有配方易调节，工艺简单且性能较优的特点，如低介电损耗，适用于制作工作频率在20～30GHz的器件，以堇青石、钙硅石及锂辉石应用最为广泛。微晶玻璃按基础玻璃组成一般可分为硅酸盐系统、铝硅酸盐系统、硼硅酸盐系统、硼酸盐系统以及磷酸盐系统等五大类。微晶玻璃采用硅酸盐类的玻璃——陶瓷材料，添加1种或多种氧化物，如ZrO₂、ZnO、SnO₂，烧结温度在850～1050 ℃，介电常数和热膨胀系数小。

2、玻璃+陶瓷复合系

这是目前最常用的LTCC材料。在陶瓷中加入低熔点的玻璃相，烧结时玻璃软化，粘度下降，从而可以降低烧结温度。玻璃主要是各种晶化玻璃，陶瓷填充相主要是Al2O3、SiO2、堇青石、莫来石等。烧结温度在900℃左右，工艺简单灵活，容易控制调节复合材料的烧结特性和物理性能，介电常数及其温度系数小，电阻率高，化学稳定性好。

3、非晶玻璃系

将形成玻璃的氧化物进行充分混合，在800～ 950℃之间煅烧，然后球磨过筛，按照陶瓷工艺成型烧结成为致密的陶瓷基板。这种体系的工艺简单，成分容易控制，但陶瓷基板的综合性能不太理想，如机械强度较低，介质损耗较大，目前很少采用。

二、低温共烧陶瓷(LTCC)技术

电子封装技术工艺主要有直接电镀陶瓷技术、高温共烧陶瓷(HTCC)技术、低温共烧陶瓷(LTCC)技术等。其中，低温共烧陶瓷(LTCC)技术被认为是实现多层陶瓷封装高标准、高要求的最优方法之一。此外，低温共烧陶瓷技术（LTCC）是一种多层陶瓷微波材料技术，可以将无源元件内埋置到基板内部同时将有源元件贴装在基板表面、实现三维结构，在制成无源/有源器件、功能模块集成等方面有灵活性，具有操作简单、技术成熟、低损耗、优良的高频Q值、小型化等优势，可用于制作基板、器件及功能模块。例如，基于LTCC制造高频通讯模组具备高Q、允许大电流及耐高温、热传导性更好、可将被动元器件埋入多层电路中增加电路密度、小CTE等优点，更适于5G高频天线的应用。

以下是低温共烧陶瓷技术（LTCC）工艺的具体步骤：

(a)HTCC陶瓷基板产品(b)LTCC陶瓷基板产品

LTCC制备电子封装陶瓷具体步骤如下：

（1）陶瓷浆料的准备和配制，将陶瓷粉加入有机黏结剂，并加入一定量玻璃粉（一般占浆料的40%～60%）来降低烧结温度，混合均匀后流延得到最大可达几毫米的生瓷带料；

（2）生瓷带被裁切为单独的小片，通过机械或激光的方法冲制需要的通孔；

（3）利用丝网印刷、微孔注浆等技术将金属导体（Cu、Ag和Au等）填充生瓷带上的孔，并制作导电图形。

（4）将单层的生瓷带按工艺要求堆叠在一起，经单轴和等静压力层压而结合在一起，低温（900～1000℃）烧结成型，最终制成高密度集成电路，也可以内置无源元件，或在表面贴装IC和有源元件，或无源／有源的混合集成功能模块。

LTCC制备工艺流程图

1、LTCC工艺改进：表面金属化

表面金属化是利用表面改性技术在非金属表面上覆盖金属涂层，电镀和化学镀是最常用的方法。金属化能使LTCC材料表面具优良的导电性、导热性以及可焊性等金属特性。电镀需要对材料的非金属表面进行复杂的镀前处理以使材料具有导电性，从而满足后续电镀需求，但金属化后的孔隙较大，且会造成较重程度的污染。化学镀则是在陶瓷材料表面通过沉积不同的金属以实现陶瓷表面金属化。

