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LTCC技术在5G/6G时代的应用前景

创作时间:
作者:
@小白创作中心

LTCC技术在5G/6G时代的应用前景

引用
1
来源
1.
https://www.ab-sm.com/a/36589

低温共烧陶瓷技术(LTCC,Low Temperature Co-fired Ceramics)作为无源元器件集成的关键技术,在开发高频、高性能、高集成度的电子元器件方面具有显著优势,是实现电子元件小型化、片式化的一种理想的封装技术,对高频通信的发展有着举足轻重的作用。

LTCC技术的特点及优势

LTCC技术是将陶瓷粉、玻璃粉及有机黏合剂通过混合、流延、烘干等工艺形成厚度精确且致密的生瓷带,在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形,然后将多层加工过的生瓷带叠压再一起,在900℃以下烧结,制成片式器件;或将多个无源元件埋入其中,制成单块三维陶瓷多层陶瓷电路基板;还可以在其表面贴装IC和有源器件,制成无源/有源集成的功能模块,可进一步将电路小型化与高密度化,特别适合高频通讯用组件。


LTCC工艺流程,来源:Orbray

LTCC 是以玻璃 / 陶瓷材料作为电路的介电层,运用 Au、Ag、Pd/Ag 等高电导率金属做内外层电极和布线。LTCC技术具有如下优点:

  1. 烧结温度低,LTCC材料的烧结温度一般都在900℃以下,工艺难度降低,容易实现且节约能源;
  2. LTCC材料的介电常数可以在2~20000范围内变动,能够满足不同的电路要求,增加电路设计的灵活性;
  3. 陶瓷材料具有优良的高频高Q特性,使用频率可高达几十GHz;
  4. 使用Ag、Cu等电导率高的金属材料作为导体材料,有利于提高电路系统的品质因数;
  5. 具有较好的温度特性,如较小的热膨胀系数、较小的介电常数温度系数等;
  6. 可适应大电流及耐高温特性要求,并具备比普通PCB电路基板更优良的热传导性,提高电路的寿命和可靠性;
  7. 可制作线宽小于50μm的细线结构电路,提高布线密度,减少引线连接和焊点数目,提高线路可靠性;
  8. 可以制作层数很高的底层基板,内部可埋置多种无源元件,提高封装集成度,实现模块的多功能化;
  9. 耐高温、高温,可应用于恶劣环境;
  10. 非连续式的生产工艺,允许对生坯基板进行检查,提高成品率,降低成本。

LTCC在5G/6G领域的应用

毫米波频段为5G / 6G移动通信系统提供了更多频谱。这样的频带在基站和用户设备上都需要波束成形天线系统,以补偿较高的路径损耗。这些不断发展的技术为天线和RF工程师带来了许多新的挑战和机遇,使他们可以考虑使LTCC技术成为设计和制造毫米波应用的高频设备的理想选择。

图 LTCC元器件,来源:佳利电子

LTCC工艺实现多层结构的灵活性和高度紧凑的垂直互连,且LTCC材料的介电常数也很低,并且在毫米波段的损耗也很低。在高频应用中,LTCC不仅能供给优异的环境耐受性,还能确保更高的设计自由度,十分适用于毫米波频段的射频收发元件。

图 LTCC AiP 和5G基站用LTCC射频器件,摄于TDK展台

塞拉尼斯与台湾工研院、TDK、Niterra等企业开发5G通信用LTCC AiP,LTCC AiP将天线元件、BPF 和其他电路集成到 LTCC 多层基板中,通过使用低介电 LTCC 材料,可在毫米波段实现卓越的低损耗性能,非常适合用于 5G 通信基站的阵列天线。

图 LTCC小型化、薄型化,来源:京瓷

目前LTCC产品已广泛应用于5G 手机、智能终端、WiFi6、5G 基站、TWS耳机、智能手表等领域。随着5G/6G通信的发展,设备对小型化、高频化、集成化、多功能化的要求使得LTCC技术越来越重要。

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