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应用于微波和RF电路中的厚膜材料和工艺
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应用于微波和RF电路中的厚膜材料和工艺
王志会
（电子十三所，石家庄 050051）
摘要 介绍了应用于微波和RF电路中的厚膜材料和工艺。无玻璃的厚膜导体材料（如金、银等）的电阻率极低。氧化铝（96％，99％）、氧化铍和氮化铝陶瓷的高频损耗很低，是优良的微波和RF电路用基板。采用先进的厚膜细线技术，使厚膜导体的线分辨率几乎达到了薄膜工艺的水平。新开发的低损耗、低介电常数的低温共烧陶瓷（LTCC）材料最适合做微波MCM的基板材料。关键词 厚膜 材料和工艺 微波和RF 低温共烧陶瓷
Thick Film Materialand Process Applied
in Microwave and RFCircuits
Wang Zhihui
（The 13th Institute（Electronics），Shijiazhuang 050051）
Abstract Thick film materialand process applied in microwave and RFcircuits are of－fered in the paper．The resistivity ofthe fritless thick film conductor（Au，Ag，etc）isextremely low．With very lowloss athigh frequency，alumina（96％，99％），berylliumoxide（BeO）and aluminium nitride（AlN）ceramics are excellentsubstrates for microwaveand RFcircuits．With the advanced fine line thick film technology，the line resolution ofthick film conductoralmostreach the levelofthe thin film technology．The newly devel－oped low loss，low dielectric constantand lowtemperature co－fired ceramics（LTCC）ma－terials are the bestsubstrate for microwave MCM technology．Keywords Thick film Materialand process Microwave and RF Low temperature co－fired ceramics
1 引 言
厚膜技术是通过丝网印刷的方法把导体浆料、电阻浆料或介质浆料等材料淀积在陶瓷基板上，经过高温烧成，在基板上形成粘附牢固的膜。经过连续多次重复，就形成了多层互连结构的电路，该电路中可包含集成的电阻、电容或电感［1］。
厚膜技术主要用于高可靠和高性能的场合，如军事、航空、航天和测试设备中。这些技术也成功地应用于大批量生产的低成本设备，这些应用领域包括汽车（发动机控制系统、安全防抱死系统等）、通信工程（程控交换机用户电路、微型功率放大器等）、医疗设备和消费电子（家用视听产品）等。
过去，由于材料和工艺技术等各方面的局限，厚膜产品一般用在中低频率。
随着电子整机小型、轻量、多功能、高可靠化的要求日趋迫切，厚膜工艺和材料等各方面也朝高密度、大功率、高频化方向发展。人们相继开发了适合于微波和RF电路应用的厚膜浆料、基板材料、介质材料和工艺。这些厚膜技术和材料日益成熟，加上厚膜工艺开发周期短，成本低，适合于大批量生产的特点，应用不断扩大。90年代迅速发展的共烧陶瓷多芯片组件（MCM－C），是厚膜混合技术的延伸与发展，是厚膜陶瓷工艺的体现。MCM－C的基板根据烧成温度的不同，分为高温共烧陶瓷（HTCC）基板和低温共烧陶瓷（LTCC）基板两种。低温共烧陶瓷技术的导体的电阻率较低，介质材料的高频性能好，工艺灵活，能满足各种芯片组装技术的要求，适合于在微波和RF电路应用。
