金、银、铜，谁才是低温共烧陶瓷（LTCC）的最佳拍档？

低温共烧陶瓷基板技术(LTCC)是一种高密度集成封装技术，可以实现电子元器件与功能模块的微型化、集成化和高可靠性，已成为目前主流的无源/有源混合电路集成技术，应用领域广泛。艾邦建有LTCC产业交流群，扫描下方二维码即可加入：

一、LTCC对导体浆料的要求

厚膜导体浆料是LTCC的关键性材料，它是一种将金属粉末、玻璃粉或氧化物以及有机载体混合后，研磨制得到的粘稠状物体。LTCC技术主要涉及三种不同的厚膜导体浆料，分别是用于电子元件表面布线的浆料、用于形成电子元件内部布线的浆料、用于散热及层间导通的填孔浆料，在组件中用于表面及层间电路节点以及多层电路层间的电连接。

LTCC对金属材料有如下要求：

(4)烧结后的导带有高的电导率。

二、LTCC导体浆料的组成及作用

厚膜导体浆料是由金属粉(功能相)、玻璃粉(无机粘接相)、有机载体均匀混合而成，其性能由三大组分相互作用决定，影响因素复杂。

1、功能相

由于 LTCC 技术的烧结温度较低，一般在800-900℃，因此应用于LTCC技术的厚膜导体浆料中的功能相也应具有较低的烧结温度，常用的功能相主要是 Au、Ag、Cu。

功能相在厚膜导体浆料中的主要作用是作为导体起导电作用，另外表面布线中的功能相还要能与外部无源器件或有源器件等进行很好的互连，填孔浆料中的功能相还要有良好的散热性能。为了满足这些性能，对功能相的分散性，表面形貌及尺寸提出了严格要求。金属粉颗粒的均匀性、分散性、表面形态及尺寸对浆料的烧结匹配有很大的影响。

2、粘结相

在厚膜浆料技术中为了改善金属导体浆料与LTCC生带之间的粘附力，通常是在浆料中掺入可与生带产生结合的粘结相，主要是加入玻璃粉或者氧化物，烧结后厚膜与基体之间的结合强度与粘结剂的物理化学性能相关，包括玻璃粉的润湿性，软化点以及玻璃与基板材料发生化学反应而产生新相，还有其中的氧化物在高温下分解还原成金属，从而在厚膜表面形成 Au/Ag-Me-MeO活化过渡层。

图 无机粘结相在烧结过程中的理想状态

在 LTCC 工艺中，粘结相不仅仅起到将导体固定于基板的作用，还可以调整浆料的致密化温度，从而适应共烧工艺，同时可以通过调节粘结相的组成来调节浆料的烧结收缩开始温度、收缩速率、收缩率及冷却后厚膜的热膨胀系数等。粘结相的加入也会带来一些不利影响，如降低厚膜的导电性能及丝焊性能等。

3、有机载体

有机载体作为导电相金属粉与无机粘合相的载体，可分散无机粉末以提供所需的流变性能，通常包含有机粘结剂、溶剂、增塑剂和分散剂等。有机载体在浆料中的含量需要根据浆料的粘度需求以及有机载体本身的粘度共同决定，一般情况下不会超过30%。

有机载体不仅需要满足浆料对粘度和触变性的要求，还要能够使无机相充分分散，避免发生团聚，浆料在干燥后，有机载体中的树脂能够将浆料很好的粘附在基板上，分解温度要低并且分解要完全，避免残留的灰分使得烧结后的厚膜不连续，影响到厚膜的焊接性能。

二、LTCC不同导体浆料的应用

LTCC 常用的功能相主要是金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）。

图 不同类型导电浆料的方阻值

1、银（Ag）

Ag是目前LTCC技术中应用最多的导体材料，其电阻率在金属材料中最小，损耗小，传输性能优异，热导率在金属材料中最高，传热特性好，制作工艺简单，性价比高，能够实现与LTCC基板材料的有效结合。但Ag在电路中存在电迁移、电极扩散、与LTCC基板材料烧结匹配性差等问题。

银相对金具有更低的成本，以及相对铜具有更高的可靠性，应用于低成本、高强度系统如汽车、通信和消费类产品。

2、铜（Cu）

Cu的电阻率和银相近，损耗小，传输性能优异，热导率也较高，具有比Au更为优良的高频特性和导电性。Cu价格更为低廉，在成本上优势明显，且没有像Ag一样的迁移缺陷，且熔点比 Ag 的高，可以使样品烧结范围变得更加宽广，拥有优良的可焊性和较低的成本。但Cu在高温下容易发生氧化，通常需要采用惰性保护气氛烧结。Cu应用于低 K、低热膨胀系数、低损耗、高可靠、低成本系统，适用于高速数字应用。

3、金（Au）

Au的电阻率和热导率相比银和铜均略微逊色。Au具有优良的化学稳定性，抗氧化性极佳，导电性以及在严苛环境中几乎不发生电子迁移等优点，更容易适应于在复杂环境中工作，因此使用金制备的电路的可靠性极佳，是制备航空航天及军事领域高可靠性 MCM 组件的首选。缺点是原料价格高昂。

4.金导体浆料与LTCC生带共烧行为研究，郑权.

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原文始发于微信公众号（艾邦陶瓷展）：金、银、铜，谁才是低温共烧陶瓷（LTCC）的最佳拍档？