超低温共烧陶瓷及其研究现状浅析

共烧多层陶瓷元器件及组件可分为高温共烧多层陶瓷（HTCC）和低温共烧多层陶瓷（LTCC）两种。HTCC是指在1450℃以上与熔点较高的金属一并烧结的具有电气互连特性的陶瓷。随着通信向高频高速发展，为了实现低损耗、高速度和高密度封装的目的，LTCC应运而生，烧结温度在900℃左右。

然而人类对科学的探究却从未停止，随着科技的进步和社会需求的不断提高，人们又发现了超低温共烧陶瓷这一新概念。超低温共烧陶瓷（Ultra Low Temperature Co-fired Ceramics，ULTCC）是由低温共烧陶瓷（LTCC）发展而来的一类新型电介质材料。

关于ULTCC

超低温共烧陶瓷（ULTCC）是一种具有众多优点的新型多层陶瓷。可在400℃~700℃的极低温度下烧结，超低烧结温度使电介质能够与铝电极及各类电子器件共烧结以实现电子设备的集成化和多功能化，同时还可以降低成本、节约能源，适合用于电子元件的集成。且低烧结温度允许更广泛的导体材料用于功能化，使技术混合（半导体工艺、基于聚合物的微电路制造）成为可能。

 

ULTCC基板

另外，ULTCC电子基板材料还需要具备低介电常数与低介电损耗，以保证电路的稳定运行。目前，ULTCC材料大多是具有本征超低烧结温度的陶瓷材料，例如，碲酸盐、钼酸盐、钒酸盐等。

ULTCC还可以将电路和封装嵌入和烧结到陶瓷中。这降低了制造成本，从而显著扩展了ULTCC组件的应用范围。ULTCC组件非常适合用作电子元件的重新布线载体，用于外壳和封装技术，或用作天线、滤波器和循环器等高频技术应用的基板。

与传统的低温陶瓷相比，微晶玻璃材料用于ULTCC技术的优点在于全玻璃相带来的低烧结温度，易于控制的烧结、析晶行为，以及与电极材料良好的化学相容性。因此，应用于ULTCC技术的微晶玻璃材料也成为研究热点。

国内外在ULTCC领域的研究进展

在国外，FraunhoferIKTS基于玻璃陶瓷复合材料(GCC)开发定制的符合RoHS和REACH标准的ULTCC材料和生瓷带，该复合材料由低熔点玻璃和合适的陶瓷填料组成。玻璃类型与所选填充材料相结合，决定了材料特性，例如热膨胀、导热性、绝缘性以及电气参数（绝缘电阻、介电常数、介电损耗）。相关的金属化浆料基于银和铝。其挑战在于调整粘合剂和浆料系统以及制造工艺，以使材料在上述温度范围内可共烧结。

 

ULTCC基板上的烧结银

在国内，近年来，中国建材研究院、上海硅酸盐研究所、成都电子科技大学等科研院所、高校都开展了ULTCC微晶玻璃材料的研究。武汉理工大学王静副研究员带领团队对CuO-ZnO-MgO-B2O3系微晶玻璃析晶行为及介电性能进行了系统的研究。研究发现通过在玻璃组成中引入MgO，其含量对微晶玻璃的烧结行为和析晶行为有显著的影响。其中，MgO含量为1wt%的微晶玻璃在575℃下烧结5h后得到了细化的晶粒尺寸和均匀的晶粒分布，在1MHz下相对介电常数约为~7.1，介电损耗约为~6.40×10-4。MgO含量为4wt%的微晶玻璃在600℃下烧结5h后晶格结构扭曲度更小，在1MHz下相对介电常数约为~7.1，介电损耗约为~5.77×10-4，并且这种微晶玻璃与Ag电极及Al电极均具有很好的化学相容性。

审核编辑：郭婷