低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics, LTCC)是一种在较低温度下将多层陶瓷基板与导体电路一次共烧成型的电子基板制造技术,可同时实现结构致密化与高可靠性的三维互连。凭借优异的高频电性能、热稳定性及与高导电金属的良好兼容性,LTCC 已在 5G/6G 通信、毫米波雷达、卫星载荷和高密度系统级封装中得到了广泛应用。

1. LTCC 传统制造工艺

传统的 LTCC 的制造流程主要有流延、打孔、填孔、丝网印刷、层压、共烧等工序,这种工艺具备稳定的工艺控制能力和批量化生产优势。

图 LTCC制造生工艺流程

然而,传统工艺存在两方面显著局限:

(1)难以实现曲面多层基板及复杂异形基板的制造,

(2)因工艺复杂,流程长,难以满足单件、小批基板快速验证需求。

2、LTCC增材制造工艺

增材制造技术(也称为 3D 打印技术)凭借“逐层构建、按需沉积”的数字化制造特征,为 LTCC 的曲面结构、异形器件以及个性化制备提供了新的解决思路。增材制造可以实现多层共烧陶瓷的短流程、高效率、低成本和高设计性的先进制造。

图LTCC增材制造工艺

LTCC 增材成型工艺主要包括基于浆料的成型工艺和基于粉末床的成型工艺两大类。

表  典型 LTCC 增材制造成型工艺对比

(1)基于浆料的成型工艺

基于浆料的增材成型工艺充分利用浆料在流体态下所具备的可打印性与成型适应性,包括挤出直写(Direct Ink Writing, DIW)、材料喷射(Material Jetting, MJ)以及以立体光刻(Stereolithography Apparatus, SLA)和数字光处理(Digital Light Processing, DLP)为代表的光固化成型技术。

■ DIW 技术通过控制喷头运动与材料挤出率,利用浆料剪切稀化与快速恢复的特性实现浆料的逐层堆叠成型。不足之处在于精度低,易变形等。

■ MJ 技术则以压电或热气泡喷头产生微米级液滴,通过高频滴落与即时固化实现高精度图案化成型。不足之处在于材料难制备,机械性能弱。

■ SLA 与 DLP 同属光固化成型技术,依靠紫外光引发浆料中的光敏树脂进行交联反应,逐层固化生成三维结构。不足之处在于基板与导体无法同步成型。

图 DLP打印LTCC三维陶瓷电子器件,来源:DOI: 10.1002/adma.74140

(2)基于粉末床的成型工艺

基于粉末床的典型成型工艺包括选择性激光烧结(Selective Laser Sintering, SLS)、选择性激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)以及粘结剂喷射(Binder Jetting, BJ)等。

■ SLS 通过激光在预铺粉末层中实现局部软化或表面熔融并粘结来逐层构建三维结构,无需采用支撑结构,可以实现复杂内部通道,但在成型过程中易产生翘曲、边缘毛刺及层间孔隙。

■ SLM 采用高功率激光实现粉体完全熔融与再凝固,可获得更高的致密度与力学完整性,但低热导率与热应力集中易引起熔池不稳定、裂纹扩展等问题,其在 LTCC 器件中的应用仍处于探索阶段。

■ BJ 利用打印头选择性喷射有机粘结剂,在粉末床中形成初步结合结构,随后经脱脂与烧结实现致密化,成型速度快,无热源诱导变形,但脱脂过程中易出现结构塌陷或尺寸收缩不均。

在现有的 LTCC 增材成型工艺中,能够同时实现陶瓷基板与导体线路一体化成型的主要是 DIW 与 MJ 工艺。LTCC 增材制造的工程化应用需要在材料、工艺和设备研发三个方面同时发力,未来,LTCC 增材制造将在高频电子、传感器以及微波器件等领域展现更大的应用潜力。

12月24日,武汉理工大学 黄志锋 研究员将出席嘉兴陶瓷封装产业论坛,并做《增材制造赋能LTCC异形结构调控与性能优化》主题报告,欢迎与会交流!

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资料来源:

低温共烧陶瓷的增材制造技术综述,黄进,蒲芸娜,梁超余

推荐活动:【邀请函】第五届陶瓷封装(HTCC/LTCC/DPC)产业论坛(12月24日·浙江嘉兴)
第五届陶瓷封装产业论坛
HTCC·LTCC·DPC
12月24日
浙江·嘉兴

主办单位:深圳市艾邦智造资讯有限公司

协办单位:嘉兴佳利电子有限公司


1

活动安排

12月23日(周三):12:00—18:00 签到

12月23日(周三):14:00—17:00 参观佳利电子(具体安排待定,参观名额有限,先到先得)

12月24日(周四):7:30-8:50 签到;8:50—18:00 会议报告;18:00-19:30 晚宴

2

会议报告

序号

拟定议题

演讲嘉宾

1

议题暂定

嘉兴佳利电子有限公司

2

陶瓷封装的宇航应用及其挑战

上海航天技术基础研究所 研究员  赵立有

3

光模块用陶瓷封装外壳与基板技术探讨

南京固体器件有限公司 副总经理 邵金涛

4

HTCC在半导体封装中的应用

郑州中科集成电路与系统应用研究院 先进封测中心副主任 周继瑞

5

增材制造赋能LTCC异形结构调控与性能优化

武汉理工大学 研究员 黄志锋

6

LTCC封装技术

中国电科四十三所 集团公司专家 刘俊永

7

精密激光加工技术在陶瓷封装制造中的应用

浙江紫宸激光智能装备有限公司   总经理  赵建涛

8

LTCC在射频微系统中的应用

中国兵器工业第二一四研究所 研究员 高亮

9

陶瓷芯板在AI算力板中应用的结构和工艺

萍乡西瑞米克微电子有限公司

10

议题暂定

电子科技大学 研究员 邢孟江

11

面向半导体封装的多层陶瓷基板

拟邀请陶瓷封装企业/高校研究所

12

系统级封装(SiP)用陶瓷基板技术研发与产业化

拟邀请陶瓷封装企业/高校研究所

13

HTCC氮化铝基板研究进展与产业化应用

拟邀请陶瓷封装企业/高校研究所

14

嵌入式微小流道多层陶瓷基板研究进展

拟邀请陶瓷封装企业/高校研究所

15

陶瓷封装技术在医疗领域的应用

拟邀请陶瓷封装企业/高校研究所

欢迎自荐或推荐演讲,题目自拟,演讲&展台赞助联系:温小姐 18126443075(同微信)
图片

3

赞助企业名单

  • 嘉兴佳利电子有限公司

  • 上海航天技术基础研究所 

  • 南京固体器件有限公司

  • 郑州中科集成电路与系统应用研究院 

  • 武汉理工大学 

  • 中国电子科技集团有限公司第四十三研究所

  • 浙江紫宸激光智能装备有限公司 

  • 萍乡西瑞米克微电子有限公司

  • 电子科技大学

  • 中国兵器工业第二一四研究所

  • 合肥费舍罗热工装备有限公司

  • 武汉欧双光电科技股份有限公司

  • 浙江德龙科技有限公司

  • 常州普雷特印刷科技有限公司

  • 上海煊廷丝印设备有限公司

  • 合肥智热装备有限公司

  • 长沙建宇网印机电设备有限公司

  • 合肥韬普斯半导体科技有限公司

  • 上海晶隆科技有限公司

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采集来源:艾邦陶瓷展

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作者 czy