LTCC器件對(duì)材料性能的要求包括電性能、熱機(jī)械性能和工藝性能三方面。
介電常數(shù)是LTCC材料最關(guān)健的性能。由于射頻器件的基本單元———諧振器的長(zhǎng)度與材料的介電常數(shù)的平方根成反比,當(dāng)器件的工作頻率較低時(shí)(如數(shù)百兆赫茲),如果用介電常數(shù)低的材料,器件尺寸將大得無(wú)法使用。因此,最好能使介電常數(shù)系列化以適用于不同的工作頻率。
介電損耗也是射頻器件設(shè)計(jì)時(shí)一個(gè)重要考慮參數(shù),它直接與器件的損耗相關(guān)。理論上希望越小越好。 介電常數(shù)的溫度系數(shù),這是決定射頻器件電性能的溫度穩(wěn)定性的重要參數(shù)。
為了保證LTCC器件的可靠性,在材料選擇時(shí)還必須考慮到許多熱機(jī)械性能。其中最關(guān)健的是熱膨脹系數(shù),應(yīng)盡可能與其要焊接的電路板相匹配。此外,考慮到加工及以后的應(yīng)用,LTCC材料還應(yīng)滿足許多機(jī)械性能的要求,如彎曲強(qiáng)度σ、硬度Hv、表面平整度、彈性模量E及斷裂韌性KIC等等。
工藝性能大體可包括如下方面:第一,能在900℃以下的溫度下燒結(jié)成致密、無(wú)氣孔的顯微結(jié)構(gòu)。第二,致密化溫度不能太低,以免阻止銀漿料和生帶中有機(jī)物的排出。第三,加入適當(dāng)有機(jī)材料后可流延成均勻、光滑、有一定強(qiáng)度的生帶。
LTCC產(chǎn)品性能好壞完全依賴所用材料的性能。LTCC陶瓷材料主要包括,LTCC 基板材料、封裝材料和微波器件材料。介電常數(shù)是LTCC材料最關(guān)健的性能。要求介電常數(shù)在2~20000范圍內(nèi)系列化以適用于不同的工作頻率。例如相對(duì)介電常數(shù)為3.8的基板適用于高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì);相對(duì)介電常數(shù)為6~80的基板可很好地完成高頻線路的設(shè)計(jì);相對(duì)介電常數(shù)高達(dá)20000的基板,則可以使高容性器件集成到多層結(jié)構(gòu)中。高頻化是數(shù)位3C產(chǎn)品發(fā)展比然的趨勢(shì),發(fā)展低介電常數(shù)(ε≤10)的LTCC材料以滿足高頻和高速的要求是LTCC材料如何適應(yīng)高頻應(yīng)用的一個(gè)挑戰(zhàn)。FerroA6和DuPont的901系統(tǒng)介電常數(shù)為5.2~5.9,ESL公司的4110-70C為4.3~4.7,NEC公司LTCC基板介電常數(shù)為3.9左右,介電常數(shù)低達(dá)2.5的正在開(kāi)發(fā)。