LTCC材料特性與優勢

LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramics）低溫共燒陶瓷技術是以陶瓷原料為主，內外層電極可分別使用銀、銅、金等金屬，在攝氏900度以下的燒結爐中燒結所形成之整合性陶瓷元件。由於可將被動元件及其他相關主動元件整合於同一元件模組上，除具備SIP（System In Package）的系統整合概念外，並具有體積小、高頻、穩定性高等特點。

多層低溫共燒陶瓷技術具有整合主動元件或模組及內埋被動元件的能力，LTCC能整合並內埋各種微波電路、混合信號電路、類比、數位、DC及控制電路，並且以Via作成各個電路的隔離以避免EMI干擾問題，並能同時達到模組縮小化及降低零件成本的要求。

在現今技術領域中，被動元件（包括電容、電感、電阻、濾波器、阻抗匹配電路連接及DC線等）在成本及電性考慮下，目前無法完全整合於IC內，因此必須外接，而被動元件數目很多，在組裝上造成可靠度降低、成本提高及佔大量面積等缺點，採用LTCC低溫共燒陶瓷技術可克服以上的缺點。

LTCC為高密度陶瓷與玻璃混合而成的材料，膨脹係數小故可採用裸晶（Bare Die）組裝技術。值得一提的是LTCC之整合內埋的積體化模式，是將平面是二度空間的元件（零組件）拓展到三度空間，以縮小元件之體積並減少SMT（表面黏著技術）的成本，以增加設計空間及電路密度。

總結來說，LTCC特性有以下九種：

LTCC產品可提供最大的優勢

LTCC在無線通信領域之應用現況

LTCC製作的模組具有IC封裝，埋入式被動元件及三度空間的高密度電路連接的功能，非常適合製造高頻通訊模組，用於新一代的行動電話、無線網路及藍芽產品。

LTCC於通訊產業的利用

在手機的電路中，有幾個使用LTCC製程技術的元件組，包括分離式高頻電感、耦合器、平衡及非平衡轉換器、濾波器、晶片天線、分頻器開關模組，及功率放大器模組。對於Diplexer Switch模組，包括兩個發射頻端的低通濾波器，一組天線端的分頻器及四個二極體，其低通濾波器及分頻器與部份分匹配電路的電容及電感可以埋入LTCC的基板內。二極體則置於基板的表面。目前日本的Hitachi、Murata、EPCOS及NTK等公司皆以將接收端的SAW濾波器與Diplexer Switch整合成模組用於新一代的手機中。

《圖一　WirelessLAN內部電路架構》

《圖二　WireLess LAN電路實體圖》

在台灣，叡邦科技推出802.11a+g Front End LTCC模組用於WLAN及手機用LTCC RF（射頻）模組，整合了收發器、功率放大器及其控制線路，天線開關及SAW濾波器，尺寸為21mm× 21mm× 2.8mm，該公司即將推出世界最小的10mm×10mm LTCC RF模組，屬無線個人區域網樂的藍芽（Bluetooth）模組，也可以使用LTCC的三維電路，埋入式被動元件及覆晶封裝（Flip Chip Packaging）使得整個模組小型化，通訊大廠易利信首先推出LTCC的微型模組，MKE稍後亦推出全球最小的LTCC藍芽模組，整合天線、濾波器及電容等，工研院電通所也設計超小型藍芽模組，其LTCC基板內藏電容、濾波器、Balun及天線，表面有藍芽的射頻、基頻、Flash記憶體、震盪晶體與Switch二極體。其尺寸為20mm×12mm×3mm，使用16層的LTCC生胚，另外在衛星微波及航太通訊上的電路基板，也使用了LTCC的技術。

《圖三　手機收發器內部電路圖》

《圖四　手機收發器電路實體圖》

LTCC產品設計要點

LTCC產品設計要點著重於LTCC的高頻特性，矽線及Via。

高頻特性

不同材質的基板製作成50(傳輸線於不同頻率的插置損失。要降低LTCC的損失應從降低材料內的玻璃成分為主，因為到高頻，玻璃是造成損失的主要因子，但是為了低溫燒結，玻璃成分又不得不添加。因此，可以使用可結晶化的玻璃材料（又稱玻璃陶瓷）系統，使用此玻璃材料，燒結前仍是玻璃相。在LTCC燒結的後續過程中，此玻璃將會結晶化，形成結晶相。選擇適當的結晶相，將提高LTCC的品質因數，降低材料的損失。

