材料是低温共烧陶瓷(LTCC)技术的核心,从材料的物理性质和应用领域划分,LTCC材料基本上可以分为两大类:①低介电常数材料(εr低于10),主要用于无源集成、系统级封装及多层电路基板。从原理上讲,这类材料的介电常数应尽可能低,以满足电路中信号高速传输的要求;②具有中高介电常数(εr在10以上)的材料,主要用于满足各类微波器件的特殊需要。从材料组成和结构划分,目前低温共烧陶瓷材料系统可分为三大类:玻璃陶瓷、陶瓷-玻璃复合材料和玻璃键合陶瓷。
低温共烧陶瓷(LTCC)三大材料体系介绍
三大类LTCC材料

1.  玻璃陶瓷体系

玻璃陶瓷体系即前驱体为玻璃材料,在烧结过程中晶化,晶体从玻璃中析出,形成一种自生长的两相结构。这类材料玻璃相的体积分数为50%~80%。玻璃相是这类材料功能的主要载体,而少了的晶化组分所起到的作用是改善材料的力学性能和热性能。
代表产品:A6M LTCC系列
低温共烧陶瓷(LTCC)三大材料体系介绍

2.  玻璃+陶瓷复合体系

玻璃+陶瓷复合体系是目前应用最广泛的体系。玻璃/陶瓷复合系采用玻璃粉和晶态陶瓷粉体作为前驱体,烧结出两相复合的块体材料。特点是在陶瓷相中加入玻璃相,利用玻璃相软化点和熔点低的特性,增加液相传质,达到降低烧结温度的目的。玻璃主要是各种晶化玻璃,玻璃相所占体积分数为20%~50%,陶瓷填充相主要是Al2O3、SiO2、堇青石、莫来石等。其中 Al2O3 具有良好的介电性能和化学稳定性, 且相对廉价,因此使用最为普遍。
低温共烧陶瓷(LTCC)三大材料体系介绍

图源:塞拉尼斯

该材料体系的低烧结温度是由低熔点的玻璃提供,而力学性能、介电性能、热膨胀性能等则由两者共同决定,影响因素包括:两者的体积分数、粒度分布、各自的热膨胀系数和介电常数等。玻璃/陶瓷复合体系明显的优点在于材料的可设计性,因为陶瓷填料在烧结过程中较为稳定,仅表层发生溶解,因此可以通过改变玻璃和陶瓷相的成分、粒径、二者比例等来设计调整复合材料的性能。
代表产品:GreenTape™ 951(Al2O3+硼硅酸铅玻璃)
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3.  玻璃键合陶瓷

玻璃键合陶瓷其前驱体以晶态陶瓷粉为主体,加入低熔点陶瓷作为助烧剂。其结构与传统意义上的陶瓷烧结体较为想死,只是作为晶界的玻璃相成分略高,一般所占体积分数为10%~20%。这类材料的性质主要决定于晶相组分。这类材料是能够获得较高介电常数的材料体系,性能的调控空间也很大,其主要问题是具有较强助烧作用的低熔玻璃都会在很大程度上劣化材料性能,较少取得实际应用。

资料来源:

低温共烧陶瓷(LTCC )介质的材料科学与设计策略,周济;

低温共烧陶瓷用玻璃材料研究进展,曹禹等:
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推荐展会:第六届精密陶瓷暨功率半导体产业链展览会

同期举办:热管理材料展

2024年8月28日-30日  

深圳国际会展中心7号馆(宝安新馆)
展出2万平米、1,000个摊位、500多家展商、50,000名专业观众;汇聚IGBT/SiC功率半导体产业链;热管理材料产业链,精密陶瓷、电子陶瓷、陶瓷基板、薄膜/厚膜陶瓷电路板、陶瓷封装管壳、LTCC/HTCC/MLCC加工产业链等产业链上下游企业!