本文从厚膜材料、厚膜细线工艺、低温共烧陶瓷（LTCC）等方面介绍了微波和RF电路中厚膜技术的研究成果及广泛应用。
2 厚膜材料
厚膜材料包括厚膜浆料和厚膜基板材料。厚膜浆料有导体浆料、电阻浆料、介质浆料和包封浆料等。通用的厚膜基板是陶瓷材料，如96％氧化铝及99％氧化铝、氧化铍和氮化铝陶瓷。最常用的是96％氧化铝陶瓷。
2．1 厚膜浆料
厚膜浆料主要由三部分组成：功能相、粘结相和载体。功能相决定了成膜后的电性能和机械性能。在导体浆料中，功能相一般为贵金属或贵金属的混合物。电阻浆料中的功能相一般为导电性金属氧化物。在介质中，功能相一般为玻璃和／或陶瓷。粘结相通常是玻璃、金属氧化物或者是两者的组合，其作用是把烧结膜粘结到基板上。载体是聚合物在有机溶剂中的溶液。载体决定了厚膜的工艺特性，是印刷膜和干燥膜的临时粘结剂。功能相和粘结相一般为粉末状，在载体中进行充分搅拌和分散后形成膏状的厚膜浆料。生带介质是在聚酯膜上流延形成柔软的带或膜。
烧结后的厚膜导体是由金属与粘结相组成的。金属与陶瓷基板的粘结机理有两种：机械键合和化学键合。机械键合是通过玻璃软化并扩散进入基板间孔隙形成的。一般认为硼－硅－铝玻璃在氧化铝基板上形成的就是这类键合。化学键合是通过金属氧化物与氧化铝或基板上的其它成分反应形成尖晶石结构。靠化学键结合附着力强，但烧成温度较玻璃粘结相高。氧化铜和氧化钙是用于厚膜导体化学键合的典型氧化物。在标准的厚膜烧结温度850℃下，形成化学键合的反应动力太慢，需要使用玻璃和氧化物的组合，玻璃把氧化物运送到基板上来帮助形成键合，有效地增加了反应动力。有些氧化物也可代替玻璃作助熔剂。
在RF和微波电路中，导体比在低频电路中多了作微带传输线的作用，应考虑导体的射频电阻和趋肤深度的影响。工艺上要求导体膜加厚，导体膜厚度为趋肤深度的3～5倍，表面光洁度好。厚膜导体中金属的电阻率本身就比较低，如表1所示。在微波频率下选用不含玻璃的厚膜导体较好，常用的有无玻璃的金、银、铂－银和铜等浆料。例如美国杜邦（DUPONT）公司的氧化物键合导体材料和美国电子科学实验室（ESL）的MICRO－LOK系列导体材料都是这类产品。
采用普通的丝网印刷工艺，厚膜导体的分辨率线条／间距为250μm／250μm。通过对导体浆料中的各成分进行优化，制作出很低电阻率的新型细线印刷导体的浆料，以满足提高布线密度的需要。Jerry Steinberg等人［3］对在氧化铝和介质基板上的高粘附力厚膜金导体进行了研究。采用化学共沉淀制作出小的、球形的、大小均匀的金粉末，选少量的氧化物作助熔剂，严格控制工艺参数，制作出了能键合2mil金丝的高粘附力厚膜金浆料。该浆料烧结膜表面光滑，线键合性好，粘附力高；电阻率低，烧成膜厚大于7μm时，方阻小于4mΩ／□；印刷分辨率高，批量生产时可印刷0．18mm的线宽和间距，实验室内可制作线宽50μm，间距150μm的图形。
为了进一步提高丝网印刷的分辨率，人们开发了可光刻的厚膜浆料和光致成图浆料。例如金属－有机物浆料和薄印浆料等，这些浆料大部分为金浆料，结合先进的工艺，其细线水平几乎达到薄膜的工艺水平，详细情况将在后面介绍。
低温共烧陶瓷（LTCC）技术由于导体的电阻率较低，介质材料的高频性能好，最适于做微波MCM的基板材料。在LTCC技术中，厚膜导体除了作高密度互连的导带外，也是多层电路互连通孔的填充材料。在功率电路中，人们利用填充金属的通孔阵列把器件上的热量传到热沉上。
