1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
3 空装北四代表室，北京 100041
为满足有源相控阵雷达中发射/接收(T/R)组件的小型轻量化发展要求，提出了一种新型的垂直互联结构。从工艺优化的角度，结合低温共烧陶瓷(LTCC)可制作腔体的特性，用高频结构仿真器 HFSS设计了半嵌入式球栅阵列(BGA)垂直互联结构，分析了半嵌入结构对垂直互联传输性能的影响。结果表明半嵌入式 BGA垂直互联结构，在 X波段回波损耗高于 24 dB，插入损耗低于 0.15 dB; 在 Ku波段，依然能实现回波损耗高于 20 dB，插入损耗低于 0.6 dB。该半嵌入式结构在优化工艺的同时，在 X-Ku波段的较宽频段内可实现良好的微波传输性能。
低温共烧陶瓷 半嵌入式 球栅阵列 垂直互联 微波传输性能 Low Temperature Co-fired Ceramic semi-embedded Ball Grid Array vertical interconnection microwave transmission performance 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(5): 696
中国建筑材料科学研究总院有限公司, 北京 100024
金导体浆料因具有较好的稳定性与可焊性而被广泛应用于低温共烧陶瓷(LTCC)中。金粉的表面形貌、粒径等性质会对金导体浆料产生较大影响。以氯金酸为原料、D-异抗坏血酸为还原剂、阿拉伯树胶为分散剂, 采用不同试验条件制备了纯度较高的三种类球形金粉, 且三种金粉的表面形貌、粒径与比表面积均不同。金粉生长过程属于种子介导的生长方法, 控制Cl-浓度与反应液pH值最终可获得不同形貌与粒径的金粉。研究表明, 三种金粉的比表面积分别为0.740、0.418、0.447 m2·g-1。金粉比表面积显著影响金浆的黏度, 以三种金粉为功能相, 在相同配比下制备LTCC用金导体浆料, 其黏度分别为326、209及214 Pa·s。试验结果表明, 以NaOH溶液溶解氯金酸并调整氯金酸溶液pH值为2, 30%(质量分数)二乙二醇乙醚溶液作还原剂溶剂时制得的金粉为功能相来制备金导体浆料, 烧结后膜层致密度最高、方阻较低以及金丝键合强度最高, 其方阻与金丝键合强度分别为1.11 mΩ/□与866 g, 三种金导体浆料均具有较好的可焊性。
低温共烧陶瓷 金粉形貌 比表面积 金导体浆料 膜层致密度 金丝键合强度 low temperature co-fired ceramics gold powder morphology specific surface area gold conductor paste membrane layer density gold wire bond strength
西安创联电气科技(集团)有限责任公司, 陕西 西安 710000
为了获得低温烧结的微波介质陶瓷, 该文采用固相法制备了Al2O3-SiO2-(Li2O-B2O3-SiO2-CaO-Al2O3)系微波介质陶瓷粉体, 并添加聚乙烯醇缩丁醛、丙三醇、鲱鱼油、乙醇、乙酸乙酯等配成料浆, 利用流延成型技术获得微波介质膜带。对不同配比下制备的膜带表面形貌进行扫描电子显微镜(SEM)观察分析,结果表明, 当质量比m(粉体)∶m(PVB)∶m(丙三醇)∶m(鲱鱼油)∶m(乙醇+乙酸乙酯)=25∶15∶2∶1∶7时, 膜带样品的表面颗粒分布更均匀。测量不同温度下该膜带样品的烧结密度及烧结收缩率, 得到在870 ℃时膜带样品的密度及收缩率达到最大。此外, 对膜带样品与Ag电极共烧后的断面形貌进行了扫描电子显微镜(SEM)观察分析, 结果表明, 在870 ℃下, 流延膜带与Ag电极共烧良好。
Al2O3微波陶瓷 流延工艺 低温共烧 固相反应 Al2O3 microwave ceramics tape casting process low temperature co-firing solid state reaction
中国电子科技集团公司 第二十九研究所, 四川 成都 610036
