LTCC——解决电子产品“90%问题”的主流技术

“90%问题”

随着电子信息产品向数字化、网络化、集成化、便携化方向发展，复合元件和集成无源元件已经成为电子元件发展的主要方向。因此，电子产品的系统集成（SIP）和系统级封装（SOP）成为目前的研究和应用热点。  

图片来源：中电科四十三所  但是，电子产品在许多情况下，遵循摩尔定律的IC仅占一个系统总体积的10%，其余的都是无源元件，包括电阻、电容、电感、天线、滤波器、开关和传感器等几大类，占90%的体积。无源元件的体积变化不满足摩尔定律，即所谓“90%问题”仍然存在，元器件成为了电子整机小型化的瓶颈。因此对于SOP，出现了一个关于系统集成的新定律：“随着元件尺寸的缩小，在一个SOP里元件密度每年大约增加一倍，而封装内系统功能也将增加约一倍”。在这一原则主导下，无源元件多层化，多层元件片式化，片式元件集成化，以及功能元件复合化、模块化，成为当前的技术潮流。

LTCC——解决电子产品“90%问题”的主流技术

1982年，美国休斯航空器公司开发了一种新型材料技术，其根据预先设计的结构采用厚膜材料技术将电极材料、基板和电子器件等部件一次性地烧结成型，这就是最初的低温共烧陶瓷技术（LTCC）。   现代LTCC技术是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆和精密导体浆料印刷等工艺制出所设计的电路版图，并将多个元器件埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，内外电极可选用Ag、Cu和Au等金属材料，在小于1000℃的温度条件下烧结，最终制成3D的高密度集成电路，也可制成内置无源元件的3D电路基板，也可以在其表面贴装IC和有源器件制成无源/有源集成的功能模块。目前来看，LTCC技术是解决所谓“90%问题”的主流技术，是实现电子整机或系统小型化、高性能化与高密度化的首选方案。  

LTCC工艺流程

结合了厚膜技术和HTCC技术的优点

LTCC技术被公认为结合了厚膜技术和HTCC技术的优点，三者的比较如下图所示。  

总结起来，与其他集成技术相比，LTCC技术的主要优势在于：  （1）陶瓷材料具有优良的高频、高速传输和宽通带的特性；   （2）热膨胀系数低，有利于高密度封装的可靠性；绝缘性和温度稳定性好，适应大电流和高温应用要求；具备比普通PCB基板更优良的热导率，电路散热性好，可靠性高；   （3）易于实现多层互连，有利于小型化和低延时；可形成空腔和阶梯结构，并内埋多种无源元器件，结合表面贴装技术，实现有源无源集成，有利于提高组装密度；   （4）工艺兼容性好，可与不同特性的材料和元器件结合，并与其他多层布线技术兼容，开发混合多芯片组件技术；   （5）非连续性生产，有利于提高制品优良率和降低成本，缩短生产周期；   （6）节能、节材、绿色、环保。

应用领域

LTCC器件按其所包含的元件数量和在电路中的作用，大体可分为LTCC元件、LTCC功能器件、LTCC封装基板和LTCC集成模块。其主要应用技术领域仍然集中在高密度集成技术、大功率模块和微波/毫米波组件三大方向，另外在MEMS、光电、汽车、LED等领域应用增长十分显著。

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全球市场状况及竞争格局

随着电子信息技术的发展，全球LTCC市场规模逐年上升，仅9年时间LTCC总产值从2010年的6.2亿美元上升到2019年的12.4亿美元，翻了一倍，年均复合增长率达到8%，预计2022年有望达到15亿美元。   随着LTCC市场的稳步增长，海外企业形成寡头垄断格局。从全球LTCC市场的占有情况来看，排名前9的厂商占据近90%市场份额，主要技术掌握在日本、美国和部分欧洲国家手中，产业集中度较高。   以LTCC生产地区来看，全球第一大产区为日本，约占全球LTCC市场份额的60%，其次为欧洲与美国地区，约占全球LTCC市场份额的17%。   从厂商市占率来观察，全球第一大生产厂商为日本村田，全球市占率为30%，第二大厂商为日本京瓷，全球市占率为16%，第三大厂商为德国的Bosch(博世)，全球市占率为8%，其他大厂还有日本TDK、太阳诱电和美国的CTS(西迪斯)公司。

介质材料已成为我国LTCC产业落后的根源之一

我国LTCC产业起步较晚，总体来说，我国LTCC技术的研发落后国外发达国家5～10年，生产所用的原材料和设备依然严重依赖进口。   原材料方面，LTCC主要原材料包括陶瓷粉、电极材料和有机试剂等，约占生产成本的一半，其中LTCC陶瓷材料的成分组成是决定其物化特性、电性能的关键因素，目前LTCC用陶瓷材料主要有三大类：玻璃／陶瓷复合体系、微晶玻璃体系和非晶玻璃体系。目前国内民用市场仅有顺络电子、风华高科、振华富和麦捷科技等企业进行了LTCC产业布局，产品主要以叠层片式电感为主，但在高性能LTCC陶瓷粉和生瓷带上还依赖进口，尤其是面向5G通信器件应用的新型低介电常数、超低介电损耗、稳定介温特性和优异耐压强度的LTCC材料目前在国内近乎空白。高性能陶瓷介质等原材料已经成为我国LTCC技术落后发达国家的主要根源之一。

审核编辑 ：李倩