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低温共烧陶瓷技术(LTCC)新进展

发布时间:2009-07-10 来源:中国电子商情

编者按:
创新的重要性不言而喻,其意义在新经济形势下显得尤为突出,只有自主创新才有出路。不过,所谓知易行难,中国自己的基础研究和原创设计还有很长的路要走。为了切实推动本土电子信息科技创新和技术进步,从2003年开始,中国电子学会与中国电子展(CEF)组委会每年都共同发起和组织“中国电子学会电子信息科学技术奖”评选活动,到2008年已是第6届,获奖名单已经公示。颁奖大会将首次移师正由“制造之都”向“创新重镇”转型的深圳,于2009年4月9日在第73届中国电子展(CEF)暨2009年中国国际数码通信展的开幕式上召开,为优秀的创新成果和创新单位、企业提供一个展示和交流的大平台,届时工信部主要领导和深圳市领导将莅临现场,与获奖企业及业内人士共襄盛举,共议创新大计。《中国电子商情》记者采访了“高性能低温共烧陶瓷(LTCC)材料”、“叠层片式高频陶瓷电感器”、“贱金属Ni内电极高压片式多层陶瓷电容器及抗还原陶瓷材料的开发与产业化”三个获奖项目的负责人,与读者分享这些项目有哪些技术优势和创新点,市场应用前景如何,从国家级创新大奖解读中国电子信息领域的自主创新趋势。
 
 
在本次创新大奖评选中,本土元器件和材料的创新项目表现抢眼,共有7个项目获奖,令人振奋!这些项目对加快产业调整振兴规划的中国电子元器件产品升级目标将起到重要推动作用。而清华大学完成的“高性能低温共烧陶瓷(LTCC)材料”是唯一一项获得一等奖项目。新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室是我国新型陶瓷领域应用基础研究的重要基地,挂靠清华大学。其中电子陶瓷(信息功能陶瓷)是实验室的一个重要研究方向。本次获奖的成果“高性能低温共烧陶瓷材料”是在国家863计划支持下完成的。主要应用领域是无源电子元件的集成和新一代电子封装技术。该项目有哪些技术优势和创新点,市场应用前景如何,《中国电子商情》记者专门采访了清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室长江特聘教授,副主任周济,请他谈谈该获奖项目的具体情况。
 
新型LTCC材料系统解决技术难题
低温共烧陶瓷技术(LTCC)是无源电子元件集成和电子元器件高密度封装的关键技术。其中低介电常数低温共烧陶瓷材料是LTCC技术的基础和核心。低介电常数LTCC材料目前面临的主要问题是高性能(低介电常数、低介电损耗、高机械强度)和低烧结温度的矛盾。由于这一矛盾的存在,现有的商用LTCC材料系统均难以进行改性以获得更高的性能和性能的系列化。
 
周济介绍说,我们在全新的材料设计思想指导下,发展出了一种新型LTCC材料系统――硅铝氟氧化物基低温共烧陶瓷。通过F离子取代对硅氧四面体结构的调制,实现对介质电极化行为和材料烧结特性的改性,获得降低烧结温度与降低材料介电常数及介电损耗的多重效应,进而解决低烧结温度、低介电常数和高机械性能之间的矛盾,发展出兼具有优异物理性能和工艺特性的新型LTCC材料系统。同时,巧妙利用氟化铝作为氟的前驱体解决了氟引入材料的难题,并通过玻璃化工艺解决了氟在烧结过程中挥发和组分控制的问题。利用其他金属氧化物、氟化物作为调节剂,实现对材料介电性质和力、热性能的优化与调节。材料烧结体由氟氧玻璃基体和铝酸盐及金属氟化物、氧化物结晶相构成,介电常数可以通过结晶相的组成和结构的控制实现系列化,热膨胀系数也可以通过调节剂进行调整。与现有的商用LTCC材料相比,该材料系统具有更低的烧结温度、更低的介电损耗、介电常数可系列化等优点。综合技术指标优于现有商用材料。
 
LTCC市场发展前景广阔
国内LTCC市场的开发潜力很大,随着未来电子元件的模块化以及电子终端产品的过剩,价格成本的竞争必定会更加激烈,国内厂家最初采用的原料、设计直接从国外打包进口的做法已经难以满足价格战的要求,LTCC产品和自主知识产权的开发已经提上日程,这为国内LTCC市场的发展提供了良好的契机。
 
目前,我国的LTCC产业已经初步形成。已有了十余条引进LTCC生产线开始运行。但多数生产线采用杜邦、Ferro等企业的材料。本成果成功地提供了一大类新型高性能低介LTCC材料,拥有自主知识产权,对于我国LTCC产业的发展具有重要的意义。 
 
    对于改项目的成果转化,周济说,我们正在与深圳顺络电子公司合作,推进这一成果的转化和相关元器件产品的产业化进程。深圳顺络是目前我国最大的LTCC产品生产基地。所生产的叠层滤波器和叠层片式天线产品以形成了很大的规模。下一步我们将进一步实现材料各种性能参数(介电常数、热膨胀特性等)的系列化和标准化,并通过系列化材料的应用,提高器件的功能,简化器件结构,提高可靠性,降低成本。结合器件工艺的创新,争取形成具有特色和竞争优势的LTCC技术体系。
 
LTCC技术助力元件集成化发展
中国是电子元件生产大国。多种无源电子元件产品在世界上均名列前茅。近年来国际电子元件产业进入了一个迅速升级换代的时期。基于多层陶瓷技术(MLC)和低温共烧陶瓷技术(LTCC)的新一代电子元件已成为电子元件的主流,而集成模块化则是电子元件的主要发展方向。
 
周济表示,从世界电子制造业发展趋势看,无源元件的分立形式已构成制约电子设备功能提高和小型化、便携式的主要因素,无源元件的集成化势在必行,LTCC技术的发展正在成为高技术发展的制高点和产业生长点。而基于LTCC的无源集成技术亟需具有相同工艺性质(如烧结特性)和不同应用性质(如介电常数)的系列化LTCC材料。本项目提供的系列化低温共烧陶瓷材料系统将为低温共烧多元件集成提供材料保证。
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