除了介電材料以外，如何提高金屬材料品質因數，也是一個重要因素，因為系統的品質因素是由介電材料與金屬導線共同決定。金屬導線，如銀導線的損失可由銀膠組成材料，銀粉粒徑與形狀，銀膠的留變性、印刷性及厚模印刷的製程參數等因子控制。

矽線及Via方面

傳統的厚膜精密印刷可以達到100mm/100mm的線寬/線距，但是未來將需要少於50mm的線寬及微孔徑，因此新製程技術將逐漸被開發，例如杜邦（如Fodel）及英國的Hibridas都推出Photo-Patterned厚膜製程技術，利用薄膜的photolithography的曝光顯影方式來製作厚膜電路，目前這些技術已用在工業界，但是材料成本較貴。

另外LTCC漿料調配技術與生胚刮製技術，K＝7.8；刮製生胚厚度：50～350(m；高頻介電損失：0.3％@ 5GHz。

LTCC介電陶瓷材料共燒之埋入式電容生胚之配方與刮製技術，K＝70；刮製生胚厚度：20～ 60(m；高頻介電損失：＜1.2％@ 1GHz，容值公差低於± 20％與材料所自行開發之內LTCC介電材料共燒變數＜1％。

值得一提的是，設計LTCC模組，需要良好的電路模擬與設計技術，就如同CMOS半導體產業，IC製程技術必須搭配完整的材料製程與元件製作，以及所搭配的資料庫及設計軟體，才可以讓電路或IC設計工程師快速且正確的設計出製造模組電路的每一層Layout，並可模擬模組及系統的特性與功能。因此，建立配合設計軟體完整的材料及元件的資料庫是最重要的一個環節。然而，建立資料庫是費時費金錢的工作，而且每個LTCC製造公司的材料系統不一，可以想見資料庫也不一樣，一定會造成一些資料庫累積與互通性的障礙，如何打通這些關卡，使設計軟體及資料庫更符合人性化使用，更方便、更正確將是LTCC產業必須努力的目標。目前，IC的技術逐漸走向系統級晶片（System on Chip；SoC）的趨勢，其中智慧權（IP）的再使用模式亦可以作為LTCC設計的參考。

當完整的資料庫建立起來，配合適當的軟體設計與模擬，模組的設計及製造的時間將會減少，有利於產品原型（Prototype）的開發，增加LTCC製程技術的競爭性。

LTCC技術之瓶頸與發展趨勢

LTCC的關鍵技術包括：材料系統、異質共燒、元件設計與佈局等相關技術。

目前的LTCC材料或製程中少部份不符合綠色環保的要求。例如有些LTCC材料系統使用含氧化鉛的玻璃系統，再生胚製作過程中使用甲苯之類的溶劑，另外在外電極部份，使用含鉛的銲錫材料，因此，開發符合環保的材料系統，亦是相當重要的一環。

發展LTCC共燒內埋式之高頻介電材料技術，除了在材料開發上規格必須齊備，以因應上游系統廠商之佈局及設計鉛彈性外，如何在製程上做更精確的掌控，將是業者決定技術領先與否的關鍵所在，其製程技術難度依用途不同略有差異，卻面臨相同之瓶頸，包括內埋式電容製程技術，內埋式電容之共燒匹配及內埋式電容之介面反應層。

在面臨PCB模組化製程技術之強力挑戰下，LTCC用內埋式高頻介電材料技術之機會，決定於新技術之開發以及製造成本是否有效降低，而在短時間內無法有效降低成本的狀況下，亦應思索如何開發其在更高頻率，更低介電損失的材料系統，並拓展其他更高附加價值的產品，例如光通訊模組獲生物醫療器具之應用，如此才能確保LTCC技術立於領先地位。

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