表面金属化可改善陶瓷的可焊性，使绝缘的陶瓷材料获得良好的导电、导热等物理性能和优异的化学性能，从而满足电子信息技术各方面的要求，进而满足LTCC材料的性能需要。

三、应用

与其他封装技术相比，LTCC技术的主要优势在于:①LTCC材料具有优良的高频、高速传输和宽带通的特性。其介电常数可通过改变材料配方来调控，增加了电路设计的灵活性;②以电导率高的金属材料作为布线导体，有利于提高电路系统的品质因数;③热传导性比普通PCB电路板好，热膨胀系数低，有助于提高集成系统的可靠性及耐高温和承受大电流的能力;④可通过多层互联内埋多个无源器件，并结合表面贴装技术，实现有源无源集成，极大地提高电路的组装密度;⑤与其他多层布线技术兼容性好，可进行混合多芯片组件技术的开发;⑥非连续性生产工艺，便于进行质量检查，有利于提高成品率，降低成本。

凭借上述优势，LTCC现已成为无源集成的主流技术，广泛应用于无线通信、消费电子、医疗机械、汽车电子、航空航天以及国防军工等领域。

（来源：晶弘科技）

1、电子通信领域

电子通信领域与人们生活紧密相连。在移动通信设备手机、蓝牙等产品中，相关的低温共烧陶瓷(LTCC)产品得到了普遍的应用。作为当前的新兴热门的5G通信技术领域，电子封装的技术与材料的应用日益增多。与传统通信技术相比，5G通信技术接入工作器件时，首先需满足全频谱接入、高频段乃至毫米波传输和超高宽带传输三个基本要求。因此，在封装过程中，需要进一步研制低介电常数、高导热、高绝缘、大规模集成化、高频化和高频谱效率的电子封装材料来满足当前信息技术领域的发展需求。

滤波器基板（来源：晶弘科技）

使用场景：信号基站（来源：晶弘科技）

2、航天电子领域

如今，在飞速发展的航天领域中，对航天器上的电子设备的性能要求越来越高。因此，对于新材料以及新工艺的研究也越来越迫切。低温共烧陶瓷(LTCC)材料由于其优异的介电、热学、力学性能和高可靠性、易于集成、设计多样等综合性能，已成为MCM多芯片微组装工艺的首选材料。低温共烧陶瓷(LTCC)不仅可以减小航天器载荷的体积与质量，还可以适应太空中恶劣多变、极冷极热的苛刻环境。

MCM多芯片模块

3、医疗机械领域

在与人们的身体健康密切相关的医疗机械中，由于电子封装材料中的低温共烧陶瓷(LTCC)材料具有体积小、可靠性高、对人体无副作用等特点，能完全满足诸如心脏起搏器和助听器等需要植入人体的医疗器械的性能要求。因此，低温共烧陶瓷(LTCC)广泛应用于医疗检测和监护设备等器械，在性能和成本方面具有极大的优势。

4、汽车电子领域

随着人们对汽车等日常出行代步工具的工作可靠性和安全性等性能要求的不断提高，汽车控制正向智能化和电子化的方向飞速发展。低温共烧陶瓷(LTCC)以其耐高温、抗振动性和密封性能优异等优势，在汽车电子电路领域具有重要的地位。ECU(发动机控制模块)和ABS(制动防抱死模块)就应用了LTCC技术和材料来满足对汽车高可靠性和高性能的要求。

激光器基板（来源：晶弘科技）

应用场景：汽车激光雷达（来源：晶弘科技）

此外，在军用的集成电路和声表面波器件、晶体震荡器件、光电器件等领域，电子陶瓷封装材料也有较大的发展空间，并向多层化方向发展。可靠性好、柔性大、开发费用低的多层陶瓷封装外壳也是研究人员的关注重点。

参考来源：

1、电子封装陶瓷的研究进展，张光磊,郝宁,杨治刚,张诚,金华江,高珊（陶瓷学报）；

2、电子封装陶瓷基板，程浩,陈明祥,罗小兵,彭洋,刘松坡（现代技术陶瓷）；

3、LTCC 材料及其器件——产业发展与思考，杨斌，王荣，张晗，李勃（电子元件与材料）;

4、低温共烧陶瓷（LTCC）材料及其应用（中国科学院上海硅酸盐研究所）。

粉体圈 芷凌整理

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