在微波LTCC中，从降低成本和可靠性的考虑，利用银作内层导体，金作表层导体。银有极好的导电性和导热性，可在空气中烧成，比金便宜，适合作内层导体。厚膜导体材料必须与LTCC生带系统相匹配，特别是通孔填充材料，要作为良好的导电和导热通路，又不能导致任何物理弯曲或封装的开裂。Todd Williams等人［4］研究了A6低温共烧陶瓷系统的银通孔金属化问题。A6是一种低介电常数、低损耗的微波和RF用LTCC材料。Todd Williams等人认为通孔填充浆料应考虑下述关键特性：通孔填充浆料中的玻璃或氧化物与生带中的匹配；通孔填充材料和生带的收缩率随温度变化应紧密配合；热膨胀系数相匹配；电导率要高；流变性与工艺相对应；热导率要高。通过仔细选择无机材料，使LTCC和银通孔填充浆料之间的烧结动力产生良好的匹配，烧结结构的通孔里没有空洞，环通孔的LTCC里没有裂纹，烧结的银注满了LTCC通孔，也没有突出陶瓷外边。该金属化系统使低温共烧陶瓷（LTCC）系统实现了结构上实实在在的互连。
用银作LTCC的内层导体，金作表层导体，消除了银的表面迁移问题。金和银直接互连时，会产生扩散。在烧结过程中，由于扩散速度的不同，在界面上会形成孔隙，即Kirk－endall孔隙。该孔隙会导致烧结后开路，使可靠性成为问题。L．Prozdyk等人［5］研究了银－金互连的过渡性通孔填充材料问题。在内层银导体和表层金导体之间加一层过渡性填充材料可解决该问题。
2．2 厚膜基板材料
厚膜材料要制作在一个基板上，该基板对最终成膜作一机械支撑，也有热、电的作用。在RF和微波电路中，厚膜基板还是传输电磁波的介质。常用的厚膜基板材料有96％氧化铝及99％氧化铝、氧化铍和氮化铝陶瓷。这些陶瓷材料性能稳定，机械强度高，导热性好，介电性能及绝缘性能好，微波损耗低，是优良的微波介质材料，主要性能见表2。
96％氧化铝瓷是标准的厚膜基板材料，具有优良的热、机械、电和物理化学性能，其厚 膜金属化浆料已非常成熟，产品已经商品化、系列化。96％氧化铝瓷中玻璃相较多，环绕晶粒的玻璃相与厚膜中的玻璃粘结相相互作用，产生比其它基板材料高得多的粘附力。其厚膜浆料有玻璃粘结型、化学键合型和混合型三种。在微波电路中，从微波损耗的角度考虑，常常选用氧化铝含量更高的99．5％氧化铝瓷。
氧化铍陶瓷是热导率最高的陶瓷材料，且电绝缘性、介电性和机械强度都很好。相对于其它基板材料，氧化铍陶瓷的介电常数较低，有利于在微波频率中的应用。氧化铍陶瓷的热导率是96％氧化铝瓷的十几倍，尽管随着温度的升高，其热导率逐渐降低，但在25～300℃的温度范围内，其热导率仍比氮化铝瓷高出30％。由于氧化铍陶瓷基板的纯度很高（99．5％），玻璃相含量很少，使用的厚膜浆料多为化学键合型或混合型的专用浆料。
氧化铍陶瓷具有优异的导热性能，很多资料介绍了它的毒性，但美国的Brush WellmanInc．等三家公司曾宣布固态氧化铍陶瓷是十分安全的，人们可以接触、抚摸甚至可以吞下它，而不会受到伤害。它的不安全之处在于像可被人们吸入的那样大小的氧化铍粉尘，这些细微粉尘在氧化铍陶瓷的制造过程中已被成功地治理了，使用氧化铍陶瓷是十分安全的。
氮化铝陶瓷的导热率很高，几乎可以与氧化铍陶瓷相媲美，且随着温度的升高降低较缓慢。其热膨胀系数与半导体材料硅（4．2×10－6／℃）、砷化镓（5．7×10－6／℃）都非常接近。其它性能，如电气性能、机械性能都很好，无毒，是有前途的高导热基板材料。
一般的厚膜浆料系统只适用于氧化物陶瓷基板，其热膨胀系数只能与氧化铝陶瓷匹配，浆料所含的玻璃在烧结时浸润不了氮化铝，粘附力较差。目前已经研制出氧化铍陶瓷基板专用的银、金、铂－银、银－钯等厚膜导体浆料及相应的电阻浆料和包封料。这些浆料采用了新的玻璃料，其热膨胀系数与氮化铝（AlN）陶瓷接近，同时又加入了化学键合的粘附机理，性能稳定可靠。R．Reicher等人［6］认为厚膜导体浆料中的玻璃粘结相是一个热阻挡层，对AlN陶瓷极好的导热性有不利的影响。新开发了无玻璃的活性金属化Ag－Cu－Ti厚膜导体浆料，并研究了该浆料与AlN陶瓷的键合机理和应力分布。与普通的玻璃键合厚膜导体相比，该无玻璃的厚膜金属化系统对AlN陶瓷来说可靠性更高。
由于具有优良的导热性和低的高频损耗，氧化铍陶瓷和氮化铝陶瓷在微波和RF电路中，特别是在大功率电路中被当作首选基板材料。人们利用厚膜工艺，用氧化铍陶瓷和氮化铝陶瓷作基板材料，制作出了性能好，成本低的微波无源元件，主要有微波功率衰减器、微波功率负载电阻等，这些产品体积小，功率容量大，响应频带宽，性能稳定可靠。目前，微波功率负载电阻的水平已做到：功率2～800W，频率范围DC～6GHz，电压驻波比＜1．25；微波功率衰减器的水平为功率10～200W，频率范围DC～4GHz。
