低溫共燒陶瓷技術(shù)是一種以微晶玻璃或玻璃/陶瓷兩相復(fù)合材料為基礎(chǔ)的新型微電子封裝技術(shù)。LTCC 技術(shù)以其優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、機(jī)械及互聯(lián)特性，已成為新一代無源器件小型化、集成化、多功能化及系統(tǒng)級(jí)封裝的首選方式，被廣泛應(yīng)用于各種微電子器件領(lǐng)域，如高精度片式元件、無源集成功能器件、無源集成基板及微電子功能模塊等封裝制品中。近年來，5G/6G移動(dòng)通信、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新興技術(shù)的涌現(xiàn)為 LTCC 材料的發(fā)展帶來了全新的機(jī)遇。
圖 功能嵌入 LTCC 封裝的結(jié)構(gòu)，來源：京瓷
系統(tǒng)級(jí)集成封裝向高密度、多功能、大功率和智能化方向發(fā)展已成為不可避免的趨勢(shì)，而隨集成度的持續(xù)增加，熱耗散功率密度急劇上升，導(dǎo)致微電子器件的散熱問題愈發(fā)突出，嚴(yán)重威脅微電子器件的可靠性和使用壽命，這便對(duì) LTCC 基板材料的散熱性能提出了非常嚴(yán)苛的要求。一般地，固體材料的熱導(dǎo)率與其聲子平均自由程密切相關(guān)。而玻璃材料原子排列具有短程有序、長(zhǎng)程無序的特點(diǎn)，導(dǎo)致玻璃基體聲子平均自由程較小，這使得以微晶玻璃或玻璃/陶瓷兩相復(fù)相材料為基礎(chǔ)的 LTCC 材料的熱導(dǎo)率較低，難以滿足大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的應(yīng)用要求。
1、LTCC 技術(shù)的特點(diǎn)
LTCC 技術(shù)主要是采用可低溫?zé)Y(jié)的玻璃或玻璃陶瓷復(fù)合材料，通過流延成型制出厚度精確且致密的生瓷帶，再通過激光打孔、精密絲網(wǎng)印刷等工藝在生瓷帶上印刷電路圖形，將多層生瓷帶疊壓，并在生瓷帶中內(nèi)埋必要的元件，利用 Au、Ag 等金屬漿料制成內(nèi)外電極，最后在低于900℃下燒結(jié)，形成高密度的電路基板。
LTCC 技術(shù)是一種先進(jìn)的無源集成及混合電路封裝技術(shù)，與其他集成電路封裝技術(shù)相比顯示出巨大的優(yōu)越性，能夠顯著提高多層微電路芯片封裝設(shè)計(jì)的靈活性。LTCC 技術(shù)的特點(diǎn)：
（1）介電性能的可調(diào)控性。LTCC 材料在擁有較低的介電損耗的同時(shí)可以通過調(diào)節(jié)原料成分及其配比調(diào)控介電常數(shù)，適配于不同需求的基板，提高電路設(shè)計(jì)的活性。
（2）較低的燒結(jié)溫度。LTCC 技術(shù)可以在低溫條件下進(jìn)行燒結(jié)，降低能耗，從而避免高溫對(duì)電子元件和材料的損害。
（3）高密度導(dǎo)線布線能力。LTCC 工藝優(yōu)化了線寬間距使其更小，可以實(shí)現(xiàn)更加緊密的布線結(jié)構(gòu)，提供更高的導(dǎo)電率和更好的信號(hào)傳輸性能。
（4）可以實(shí)現(xiàn)無源件的集成。通過內(nèi)埋的方式減少電感、濾波器等元件數(shù)量，以此提升封裝密度與可靠性。
（5）具有良好的工藝兼容性。能夠與多種材料組合，并與層布線技術(shù)相互兼容，得到高性能的混合多芯片組件，實(shí)現(xiàn)更加高效和靈活的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。
2、LTCC 材料熱導(dǎo)率的影響因素
LTCC 材料導(dǎo)熱載體主要是聲子，熱導(dǎo)率的大小由聲子的平均自由程決定，其導(dǎo)熱性能與它的成分組成和雜質(zhì)含量、缺陷及孔隙率、顆粒尺寸和結(jié)構(gòu)密度、熱處理程序等因素有關(guān)。為了提升材料的熱導(dǎo)率往往會(huì)采用提升材料純度與密度、減少氣孔及缺陷的產(chǎn)生、合理的熱處理程序及在晶體內(nèi)部構(gòu)建導(dǎo)熱通道等方式來提升材料性能。
原料成分和配比的不同影響著 LTCC 材料的熱導(dǎo)率盡管LTCC材料具有比普通PCB基板更好的導(dǎo)熱性，但由于其玻璃相較多，其熱導(dǎo)率僅為 2.0~2.5W/(m·K) 為了滿足更加高效、節(jié)能的需求，提升 LTCC 材料熱導(dǎo)率，采用的最普遍的方式是組分摻雜。一些材料在制備過程中會(huì)出現(xiàn)晶粒生長(zhǎng)異常等狀況，填料的加入能有效改變析晶速度、延緩離子遷移速率、提高熱導(dǎo)率。同時(shí)，某些特殊物料的加入還可以在材料內(nèi)部構(gòu)筑高導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，提升材料導(dǎo)熱性能。
在制備 LTCC 材料時(shí)需要通過燒結(jié)來提升性能，在此過程中由于胚體中含有雜質(zhì)和較多的玻璃相，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生氣孔?？讖降拇笮≈苯佑绊懖牧蟽?nèi)部熱能的傳輸效率，孔徑越大，熱能傳輸?shù)迷娇?；氣孔分布的均勻性影響材料?nèi)部的熱能傳輸?shù)木鶆蛐裕粴饪组g相互連通的方式直接決定了材料內(nèi)部熱能的傳輸通道。
材料的內(nèi)部缺陷和顯微結(jié)構(gòu)會(huì)影響聲子的傳播使熱導(dǎo)率發(fā)生改變。缺陷會(huì)產(chǎn)生引起聲子散射的中心，降低聲子的平均自由程和導(dǎo)熱系數(shù)。因此，在制備 LTCC 材料時(shí)可以采取增加燒結(jié)時(shí)間和添加燒結(jié)助劑等方式來減少缺陷的產(chǎn)生。LTCC 材料的導(dǎo)熱性很大程度上取決于所加入的物料，但在燒結(jié)過程中這些物料會(huì)與原物質(zhì)發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變，產(chǎn)生缺陷。因此，在選取原料時(shí)應(yīng)注意所添加物料對(duì) LTCC 材料的結(jié)構(gòu)變化影響。
制備 LTCC 材料的流程中，熱處理是最重要的一步。在此過程中會(huì)發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，影響材料的顯微結(jié)構(gòu)。熱處理的燒結(jié)溫度、升溫速率、保溫時(shí)間都對(duì)材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一定影響，這也導(dǎo)致在不同條件下熱處理過的材料熱導(dǎo)率有所不同。LTCC 材料的性能主要受所析出晶相種類、結(jié)晶度及晶粒尺寸等因素影響，合理的熱處理溫度和時(shí)間能夠有效促進(jìn)玻璃的析晶，增加結(jié)晶度，使晶粒尺寸變大，進(jìn)而提升熱導(dǎo)率。
來源：《高導(dǎo)熱低溫共燒陶瓷(LTCC)材料的研究進(jìn)展》，肖楠,等.
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The 2nd Ceramic Packages Industry Forum
河北·石家莊
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序號(hào)
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暫定議題
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擬邀請(qǐng)
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1
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集成電路陶瓷封裝的發(fā)展概況
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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2
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光通信技術(shù)的發(fā)展及陶瓷封裝外殼的應(yīng)用趨勢(shì)
