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共烧陶瓷
2011-12-03 08:55:06   来源:   点击:

    自从二十世纪後半期电子产业产生革命性的发展,陶瓷材料即大量应用在电机及微电子产品中。并在一九七○年代应用在积层陶瓷电容中。现在,全世界每年约生产超过千亿个积层电容器。微波陶瓷则广泛使用在无线通讯的滤波器、共振器及混频器中。随着电子设备的发展,更多种类及功能的陶瓷材料将被开发并应用在先进的电子设备中。

    低温共烧多层陶瓷技术提供了高度的主动元件或模组及被动元件的整合能力,并能到模组缩小化及低成本的要求,可以堆叠数个厚度只有几微米的陶瓷基板,并且嵌入被动元件以及其他IC。低温共烧多层陶瓷技术是利用陶瓷材料作为基板,将低容值电容、电阻、耦合等被动元件埋入多层陶瓷基板中,并采用金、银、铜等贵金属等低阻抗金属共烧作为电极,再使用平行印刷来涂布电路,最後在摄氏850~900度中烧结而形成整合式陶瓷元件。在模组只需单颗IC技术尚未实现前,多层低温共烧陶瓷技术提供了整合主动元件或模组及被动元件的能力,并能同时达到模组缩小化及低成本的要求,此种 技术亦可称为多层陶瓷技术。

    低温共烧陶瓷的原料分成基板材料、介电材料与导电材料。这三种原材料都是以油墨的形态出现,直接将每个元件内部的构成和元件间的连接线路加以整合,全部设计到印刷网板上。每一层的印刷网版都不相同,印上一层之後加以乾燥再印另一层。当数百层的材料相互堆叠起来,就像盖了一栋摩天大楼,而每层楼的每个房间都可以有不同的格局和用途,印刷完成後的生胚还是要经过高温烧结的程序。

    当整块低温共烧陶瓷模组黏到电路板上时,里面就包含了上百颗的被动元件和部分的线路。这样做的好处,除了可以大幅缩减元件之间的空间,并且可以将元件朝立体化堆置,收纳了电路板上部分复杂线路,可以说低温共烧陶瓷发挥了最有效的空间利用率。

    但是,这麽做还是有它的限制和缺点。例如不同的材料随着叠印层数的增加,制作的困难度就越来越高。其次,元件模组化之後,就不能再将其分割,万一线路设计有所修改,共烧陶瓷的网版便要全部重做。因此,会被做成共烧陶瓷模组的电路大多是为了某一个特定功能的电路。例如,不同款式的手机,其中无线通讯的射频模组其实是可以互相通用的,而且为了轻巧的要求,制造商才可能会考虑将某些元件用共烧陶瓷加以整合。例如有村田、三菱电工、京瓷、TDK、Epcos、日立、Avx等十多家开发的手机天线开关模组,NEC、村田和易利信等开发的蓝芽模组,都是由LTCC技术制成的。此外,LTCC模组因其结构紧实、高耐热和耐冲击性,目前在军工和航太设备已广泛的被应用,预计未来在汽车电子系统上的应用也会非常普遍。

    由於奈米技术是未来科技发展的必然趋势,电子陶瓷奈米化是不可避免的走向,然而在电子陶瓷材料进入奈米尺寸後,其性质与现有微米级电子陶瓷材料可能有很大的不同,因而可增加新的用途。电子陶瓷元件尺寸的奈米化及奈米制程技术应是未来电子陶瓷材料研发的重点之一。

    应用范围:

    滤波器高功率模组、卫星通讯、汽车雷达、无线通讯产品。

    参考资料

    1. IEEE及封装制造技术的相关国际杂志
    2. 被动元件产品及技术发展趋势(3)低温共烧多层陶瓷(LTCC)技术特点与应用:卢庆儒
    3. 中正大学微波积层电路实验室
    4. 《科学发展》2002年11月,359期,34~37页
    5. 《科学发展》2004年3月,375期,28~33页
    6. 科普知识 http:// www.nsc.gov.tw

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