LTCC技術(shù)研究課件

1、LTCC技術(shù)特征、工藝過程 和發(fā)展趨勢LTCCLow Temperature Co-fired Ceramic它是當前信息功能陶瓷材料及應(yīng)用的最為重要的分支LTCC技術(shù)是一種先進的無源集成及混合電路封裝技術(shù),它可將三大無源元器件（包括電阻器、電容器和電感器）及其各種無源組件（如濾波器、變壓器等）封裝于多層布線基板中，并與有源器件（如：功率MOS、晶體管、IC電路模塊等）共同集成為一完整的電路系統(tǒng)。有效提高電路/系統(tǒng)的封裝密度及系統(tǒng)可靠性1、LTCC簡介：多芯片組件（Multi-Chip Module，簡稱為 MCM）技術(shù)是繼 20 世紀 80 年代被譽為“電子組裝技術(shù)革命”的表面安裝技術(shù)（SM

2、T）之后，90 年代在微電子領(lǐng)域興起并發(fā)展的高密度立體封裝技術(shù)。它將多塊未封裝的裸芯片通過多層介質(zhì)、高密度布線進行互連和封裝，層與層之間通過層間通孔連接，最后形成具有多功能、高性能、高密度、高可靠性的組件。MCM技術(shù)MCM 的分類方法因認識的角度不同而異，而今，國際上比較通用的是根據(jù)基板的材料和工藝不同來分類，大致分為 MCM-L（疊層型多芯片組件）、MCM-C（共燒陶瓷型多芯片組件）、MCM-D（淀積布線型多芯片組件）三類：1. MCM-L 是采用多層印制電路板做成的 MCM，其制作工藝成熟，生產(chǎn)成本低廉，但因受限于基板結(jié)構(gòu)和芯片安裝方式，電性能較差，可靠性不高，因此只適用于較低頻段的民用產(chǎn)

3、品。2. MCM-C 是采用高密度多層布線陶瓷基板做成的 MCM，其結(jié)構(gòu)和制造工藝與先進的 IC 制造工藝近似，因此其具備良好的封裝效率、高的可靠性和電性能，適用于較高的頻段，備受軍用、航天系統(tǒng)的青睞。它的制造類型可以根據(jù)燒結(jié)溫度分為高溫共燒陶瓷（HTCC）法和低溫共燒陶瓷(LTCC)法,而 LTCC 采用 Ag、Au 等低電阻率金屬材料做導體材料，可以得到高的 Q 值，成為近年來占主導地位的封裝形式。3. MCM-D 是采用薄膜多層布線基板做成的 MCM，其按基體材料又可細分為 MCM-D/C（陶瓷基體薄膜多層布線基板多芯片組件）、MCM-D/M（金屬基體薄膜多層布線基板多芯片組件）、MCM

4、-D/Si（硅基體薄膜多層布線基板多芯片組件）等。相對于前面兩者而言，MCM-D 的組裝密度和布線精度最高，性能最好，非常適用于高頻段組件設(shè)計。但是限制其發(fā)展的是生產(chǎn)周期過長，成本過高。通常我們所說的 MCM 都是指二維芯片分布的（2D-MCM），它的大部分元器件（除了少數(shù)無源元件）都分布在上表面或者底面，不過它的基板布線通過垂直互連已經(jīng)是三維布置。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，對系統(tǒng)的封裝要求更加嚴格，2D-MCM 已經(jīng)不能滿足集成電路的發(fā)展需求，3D-MCM 是 MCM 的下一步發(fā)展方向。使用電導率高的金屬材料作為導體材料，有利于提高電路系統(tǒng)品質(zhì)因子； 可以制作線寬小于50m的細線結(jié)構(gòu)電路； 可以

5、制作層數(shù)很高的電路基板，并可將多種無源元件埋入其中，有利于提高 電路及器件的組裝密度； 能集成的元件種類多、參量范圍大，除L/R/C外，還可以將敏感元件、EMI抑制元件、電路保護元件等集成在一起； 可以在層數(shù)很高的三維電路基板上，用多種方式鍵連IC和各種有源器件，實現(xiàn)無源/有源集成； 一致性好，可靠性高，耐高溫、高濕、沖振，可應(yīng)用于惡劣環(huán)境； 非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝，允許對生坯基板進行檢查，從而有助于提高成品率，降低生產(chǎn)成本；與薄膜多層布線技術(shù)具有良好的兼容性； 因此，LTCC技術(shù)以其優(yōu)異的電學、機械、熱學及工藝特性，成為最具潛力的電子元器件小型化、集成化和模塊化的實現(xiàn)方式。采用LTCC技術(shù)具有以