一、精密陶瓷产业链:

1、陶瓷器件及材料MLCC、LTCC、HTCC、微波介质陶瓷、压电陶瓷、钛酸钡、碳酸钡、氧化钛、氧化铝、氧化锆、玻璃粉、氮化铝、LTCC介质陶瓷粉体、稀土氧化物、生瓷带等;

2、精密陶瓷:氧化锆、氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氧化钇、结构陶瓷、高温陶瓷、透明陶瓷、陶瓷微珠、新能源陶瓷、陶瓷轴承、陶瓷球、半导体陶瓷(搬运臂、陶瓷劈刀、静电卡盘、蚀刻环……)、3D打印陶瓷、燃料电池(SOFC)隔膜片、穿戴陶瓷、光纤陶瓷插芯、陶瓷套筒、CIM、生物陶瓷等。

3、陶瓷基板及封装外壳:陶瓷封装外壳、DPC、DBC、AMB、HTCC基板、LTCC基板、薄膜电路板、厚膜电路板、陶瓷封装基座、热沉、氧化铝、氮化铝、氮化硅、氧化铍、莫来石粉体及基板等;

4、金属材料:银粉、金粉、铜粉、镍粉、焊料(焊片、焊膏)、MLCC用内/外电极浆料、LTCC银浆、金浆、钨钼浆料、铜浆、靶材、无氧铜带、可伐合金、金属冲压件等;

5、助剂:陶瓷和导电浆料用分散剂、黏合剂、增塑剂、絮凝剂、矿化剂、消泡剂、润滑剂、烧结助剂等;

6、设备:

陶瓷加工设备:砂磨机、球磨机、真空脱泡机、三辊机、喷雾造粒机、干压机、流延机、注塑机、3D打印机、模具、干燥设备、研磨机、精雕机、裁片机、激光设备、打孔机、填孔机、丝网印刷机、叠层机、层压机、等静压机、热切机、整平机、排胶炉、烧结炉、钎焊设备、电镀设备、化学镀、喷银机、浸银机、端银机、真空镀膜设备、显影设备、去膜设备、蚀刻机、湿制程设备、等离子清洗、超声波清洗、自动化设备、剥离强度测试仪、AOI检测设备、打标机;

封装测试设备:贴片机、引线键合机、封盖机、平行缝焊封帽、切筋机、钎焊设备、激光调阻机、网络分析仪、热循环测试设备、测厚仪、氦气检漏仪、老化设备、外观检测、超声波扫描显微镜、X-光检测、激光打标、分选设备、测包编带机等;

7、耗材:离型膜、载带(塑料和纸质)、耐火材料、承烧板/匣钵(氧化铝、刚玉莫来石、氮化硼等)、承烧网、发泡胶、研磨耗材(金刚石微粉、研磨液)、精密网版、清洗剂、电镀药水等。

二、热管理产业链:

 

1、热管理材料:氧化铝、氮化铝、氮化硼、石墨烯、石墨、碳纳米管、空心玻璃微珠、导热粉体、散热基板、热沉(钨铜、钼铜、氮化铝、金刚石等)、铝碳化硅AlSiC、相变材料、导热凝胶、导热界面材料、导热垫片、导热胶带、灌封胶、热管/均热板;

2、散热器件:半导体制冷片(TEC)、IGBT散热器(铜、铝)、大功率晶体管散热器、通信基站散热壳体、液态金属散热器、插针式散热器等;

3、设备:压延机、涂布机、分条机、模切机、复卷机、切片机,CNC设备、压铸/冲压设备、热分析仪器、激光导热仪、导热系数仪、强度试验机、检测设备、自动化等。

三、功率半导体器件封装产业链:

1、材料:碳化硅,陶瓷衬板(DBC、AMB)、封装管壳、键合丝、散热基板(铜、铝碳化硅AlSiC)、导热硅凝胶、环氧灌封胶、焊料(预制焊片)、银膜/银膏、散热器(铜、铝)、功率引出端子(铜端子)、外壳(工程塑料PPS、PBT、高温尼龙)、清洗剂等;

2、设备及配件:真空焊接炉、贴片机、固晶机、引线键合机、X-ray、推拉力测试机、等离子清洗设备、点胶机、丝网印刷机、超声波扫描设备、动静态测试机、点/灌胶机、银烧结设备、垂直固化炉、甲酸真空共晶炉、自动封盖设备、高速插针机、弯折设备、超声波焊接机、视觉检测设备、推拉力测试机、高低温冲击设备、功率循环测试设备、打标机、检验平台、治具等;

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原文始发于微信公众号(艾邦陶瓷展):低温共烧陶瓷(LTCC)三大材料体系介绍

作者 gan, lanjie

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