为了研究不同封装条件对低温共烧陶瓷(LTCC)基板封装焊接后残余热应力的影响, 该文针对不同温变载荷下LTCC基板的热应力变形进行了仿真计算和实验测试, 结果显示仿真计算与实验测试结果具有较好的一致性, 验证了数值仿真用于LTCC基板封装焊接后残余热应力仿真的可行性。在此基础上对零膨胀合金底板和硅铝合金封装条件下3种典型工作温度对应的LTCC基板的热应力进行了仿真计算。结果表明, 封装焊接后LTCC基板两侧边缘应力集中, 中间残余应力小, 呈翘曲状态, 采用硅铝合金封装焊接的热应力小于零膨胀合金封装。

基于宽边耦合带状线结构, 该文设计了一种基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术的高隔离低插损3 dB 90°电桥。该电桥使用螺旋耦合线有效地减小了器件尺寸, 同时以对称式结构建模更便于后期的优化调整。在宽边螺旋耦合带状线垂直方向引入一个伸入式可调隔离电容, 极大地提高了该电桥的隔离度, 使其可达27 dB, 且插入损耗≤0.2 dB, 较之传统的定向耦合器结构, 其在提升性能的同时大幅减小了器件尺寸。对耦合线直角拐弯处的电场强度进行分析与优化, 采用45°斜切的方式使拐角处的电场强度与直线处大致相等。对上接地金属板进行环形镂空处理, 这将改善带内的幅度平衡度。该文设计的3 dB 90°电桥通带为0.96~1.53 GHz, 插入损耗≤0.2 dB, 幅度平衡度≤±0.7 dB, 相位平衡度为90°±1°, 隔离度≥27 dB, 其具有良好的应用市场。

该文设计了一种基于低温共烧陶瓷(LTCC）技术的小型化超宽带巴伦(Balun)滤波器。该巴伦滤波器由一个五阶带通滤波器和基于Marchand巴伦改进型巴伦级联组成, 带通滤波器采用耦合谐振式的设计方法, 设计成宽带高抑制巴伦滤波器, 在二阶、三阶和四阶谐振之间创新采用电感级联的拓扑结构, 使相对带宽在48%以上。巴伦输入与输出之间的耦合采用一种并联堆叠式耦合螺旋传输线, 增强了传输线之间的耦合, 并拓宽了巴伦的带宽。结果表明, 该巴伦滤波器通带为1.71~2.76 GHz, 插损均小于2.3 dB; 在50~669 MHz, 抑制大于35 dB; 在669~1 245 MHz, 抑制大于17 dB; 在3 205~3 400 MHz, 抑制大于27 dB; 在3 400~6 000 MHz, 抑制均大于30 dB。两个输出端口信号的相位差和幅度差分别为180°±15°(1 710~2 340 MHz)、180°±10°(2 500~2 760 MHz)和±1.0 dB, 具有较高的通用性和良好的应用市场。

针对超声扫描用于LTCC滤波器微分层检测的可行性开展研究。首先通过理论计算证实,在参考频率下滤波器内部微分层缺陷对超声波有极高的反射率,对实际检测过程中的分辨力要求进行了说明。其次对滤波器开展超声实测,给出具体可行的检测程序,依据检测结果对缺陷信息进行了判别。然后制取样品剖面,根据获取的缺陷信息定位缺陷。最后,利用FIB刻蚀技术对检测结果进行验证,证实了滤波器微分层超声检测的可行性。

该文设计了基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术的双波段高抑制、低损耗的双工器。该双工器由低通滤波器和带通滤波器组成, 且在低、高频段的阻带抑制方面运用了传输零点理论, 在实现双工器低损耗的同时, 也实现了在多波段的高抑制, 提升了双工器的性能。该双工器在低频段(0.68~0.95 GHz)及高频段(1.43~2.40 GHz)时插损均小于1.2 dB, 但在1.43~2.40 GHz时双工器抑制大于20 dB, 0.68~0.95 GHz时双工器抑制大于15 dB。在4.9~5.9 GHz时双工器抑制大于13 dB, 具有良好的市场应用前景。