6、下主要的優(yōu)點：相對于傳統(tǒng)的器件及模塊加工工藝 LTCC片式電感LTCC片式濾波器LTCC無源/有源集成系統(tǒng)LTCC 濾波器結(jié)構(gòu)示意LTCC電容結(jié)構(gòu)示意LTCC片式電感LTCC片式電感內(nèi)部導線示意LTCC技術(shù)發(fā)展的四個階段：（1）LTCC單一元器件，包括片式電感、片式電容、片式電阻和片式磁珠等等；（2）LTCC組合器件，包括以LC組合片式濾波器為代表，在一個芯片內(nèi)含有多個和多種元器件的組合器件；（3）LTCC集成模塊，在一個LTCC芯片中不僅含有多個和多種無源元器件，而且還包含多層布線，與有源模塊的接口等等；（4）集成裸芯片的LTCC模塊。在(3)的基礎(chǔ)上同時內(nèi)含有半導體裸芯片，構(gòu)成一個整體封裝

7、的模塊。2、LTCC工藝流程簡介：（1） 混料及球磨 （2） 流延缺陷成因改善建議針孔/汽泡1. 漿料濃度不夠2. 漿料內(nèi)有氣體存在1. 減少溶劑2. 增加脫泡時間表面條紋1. 灰塵2. 流延刀口不平整3. 球磨不良1. 保持流延機內(nèi)部及環(huán)境清潔2. 采用平整流延刀3. 充分將材料球磨一邊厚一邊薄1. 刀口間距設(shè)定兩邊不平行2. PET膜帶安裝不良，流延機未有將之拉緊1. 因應(yīng)測量的結(jié)果調(diào)整刀口間距2. 重新檢查PET膜帶安裝并修正透光不均勻漿料流量不穩(wěn)定檢查氣壓及流量控制狀態(tài)皺紋1. 干燥風量太大2. 干燥空氣太熱1. 減低熱風流量2. 減低空氣溫度1. 缺乏增塑劑2. 干燥空氣太熱1. 添

8、加增塑劑2. 降低干燥溫度1. 存在汽泡2. 缺乏增塑劑3. 缺乏黏合劑1. 同針孔/汽泡2. 添加增塑劑3. 添加黏合劑1. 缺乏增塑劑2. 缺乏黏合劑1. 添加增塑劑2. 添加黏合劑流延成型易出現(xiàn)問題將流延的膜帶分割成獨立的膜片，同時將膜片打上對位孔，方便印刷及放片對位。（3） 裁切打孔是采用Keko PAM-4S 機械打孔機。此設(shè)備能將讀取dxf圖檔案的資料并轉(zhuǎn)化為打孔資料資料，毋須經(jīng)過資料轉(zhuǎn)換，方便可靠。更先進的是采用激光打孔。（4） 打孔 （5）印刷、填孔低質(zhì)量的填孔圖形高質(zhì)量的填孔圖形電感印刷單匝線圈膜片的SEM掃描照片 （6） 迭片 （7） 烘巴、等靜壓 等靜壓巴塊（8）切割 排

9、膠是利用熱力把在巴塊內(nèi)過多的粘合劑及化工材料揮發(fā)出來，以免影響產(chǎn)品之特性。只需將巴塊放進排膠爐的合金層板上，把溫度曲線輸入控制器便完成。 （9） 排膠 把已切好的片式元器件放在氧化鋯砵匣內(nèi)，把氧化鋯砵匣迭起放進爐內(nèi)之層板上并留下空間作對流之用。最后從計算機輸入燒成曲線便可自動控制燒結(jié)程序，不同的物料燒結(jié)所需的時間和溫度會有所不同，在計算機自動控制下可以得理想效果。 （10）燒結(jié) 倒角是把金剛沙及已燒成的獨石體片式元器件放進球磨罐內(nèi)研磨大約半小時，將片式組件之四角及邊緣磨圓，令電極露出方便封端。 （11） 倒角 （12） 封端 （13） 燒銀 燒銀的目的是把封端后的銀漿固化。只需把已封端的片式元