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擬邀請(qǐng)光通信企業(yè)/封裝廠商/高校研究所
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3
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電子封裝陶瓷的研究進(jìn)展
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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4
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陶瓷封裝技術(shù)在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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5
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基于DPC的3D成型陶瓷封裝技術(shù)
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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6
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集成電路陶瓷封裝外殼仿真設(shè)計(jì)
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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7
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系統(tǒng)級(jí)封裝用陶瓷材料研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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8
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基于3D-SiP集成技術(shù)的新型微波模塊
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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9
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陶瓷封裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化及可靠性分析
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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10
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低溫玻璃-陶瓷封裝技術(shù)的研究進(jìn)展
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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11
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低溫共燒陶瓷基板及其封裝應(yīng)用
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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12
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微電子陶瓷封裝的金屬化技術(shù)
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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13
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高溫共燒陶瓷金屬化膜厚影響因素分析
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所
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14
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銅漿在多層陶瓷封裝外殼制備技術(shù)中的應(yīng)用
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b/漿料廠商/高校研究所
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15
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電子陶瓷封裝用玻璃粉的開發(fā)
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b/玻璃粉廠商/高校研究所
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16
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金屬陶瓷膠黏劑封裝工藝及可靠性研究
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b/材料廠商/高校研究所
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17
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陶瓷封裝外殼釬焊工藝研究
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擬邀請(qǐng)釬焊設(shè)備企業(yè)/高校研究所
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18
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高密度陶瓷封裝外殼散熱問題探討
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b/材料廠商/高校研究所
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19
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陶瓷封裝平行縫焊工藝與技術(shù)
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擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b/設(shè)備廠商/高校研究所
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20
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陶瓷封裝缺陷自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)
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擬邀請(qǐng)檢測(cè)方案商
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原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦陶瓷展）：影響低溫共燒陶瓷（LTCC）材料熱導(dǎo)率的關(guān)鍵因素分析
