多层陶瓷基板 = 多层"陶瓷介质 + 金属导体"交替叠放,一次共烧成一个整体。 导体不是外部的,介质不是粘接的,两者在烧结过程中同时致密化,这就是它区别于所有"先做基板、再贴元件"类技术的根本点。多层陶瓷共烧决定了多层陶瓷基板为什么能做到高集成、高气密、高频低损耗,也决定了它的工艺难度为什么远高于普通印制电路板。(推荐阅读:LTCC基板制造工艺全流程解析),工艺流程包括流延、打孔、填孔、丝网印刷、叠片、等静压、排胶烧结、后处理等。
看着流程清晰,但行业里能稳定量产多层陶瓷基板的厂家并不多。原因集中在三个变量上,它们互相牵制,很难单独优化。

门槛 1:烧结收缩率控制

陶瓷坯体在烧结中会整体收缩,收缩率随材料体系不同,通常在百分之几到十几的区间。问题在于:X-Y 方向收缩与 Z 方向收缩不一致,且收缩量对浆料批次、叠层密度、炉温分布都敏感。

对策:

1)通过材料与工艺把批次一致性做到足够高,靠经验曲线去补偿;

2)采用约束烧结(例如在坯体上下加约束层抑制 X-Y 收缩)等工艺,把收缩尽量压小甚至做到接近零收缩。无论哪条路,都需要长期的数据积累。

门槛 2:层间对位精度

每多一层,就多一次叠加误差的机会。层与层之间只要有偏移,通孔就可能对不齐,表现为互连电阻离散度变大甚至开路。对位精度不只是设备精度问题,还包含前面每一步的尺寸变化累积——流延的带子在不同湿度下的胀缩、印刷时的图形变形,都会在叠层时变成偏差。

门槛 3:导体与陶瓷的共烧界面匹配

导体和陶瓷必须在同一温度曲线下同时完成致密化,还要满足三点:收缩行为尽量同步(否则界面开裂或翘曲)、界面结合良好、不发生影响电性能的过度反应或扩散。不同导体体系(金、银、铂、钯及其合金)与不同陶瓷体系的匹配窗口各不相同,需要逐组合去验证。

一句话总结这三道门槛:多层陶瓷基板的品质,本质上是"材料一致性 + 尺寸稳定性 + 界面匹配性"三者长期磨合的结果,不是单一设备买来就能解决的。

来源:江苏惟哲新材料

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作者 ab, 808