LTCC:元件集成化模组化首选

随着电子整机在小型化、便携式、多功能、数字化及高可靠性、高性能方面的需求，对元器件的小型化、集成化以至模块化要求愈来愈迫切。低温共烧陶瓷技术(low tem-perature cofired ceramic，LTCC)是近年来兴起的一种令人瞩目的多学科交叉的整合组件技术。LTCC以其优异的电子、机械、热力特性已成为未来电子元件集成化、模组化的首选方式，广泛用于基板、封装及微波器件等领域。
LTCC呈快速发展态势
TEK的调查资料显示，2004年～2007年间全球LTCC市场产值呈现快速成长趋势。LTCC技术最早由美国开始发展，初期应用于军用产品，后来欧洲厂商将其引入车用市场，而后再由日本厂商将其应用于资讯产品中。目前，LTCC材料在日本、美国等发达国家已进入产业化、系列化和可进行材料设计的阶段。在全球LTCC市场前九大厂商之中，日本厂商有Murata、Kyocera、TDK和Taiyo Yuden;美国厂商有CTS，欧洲厂商有Bosch、CMAC、Epcos及Sorep-Erulec等。国外厂商由于投入已久，在产品质量、专利技术、材料掌控及规格主导权等均占有领先优势。
国内LTCC产品的开发比国外发达国家至少落后5年，拥有自主知识产权的材料体系和器件几乎是空白。随着未来LTCC制品市场中运用LTCC制作的组件数目逐渐被LTCC模块与基板所取代，终端产品产能过剩，价格和成本竞争日趋激烈，元器件的国产化必将提上议事日程，这为国内LTCC产品的发展提供了良好的市场契机。
中国在LTCC市场占据一定份额的是叠层式电感器和电容器生磁带。目前，清华大学材料系、上海硅酸盐研究所等单位正在实验室开发LTCC用陶瓷粉料，但还尚未到批量生产的程度。南玻电子公司正在用进口粉料，开发出介电常数为9.1、18.0和37.4的三种生带，厚度从10μm到100μm，生带厚度系列化，为不同设计、不同工作频率的LTCC产品的开发奠定了基础。国内现在急需开发出系列化的、拥有自主知识产权的LTCC瓷粉料，并专业化生产LTCC用陶瓷生带系列，为LTCC产业的开发奠定基础。
LTCC器件应用广泛
LTCC器件按其所包含的元件数量和在电路中的作用，大体可分为LTCC元件、LTCC功能器件、LTCC封装基板和LTCC模块基板。
LTCC属于高新科技的前沿产品，广泛应用于微电子工业的各个领域，具有十分广阔的应用市场和发展前景。目前LTCC技术已经进入更新的应用阶段，包括无线局域网络、地面数字广播、全球定位系统接收器组件、数字信号处理器和记忆体等及其他电源供应组件甚至是数位电路组件基板。
例如，村田、三菱电工、京瓷、TDK、Epcos、日立、Avx等十多家开发的手机无线开关组件，NEC、村田等开发的蓝牙组件都是由LTCC技术制成的。此外，LTCC组件因其结构紧凑，高耐热和耐冲击性，目前在军工和航天设备中广泛应用，预计未来在汽车电子系统上的应用也会非常普遍。CTS公司已经宣布将为汽车ic37提供低温烧结陶瓷(LTCC)电路板。
现在GSM和CDMA手机上的滤波器已被声表面滤波器取代或埋入模块基板中，而PHS手机和无绳电话上的滤波器则大多为体积小、价格低、由LTCC制成的LC滤波器。由LTCC制成的滤波器包括带通、高通和低通滤波器三种，频率则从数10MHz直到5.8GHz。
NTT未来网络研究开发出天线一体型60GHz频带LTCC发送模块，其特点是将天线嵌入到LTCC底板中。模块在外形尺寸为12mm×12mm×1.2mm的LTCC底板中集成了带反射镜的天线、功率放大器(PA)、带通滤波器(BPF)和电压控制振荡器(VCO)等元件。布线层由0.1mm×6层和0.05mm×12层组成。从LTCC的介电常数来说，在εr=7.7和10GHz条件下tanδ=0.002。日本村田制作所及日立公司开发的射频前端分频器开关组件，已经成为GSM900MHz/1800MHz双频手机中不可缺少的关键组件。
蓝牙带动LTCC发展
蓝牙技术将会推动多层低温共烧器件及IC有源器件混合集成技术的又一次飞跃。NEC和日本Avionics两家公司共同开发成功世界上最小的蓝牙收发模块。该产品应用了电容器以及电感线圈元件形成的内层滤波器等高频电路设计技术。通过裸露芯片、CSP、0603型芯片等形成最小元件的高密度封装，使之成为包括封装在内的世界同类产品中体积最小的模块，重量为0.7g，可用于手机及其他便携式设备。另外，独立无源器件需求的持续增长也将推动LTCC技术的应用。而市场发展方向将是无源器件集成到可用于表面贴装的LTCC器件中。LTCC材料为MCM-C开辟了全新的领域。
在高频领域，许多以前采用MCM-D的公司已经纷纷开始采用LTCC材料及工艺制造MCM组件，以满足日益复杂的性能要求和低成本、高可靠性的要求。如爱立信公司研制的“蓝牙”中的射频通信MCM组件电路，其天线滤波及发射接收组件，均使用美国DuPont公司的LTCC材料及工艺，爱立信采用LTCC基板缩小封装面积60%。
LTCC功能组件和模块主要用于GSM、CDMA和PHS手机、无绳电话、WLAN和蓝牙等通信产品，除40多兆的无绳电话外，这几类产品在国内是近四年才发展起来的。深圳南玻电子有限公司引进了目前世界上最先进的设备，建成了国内第一条LTCC生产线，开发出了多种LTCC产品并已投产，如片式LC滤波器系列、片式蓝牙天线、片式定向耦合器、片式平衡-不平衡转换器、低通滤波器阵列等，性能已达到国外同类产品水平，并已进入市场。目前，南玻电子正在开发LTCC多层基板和无线传输用的多种功能模块。集成混合电路设计主要包括电子科技大学、原电子部设计所为主，生产企业包括南虹公司、风华高科、三九胃泰和迅达电子有限公司，均引进美国AEM公司生产线或TDK生产线，近三年的生产量在10亿只/年，产值20亿元/年。 相关链接 LTCC的技术特点
LTCC技术是于1982年休斯公司开发的新型材料技术，是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个被动组件(如低容值电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等)埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，内外电极可分别使用银、铜、金等金属，在900℃下烧结，制成三维空间互不干扰的高密度电路，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块，可进一步将电路小型化与高密度化，特别适合用于高频通信用组件。采用LTCC工艺制作的基板具有可实现IC芯片封装、内埋置无源元件及高密度电路组装的功能。
LTCC技术由于自身具有的独特优点，在军事、航天、航空、电子、计算机、汽车、医疗等领域均获得了越来越广泛的应用。