一种LTCC技术在系统级封装电路领域的实现

　　电子封装是一个富于挑战、引人入胜的领域。它是集成电路芯片生产完成后不可缺少的 一道工序，是器件到系统的桥梁。封装这一生产环节对微电子产品的质量和竞争力都有 极大的影响。按目前国际上流行的看法认为，在微电子器件的总体成本中，设计占了三 分之一，芯片生产占了三分之一，而封装和测试也占了三分之一，真可谓三分天下有其 一。封装研究在范围的发展是如此迅猛，而它所面临的挑战和机遇也是自电子产品 问世以来所从未遇到过的；封装所涉及的问题之多之广，也是其它许多领域中少见的， 它需要从材料到工艺、从无机到聚合物、从大型生产设备到计算力学等等许许多多似乎 毫不关连的的协同努力，是一门综合性非常强的新型高科技学科。

　　低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic LTCC）该技术是近年发展起来的令人瞩目的整合组件技术，已经成为无源集成的主流技术，成为无源元件领域的发展方向和新的元件产业的经济增长点。LTCC器件的显着优点之一是其一致性好、高。而这完全有赖于所用材料的稳定性和工艺设备的。国内目前尚没有生产厂可制造与LTCC有关的成型设备。据不完全统计，国内南玻电子引进了一条完整的LTCC生产线，另外约有4家研究所已经或正在引进LTCC中试设备，开发军工用LTCC模块。　　

　　本文主要讨论基于LTCC技术实现SIP的优势和特点，并结合开发的射频前端SIP给出了应用实例。

　　1 LTCC技术实现SIP的优势特点

　　LTCC技术是将低温烧结陶瓷粉末制成厚度而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用冲孔或激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制作出所需要的电路图形，并可将无源元件和功能电路埋人多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，在850～900℃下烧结，制成三维空间的高密度电路。基于LTCC的SIP相比传统的SIP具有显著的优势，优点就是具有良好的高速、微波性能和极高的集成度。具体表现在以下几方面：

　　(1)IXCC技术采用多层互连技术，可以提高集成度，IBM实现的产品已经达到一百多层。NTT未来网络研究所以LTCC模块的形式制作出用于发送毫米波段60GHz频带的SIP产品，尺寸为12 mm×12 mm×1.2 mm，18层布线层由0.1 mm×6层和0.05 mm×12层组成，集成了带反射镜的天线、功率放大器、带通滤波器和电压控制振荡器等元件。LTCC材料厚度目前已经系列化，一般单层厚度为10～100 μm。

　　(2)LTCC可以制作多种结构的空腔，并且内埋置元器件、无源功能元件，通过减少连接芯片导体的长度与接点数，能集成的元件种类多，易于实现多功能化和提高组装密度。提高布线密度和元件集成度，减少了SIP外围电路元器件数目，简化了与SIP连接的外围电路设计和降低了电路组装难度和成本。

　　(3)根据配料的不同，LTCC材料的介电常数可以在很大的范围内变动，可根据应用要求灵活配置不同材料特性的基板，提高了设计的灵活性。比如一个高性能的SIP可能包含微波线路、高速数字电路、低频的模拟信号等，可以采用相对介电常数为3.8的基板来设计高速数字电路；相对介电常数为6～80的基板完成高频微波线路的设计；介电常数更高的基板设计各种无源元件，把它们层叠在一起烧结完成整个SIP的设计。另外，由于共烧温度低，可以采用Au、Ag、cu等高电导率的材料作为互连材料，具有更小的互连导体损耗，特别适合高频、高速电路的应用。

　　(4)基于LTCC技术的SIP具有良好的散热性。现在的电子产品功能越来越多，在有限的空间内集成大量的电子元器件，散热性能是影响系统性能和可靠性的重要因素。LTCC材料具有良好的热导率，据研究其热导率是有机材料的20倍，并且由于LTCC的连接孔采用是填孔方式，能够实现较好的导热特性。

　　(5)基于LTCC技术的SIP同半导体器件有良好的热匹配性能。LTCC的TCE(热膨胀系数)与Si、GaAs、InP接近，可以直接在基板上进行芯片的组装，这对于采用不同芯片材料的SIP有着非同一般的意义。

　　高频、高速、高性能、高可靠性是数字3C产品发展必然的趋势。预计到2010年SIP的布线密度可达6 000 cm／cm2，热密度达到100 W／cm2，元件密度达5 000／cm2，I／O密度达3 000／cm2。基于LTCC技术的SIP在这些高集成度、大功率应用中，在材料，工艺等方面必将进入一个全新的发展阶段，在未来的应用中占据着越来越重要的地位。