低温共烧陶瓷（LTCC）三大材料体系介绍

低温共烧陶瓷（LTCC）三大材料体系介绍

材料是低温共烧陶瓷（LTCC）技术的核心，从材料的物理性质和应用领域划分，LTCC材料基本上可以分为两大类：①低介电常数材料(εr低于10)，主要用于无源集成、系统级封装及多层电路基板。从原理上讲，这类材料的介电常数应尽可能低，以满足电路中信号高速传输的要求;②具有中高介电常数(εr在10以上)的材料，主要用于满足各类微波器件的特殊需要。从材料组成和结构划分，目前低温共烧陶瓷材料系统可分为三大类：玻璃陶瓷、陶瓷-玻璃复合材料和玻璃键合陶瓷。

三大类LTCC材料

玻璃陶瓷体系

玻璃陶瓷体系即前驱体为玻璃材料，在烧结过程中晶化，晶体从玻璃中析出，形成一种自生长的两相结构。这类材料玻璃相的体积分数为50%~80%。玻璃相是这类材料功能的主要载体，而少了的晶化组分所起到的作用是改善材料的力学性能和热性能。

代表产品：A6M LTCC系列

玻璃+陶瓷复合体系

玻璃+陶瓷复合体系是目前应用最广泛的体系。玻璃/陶瓷复合系采用玻璃粉和晶态陶瓷粉体作为前驱体，烧结出两相复合的块体材料。特点是在陶瓷相中加入玻璃相，利用玻璃相软化点和熔点低的特性，增加液相传质，达到降低烧结温度的目的。玻璃主要是各种晶化玻璃，玻璃相所占体积分数为20%~50%，陶瓷填充相主要是Al2O3、SiO2、堇青石、莫来石等。其中 Al2O3具有良好的介电性能和化学稳定性， 且相对廉价，因此使用最为普遍。

图源：塞拉尼斯

该材料体系的低烧结温度是由低熔点的玻璃提供，而力学性能、介电性能、热膨胀性能等则由两者共同决定，影响因素包括：两者的体积分数、粒度分布、各自的热膨胀系数和介电常数等。玻璃/陶瓷复合体系明显的优点在于材料的可设计性，因为陶瓷填料在烧结过程中较为稳定，仅表层发生溶解，因此可以通过改变玻璃和陶瓷相的成分、粒径、二者比例等来设计调整复合材料的性能。

代表产品：GreenTape™ 951（Al2O3+硼硅酸铅玻璃）

玻璃键合陶瓷

玻璃键合陶瓷其前驱体以晶态陶瓷粉为主体，加入低熔点陶瓷作为助烧剂。其结构与传统意义上的陶瓷烧结体较为想死，只是作为晶界的玻璃相成分略高，一般所占体积分数为10%~20%。这类材料的性质主要决定于晶相组分。这类材料是能够获得较高介电常数的材料体系，性能的调控空间也很大，其主要问题是具有较强助烧作用的低熔玻璃都会在很大程度上劣化材料性能，较少取得实际应用。

资料来源：
低温共烧陶瓷(LTCC )介质的材料科学与设计策略，周济；
低温共烧陶瓷用玻璃材料研究进展，曹禹等：