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。
低温共烧陶瓷(LTCC) 残余热应力 热变形仿真 封装 low temperature co-fired ceramics (LTCC) residual thermal stress thermal deformation simulation package
安徽建筑大学材料与化学工程学院，合肥 2030601
随着当下5G和6G技术的高速发展，开发出具有适中的介电常数，较高的品质因数，接近0的谐振频率温度系数的陶瓷已是当下研究的重点。通过固相法制备Ca0.95-xCu0.05(Na0.5Bi0.5)xMoO4微波介质陶瓷，研究烧结温度和组分变化对陶瓷微波介电性能的影响。当烧结温度为640 ℃、x为0.5时综合微波介电性能较好，此时陶瓷的εr=15.8，Qf=21 361 GHz，τf= ?偉d3.8×10?偉d6/℃。通过X射线衍射仪、Raman光谱仪、扫描电子显微镜研究了微波介电性能变化的机理。Ca0.45Cu0.05(Na0.5Bi0.5)0.5MoO4陶瓷与Al电极共烧结果显示有较好的相容性，表明Ca0.95?偉dxCu0.05(Na0.5Bi0.5)xMoO4陶瓷具有作为低温共烧微波介质陶瓷材料的应用潜力。
微波介质陶瓷 烧结温度 微波介电性能 低温共烧陶瓷 microwave dielectric ceramics sinter temperature microwave dielectric properties low-temperature co-fired ceramics
1 西安交通大学电信学部电子科学与工程学院, 西安 710049
2 成都宏科电子科技有限公司, 成都 610101
3 河北半导体研究所, 石家庄 050051
4 西安交通大学材料科学与工程学院, 西安 710049
5 西安交通大学电气工程学院, 西安 710049
在新一代高速无线通信技术推动下, 低温共烧陶瓷技术(LTCC)正处于重大变革时期。采用低介电常数(K)、低损耗、谐振频率温度稳定型LTCC作为高频基板材料, 可以满足无线技术高速率、低延时、高可靠的需求, 是当前热点研究之一。因此商用基板材料的现状和一些候选材料的研究工作被主要评述, 重点对玻璃/陶瓷体系、氧化物助烧体系、氟化物助烧体系、本征低温烧结体系等低K值LTCC材料的组成、结构特征、介电性能、热膨胀系数等具体指标及相应优缺点进行了讨论。同时介绍了一些热门体系的改性工作及其毫米波适用性, 最后对未来低K值LTCC材料的发展进行展望。
微波/毫米波 高频基板 低介电常数 低温共烧陶瓷技术 介电性能 microwave/millimeter wave ceramic substrate low-permittivity low temperature co-fired ceramics dielectric properties
1 西安交通大学材料科学与工程学院, 金属材料强度国家重点实验室, 西安 710049
2 南方科技大学材料科学与工程系, 广东 深圳 518055
传统方法制备微波介质陶瓷通常需要1 000 ℃以上高温, 不仅工艺周期长、能量消耗高, 而且难以实现多种材料体系的集成共烧。如今, 无线通讯技术的不断革新和蓬勃发展对微波器件小型化、集成化提出了更高要求, 低温共烧陶瓷/超低温共烧陶瓷技术被开发和广泛应用。研究烧结温度更低、烧结效率更高, 且微波介电性能优异的节能环保型绿色制备工艺, 已经成为全球范围内研究热点之一。液相烧结、热压烧结、微波烧结、放电等离子体烧结、闪烧等烧结工艺的提出促进了低温烧结微波介质陶瓷的发展。最近, 又出现了一种新的超低温烧结工艺-冷烧结技术。冷烧结具有极低的烧结温度(一般 ≤300 ℃)、可在短时间内实现陶瓷高致密化, 且在物相稳定性、复合共烧以及晶界控制等方面有着优势, 为超低温烧结工艺以及微波介质材料体系的开发提供了新的契机。