为提高微机电系统(MEMS)加速度计的可靠性, 减小因为引线键合断裂造成的传感器失效, 该文设计了一种基于低温共烧陶瓷的无引线键合封装。该封装采用阳极键合技术将低温共烧陶瓷基板与芯片连接, 同时将电路转接板同步集成。结果表明, 该封装结构可减小传感器的封装尺寸, 有效提高了MEMS加速度计的可靠性。

低温共烧陶瓷(LTCC)基板制作工艺复杂, 产品质量对工艺参数十分敏感, 微小的成型缺陷就会影响其功能特性。文章将BP神经网络和多目标遗传算法——NSGA-Ⅱ(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm Ⅱ)相结合用于LTCC基板在层压和烧结工艺过程中的工艺参数优化。根据LTCC基板成型过程中出现的微通道变形、互联金属柱错位、基板翘曲三种主要成型缺陷与相关工艺参数的正交仿真实验结果, 对神经网络模型进行训练, 建立了三种成型缺陷与工艺参数之间的神经网络预测模型。在此基础上, 采用多目标遗传算法对三种成型缺陷相关工艺参数进行多目标优化求解, 得到了较优的工艺参数组合, 用于指导相关产品制作工艺设计。

对约400 μm厚的低温共烧陶瓷流延片进行准分子激光微孔加工工艺实验研究。由于低温共烧陶瓷流延片黏结性强并且微孔结构较小, 提出了采用X光显微成像测试的方法对微孔内部结构轮廓的检测, 对激光微孔加工的孔腔结构形成进行了分析研究。研究结果表明, 在一定范围内, 随着激光打孔脉冲个数的增加及激光能量密度的增大, 所获得的微孔的锥度减小; 较高能量密度的激光束可以提高对低温共烧陶瓷流延片的激光打孔效率, 但过高能量密度的激光束刻蚀材料时对微孔周围的基材产生较强的冲击, 易导致微孔结构的破坏, 对孔型质量造成严重影响。研究采用的X光显微成像测试技术能够快速获得完整的微孔内腔的轮廓图, 对提高激光打孔效率和改善孔型结构质量提供一定的参考意义。

随着系统级封装（SIP）所容纳的电子元器件和集成密度迅速增加, 传统的散热方法（热通孔、风冷散热等）越来越难以满足系统级封装的热管理需求。低温共烧陶瓷（LTCC）作为常见的封装基板材料之一, 设计并研制了三种内嵌于LTCC基板的微流道, 其中包括直排型、蛇型和螺旋型微流道（高度为0.3 mm, 宽度分别为0.4, 0.5和0.8 mm）。通过数值仿真和红外热像仪测试相结合的方式分析了微流道网络结构、流体质量流量、雷诺数、材料热导率对内嵌微流道LTCC基板换热性能的影响, 实验结果表明: 当去离子水的流量为10 mL/min, 热源等效功率为2 W/cm2时, 直排型微流道的LTCC基板最高温度在3.1 kPa输入泵压差下能降低75.4 ℃, 蛇型微流道的LTCC基板最高温度在85.8 kPa输入泵压差下能降低80.2 ℃, 螺旋型微流道的LTCC基板最高温度在103.1 kPa输入泵压差下能降低86.7 ℃。在三种微流道中, 直排型微流道具有最小的雷诺数, 在相同的输入泵压差下有最好的散热性能。窄的直排型微流道（0.4 mm）在相同的流道排布密度和流体流量时比宽的微流道（0.8 mm）能多降低基板温度10 ℃。此外, 提高封装材料的热导率有助于提高微流道的换热性能。

针对现有雷达高频接收组件尺寸大、集成度不高的情况，采用低温共烧陶瓷(LTCC)多层基板、单片微波集成电路(MMIC)芯片和微组装技术，设计和实现了C 波段LTCC 高频前端模块。该模块采用二次混频方案，包含限幅器、放大器、滤波器、衰减器、混频器等；其中主要器件用MMIC 芯片实现，滤波器埋置在LTCC 多层基板中实现，极大减小了模块的尺寸，模块最终尺寸为64 mm×20 mm×1.1 mm，比现有的接收组件尺寸减小了50%。经测试，该LTCC 高频前端模块的增益大于40 dB，带内平坦度小于2 dB，噪声系数小于5 dB，镜像抑制度优于51 dB。可将高频前端模块应用于雷达高频接收组件中，从而减小组件尺寸。