低温电子封接技术的成分组成与举例的实现方案

低温电子密封技术是近年来发展起来的一项引人注目的集成元件技术。代表了电子元器件小型化、高频化、集成化、低成本化的发展方向。它已成为被动集成的主流实现方式。程序。

其技术路线是：根据设计结构，采用低温烧结陶瓷材料，通过浇注法制作生陶瓷带；通过冲压、灌浆、精密印刷等工艺在陶瓷带上制备电路图案，并嵌入无源元件；内外电极可采用Au、Ag、Cu等高导电、低燃烧金属；多层层压后，在低于900℃的温度下共烧，制成三维空间互不干扰的高密度电路基板；表面贴装IC和有源器件，并形成多种腔体结构；形成无源器件或无源/有源集成功能模块。

LTCC陶瓷的成分是决定其物理化学性能和电性能的关键因素。目前，用于LTCC的陶瓷材料主要有三种：玻璃/陶瓷复合体系、玻璃-陶瓷体系和非晶玻璃体系。玻璃/陶瓷复合体系和玻璃-陶瓷体系是研究的重点。

AlN/玻璃复合体系

AlN/玻璃复合体系是将AlN添加到玻璃体系中。AlN具有优异的电学和热学性能，是一种很有前途的高导热陶瓷。添加AlN对提高热导率有显着效果。一个例子如下：

(1）AlN+SiO2-B2O3-PbO+LiF+碱金属/碱土金属氧化物

其中碱金属/碱土金属氧化物有K2O、Na2O、Li2O、CaO，LiF是烧结助剂，能有效降低玻璃液相的粘度。AlN陶瓷的热导率约为Al2O3的5-10倍。用AlN代替Al2O3制备的AlN基复合材料可以获得更好的导热性能。系统热导率可达11w/m·K。

(2）AlN+SiO2-B2O3-ZnO-Al2O3-Li2O

850～1050℃热压烧结。εr=3.7～6.1，tanδ=0.002～0.004GHz，TEC为1.8～3.7×10- 6/℃，常温热导率为4.69～11.56w/m·K。该系统的特点是导热系数高，可用于更高功率的器件和更高密度的封装，以及更好的介电性能和热膨胀系数。

硼硅酸盐+陶瓷体系

(1）陶瓷+Bi2O3-B2O3-SiO2+助焊剂

可添加的陶瓷有：Al2O3、TiO2、CaO等。熔剂为：Li2CO3、CaF2、LiF，烧结温度小于700℃ ，烧结收缩率0~20%可控。εr=5～20，tanδ<0.002GHz，可用于高频电路、可集成陶瓷基板和微电子封装材料等领域。

（陶瓷基板中的电子元件）

(2）ZnO-TiO2+ZnO-B2O3-SiO2

微波介电陶瓷材料。以硼硅酸锌玻璃为助熔剂，体系烧结温度低于900℃，可与银电极共烧。τf为负的硼硅酸锌玻璃与τf为正的TiO2结合，可以将τf调整到接近于零。材料的τf=0±10ppm/℃，εr=24～35.3，Q·f达​​到13000GHz。

(3）SiO2-B2O3-Al2O3+碱土金属氧化物+陶瓷

碱土金属氧化物主要有SrO，陶瓷有Al2O3、TiO2、堇青石和莫来石2-3种，体系烧结温度850-​​950℃。εr>10 (1.9GHz)，TEC为5.9～6.4×10-6/℃(50～300℃)。用作多层线路板的基板材料时，通过调节堇青石或莫来石的含量，可以控制基板材料的层间线热膨胀系数差不大于0.25×10-6 /℃。

堇青石玻璃系统

MgO-Al2O3-SiO2+焊剂+改性剂

MgO-Al2O3-SiO2+助熔剂+改性剂体系微晶玻璃的主要晶相为堇青石，具有较高的机械强度、优良的介电性能、良好的热稳定性和抗热震性。铜导体与氮气共烧后性能稳定，因此受到国内外研究人员的广泛关注。

硅铝玻璃系统

有CaO-Al2O3-SiO2、BaO-Al2O3-SiO2、Li2O-Al2O3-SiO2等。

CaO和SiO2含量比的增加降低了玻璃的结晶活化能和烧结温度，但增加了样品的介电常数、介电损耗和热膨胀系数。制备的微晶玻璃的烧结温度≤1000℃，εr≤7.5，tanδ≤0.0005，TEC≤4.3×10-6/℃，符合预期用于低温共聚。烧结陶瓷基板材料。

（微晶板表现不错）

硼硅酸钙玻璃系统

(1）CaO-B2O3-SiO2-ZnO-P2O5+稀土氧化物

稀土：Y、La、Sm、Gd等，采用溶胶-凝胶法，烧结温度750～950℃。制备的微晶玻璃材料具有优良的化学均匀性和材料纯度均匀性，以及良好的性能重复性。

(2）CaO-SiO2-B2O3+SiO2-B2O3-Na2O-K2O-Li2O

用该材料制备的127μm LTCC生带表面平整光滑，可在850℃左右烧结。εr=5～7，tanδ<0.02GHz。

(3）CaO-B2O3-SiO2-ZnO-P2O5

B2O3可以降低玻璃的高温粘度，降低烧结温度；ZnO-P2O5的加入降低了烧结温度，促进了晶核的生长。该系统的烧结温度为750-850°C。εr=4.9～5.5，tanδ=0.001～0.0025MHz。

高介电常数系统

(1）Li2O-Nb2O5-TiO2+低熔点氧化物

低熔点氧化物：B2O3、B2O3-ZnO、B2O3-CuO、Li2O-V2O5，本体系原烧结温度为1100℃，加入少量低熔点后烧结温度降至900℃点氧化物。εr=32～52，Q·f和τf较小。

(2）Bi3x-yLayZn2-2x-mAmNb2-x-nBnO7

对于微波介电陶瓷来说，材料的晶体结构和相组成很简单。A=K1+、Li1+、Ba2+等，B=Mn4+、Ti4+、Ta5+等，烧结温度900～1000℃。εr=80～150，tanδ<0.0003，绝缘电阻ρV≥1012Ω·cm，抗电强度Eb≥10kV/mm。

（微晶面板技术成熟）

(3）(Bi3xM2-3x)(ZnxNb2-x)O7

M=Zn、Ca、Cd、Sr，烧结温度900-1020℃。是一种低损耗高介电的微波介质陶瓷，εr=70～150，tanδ<0.0006二氧化钛溶胶 生产商，绝缘电阻ρV≥1013Ω·cm，Q·f=1000～6000GHz，τf=-50～- 80、介质电常数温度系数覆盖范围广，从-300到+60ppm/℃，在-55到125℃范围内可以根据材料成分进行调整。

(4）BaCO3-ZnO-TiO2+ 烧结助剂

微波介电陶瓷，烧结助剂为Li2O-ZnO-B2O3玻璃或BaCu(B2O5)。采用传统固相反应合成二氧化钛溶胶 生产商，材料烧结温度在900℃以下。具有良好的微波介电性能：εr =25～35，Q·f>12000，τf=-10～+30ppm/℃；材料工艺稳定，重复性好；与银电极共烧匹配性更好

（美术陶瓷）