微波介质 陶瓷 低温共烧陶瓷 超低温共烧陶瓷 超低温烧结工艺 冷烧结 microwave dielectric ceramic low temperature co-fired ceramic ultra-low temperature co-fired ceramic ultra-low sintering temperature technology cold sintering process
安徽建筑大学材料与化学工程学院, 合肥 230601
随着电子通信行业的迅速发展, 微波介质陶瓷近年来成为关注的热点。磷酸盐微波介质陶瓷通常具有烧结温度低、介电常数较低、粉体材料容易制备, 以及与银不发生显著反应等特点, 故可作为低温共烧陶瓷。本文概述了正磷酸盐(PO4)和焦磷酸盐(P2O7)系列陶瓷几种常见的晶体结构和微波介电性能, 以及PO4陶瓷的掺杂和复合。研究发现, 当A位元素和P元素摩尔比大于1时, 制备的样品是PO4与P2O7的混合物。PO4陶瓷的掺杂本质是通过A/B位离子取代起到改进介电性能的作用。PO4陶瓷的复合对性能改进的原理是原样品温度系数若为负值, 则可复合TiO2使温度系数接近0; 原样品温度系数若为正, 则复合其他温度系数为负的材料中和温度系数。最后提出了当下磷酸盐微波介质陶瓷存在的问题和研究展望。
微波介质陶瓷 低介电常数 低温共烧 正磷酸盐 焦磷酸盐 PO4陶瓷掺杂与复合 microwave dielectric ceramics low dielectric constant low-temperature co-firing orthophosphate pyrophosphate doping and recombination of PO4 ceramics
1 中国计量大学 信息工程学院, 浙江 杭州 310018
2 浙江春晖磁电科技有限公司, 浙江 绍兴 312300
3 浙江省嘉兴佳利电子有限公司, 浙江 嘉兴 314011
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。
低温共烧陶瓷 3 dB 90°电桥 螺旋耦合线 隔离电容 幅度平衡度 low temperature co-fired ceramics(LTCC) 3 dB 90°bridge spiral coupling line isolation capacitor amplitude balance
1 1.上海师范大学 化学与材料科学学院, 上海 200234
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 201899
LTCC材料在电镀和化学镀工艺中对酸/碱镀液的耐蚀性是低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics, LTCC)材料在实际应用中需要关注的重要特性。本工作研究了HCl、H2SO4和NaOH溶液(0.01~2.00 mol/L)和浸泡时间(10~300 min)对Ca-B-Si体系LTCC材料腐蚀行为的影响规律。结果表明，LTCC材料在不同的酸溶液中浸泡相同时间, 样品的腐蚀失重量会随着酸溶液浓度增大呈现出先增大后减小的趋势, 而在碱溶液中并未观察到明显的腐蚀现象。当盐酸溶液浓度为1.00 mol/L时, LTCC材料的失重最大为54.96%。当硫酸溶液浓度为0.10 mol/L时, LTCC材料的失重最大为8.80%LTCC材料中的CaB2O4和CaSiO3晶相会与酸溶液发生溶解反应进而造成腐蚀, 并且随着酸溶液浓度增大, 反应后样品表面富Si蚀变层的形成速度更快, 进而使LTCC材料在较高浓度酸溶液中的浸泡失重量减小。LTCC材料在1 mol/L 盐酸溶液和0.1 mol/L硫酸溶液中溶解反应的表观活化能分别为20.38、5.43 kJ/mol, 故盐酸溶液对LTCC材料的腐蚀速率大于硫酸溶液。结合化学腐蚀反应动力学和热力学分析, 揭示了LTCC材料在酸溶液中以离子交换和水解反应占主导的腐蚀机理。
低温共烧陶瓷 硼硅酸盐玻璃 浸泡 腐蚀机理 low temperature co-fired ceramics borosilicate glass soak corrosion mechanism