10、器件放在氧化鋯砵匣內(nèi)，再放進燒銀爐以550 至600燒1.5 - 2小時便完成。 （14） 抽檢 為保證產(chǎn)品之質(zhì)量能符合以后工序的要求，用高精度的測試儀器抽檢是必須的，產(chǎn)品必須符合EIA和IEC的驗收標準。 （15）電鍍 電鍍是以全自動方式把已封上銀漿之片式元器件的端頭經(jīng)兩種不同金屬加以處理，兩種金屬分別為Ni，Sn(鎳和錫)，錫是使片式元器件容易焊接在線路板上，由于銀和錫附著力不良和出現(xiàn)抗斥情況，所以兩者之間有一層鎳隔離。只需把片式元器件放進振篩，經(jīng)過載有溶液的處理缸進行電鍍的過程，全程共需2小時完成。 （16） 分選及測試 分選是將不同切斷頻率, 性能, 電容量等指針按設(shè)定的精度分門別類，

11、以便日后按客戶需要提供產(chǎn)品。 （17）編帶 Keko CTM-12全自動編帶機，操作簡單。只需將片式元器件放到送料板上方之振盤，設(shè)備便自動把芯片放到載帶上并封裝好，適用于0603-2225大小之片式組件。 3、LTCC產(chǎn)品開發(fā)、電路設(shè)計：ADS或一些電路設(shè)計軟件、結(jié)構(gòu)優(yōu)化：HFSS或CST等三維電磁 仿真軟件、實際制作：LTCC工藝4、LTCC濾波器研制過程 等效電路參數(shù)的確定(路設(shè)計） 70MHz低通濾波器ADS仿真結(jié)果 （2）LTCC疊層片式濾波器模型建立（場設(shè)計） 根據(jù)等效電路與疊層片式器件的圖形化結(jié)構(gòu)原理，構(gòu)建如下圖所示的濾波器物理結(jié)構(gòu)模型示意圖。 濾波器物理結(jié)構(gòu)示意圖包括進行結(jié)構(gòu)參數(shù)

12、的優(yōu)化和材料選擇A 仿真參數(shù)的確定下圖為膜厚為20m、有效電路層為18層、由9匝線圈構(gòu)成的電感，電容膜厚為35m、三個交疊周期HFSS仿真典型結(jié)果。 （a）電感仿真結(jié)果 （b）電容仿真結(jié)果可以得到此時電感L60nH,電容14pF。B 實驗驗證電容仿真結(jié)果 電容實測結(jié)果 電感仿真結(jié)果 電感實測結(jié)果 電容仿真值與實測值很接近，而電感實測值比仿真值偏低20左右，分析其原因在于Ag與材料互滲析對材料性能構(gòu)成影響。C 參數(shù)調(diào)整70MHz： 膜厚10m、19匝的電感 L232nH；膜厚 30m、四個交疊周期的電容 C47pF 基于上述分析的原因，對得到的濾波器設(shè)計參數(shù)進行修正和進一步的實驗驗證，最終確定了三類片式濾波器的設(shè)計參數(shù)：70MHz低通濾波器HFSS仿真結(jié)果 （3）疊層片式器件的圖形化結(jié)構(gòu)（a）電感電極尺寸（b）電容基板尺寸（c）接地絲網(wǎng)示意圖部分LTCC片式EMI濾波器制備設(shè)備示意： 流延設(shè)備 絲網(wǎng)填孔/印刷設(shè)備 疊膜設(shè)備 等靜壓設(shè)備 切割設(shè)備 封端設(shè)備 （4）LTCC器件實際制作LTCC工藝實驗室的條件 疊層片式EMI濾波器樣品實物照片 其它LTCC集成器件：5、LTCC技術(shù)的缺點：基板收縮率控制共燒兼容性和匹配性基板散熱問題基板損耗問題6、LTCC技術(shù)的發(fā)展LTC