3 细线工艺
厚膜电路组装密度的不断提高，要求布线密度进一步提高，导体线条更细，线间距更窄。厚膜导体布线密度的提高，可采用厚膜工艺制作微波和RF电路，使产品研制周期缩短，生产成本降低。随着MCM技术的不断发展，在组装技术中越来越多地使用裸芯片组装技术，如芯片－键合线、梁式引线和倒装芯片等，这些技术要求的布线密度极高，尤其是倒装芯片技术。该技术为各芯片间提供最短的连接路径，减少了引线阻抗，这样使高频和数字应用的性能更高。
以前导体线宽为0．25mm或更小，被认为是细线的范畴，但现在这些导体宽度被认为是常规工艺。在最近几年，细线的范畴已经取得一致，为0．10mm或更小。目前采用传统的丝网印刷工艺可批量生产0．10～0．125mm线宽的导体。这要求对工艺进行严格控制，改进环境的清洁度，对使用的设备更加小心地操作。为了进一步提高布线密度和线条分辨率，人们已开发了一些新的工艺及相关材料，主要有（1）采用高网孔率丝网；（2）光刻或光致成图技术；（3）微机控制的直接描绘技术。
3．1 采用高网孔率丝网
与普通的尼龙丝网和不锈钢丝网相比，新型的高网孔率丝网的线径更细，目数更高，丝网的开口率更高，这样导体浆料更容易从漏孔通过，制作细线条时不易断线。另外，采用直接金属掩膜时，不受线径和目数的限制，可使丝网开口率进一步提高。采用上述方法，在厚膜基片、多层共烧陶瓷基片上可印刷线宽25～100μm，间距为100μm的线条。
3．2 光刻或光致成图技术
把厚膜技术同光刻技术结合起来，可进一步提高厚膜导体的分辨率。该工艺大致有两种方法：（1）先烧结成膜，再光刻成图；（2）先光刻后成膜。光刻后的导体线条不但细，而且边缘非常整齐，对微波和RF电路的应用非常有利。
3．2．1 先烧结成膜，再光刻成图
适合于先烧结成膜，再光刻成图的材料有：有机金浆、薄印金及无玻璃导体（金，银）等。例如美国ESL公司的888－1B金浆就是一种可光刻腐蚀的厚膜浆料，该浆料中不含玻璃相，与基板的粘附是通过反应键合机理来实现的，在基板上印刷烧结后有很好的粘附性，线键合性极好。其光刻工艺流程如下：甩光刻胶1075R→在80～100℃软烘30分钟→用设计的版图在紫外光下曝光30秒→用CD－30显影剂显影1～2分钟→在110～120℃硬烘30分钟→用K／I2溶液刻蚀→用自来水冲洗→用丙酮除去光刻胶。
采用先烧结成膜，再光刻成图的方法，可制得25μm宽的细线。目前开发的这类导体浆料对氧化铝基板、氧化铍基板都适应，甚至可用于抛光的陶瓷基板，这对微波方面的应用更有意义。
3．2．2 先光刻后成膜
先光刻后成膜技术也就是光致成图技术。该技术所采用的浆料本身具有光敏性，经过曝光、显影，直接成图，不需要光刻胶，既简化了工艺步骤，又提高了导体线条精度。
Jurate Minalgiege等人［7］开发了一种可光致成图的"Saule"厚膜浆料系统和工艺技术，其丝网印刷和烧结技术与传统的厚膜工艺完全相同，只是在烧结前增加了光致成图的曝光和显影两个步骤。该"Saule"厚膜浆料系统的光敏载体对普通的可见光不敏感，氧不阻止有机物的聚合。"Saule"厚膜浆料系统有导体浆料、电阻浆料和介质浆料，经过850～900℃烧结后得到标准厚度的厚膜。烧结膜厚8μm，导体线宽分辨率10～100μm，平行线间距低至20μm；对多层结构，最小线宽为50μm。烧结后的导体表面平整光滑，边缘陡直。介质浆料由玻璃和再结晶玻璃组成，与普通印刷型介质相比，该介质由于粘度较低，没有针孔和气孔，更加致密，MCM介质在12GHz下的损耗小于0．002，是优良的微波介质材料。该浆料系统可用于普通的氧化铝基板，也可用于抛光的99％氧化铝基板和硅基片。
美国的DUPON公司开发的光化学刻蚀厚膜浆料系统叫做FODELR浆料［8］，其工艺流程同前面的"Saule"厚膜浆料相同，使用该材料和工艺制作的金导体的线条分辨率可达到38μm／38μm线条和间距的水平，烧结膜厚7～8μm，电阻率≤6mΩ／□，厚膜工艺的线条分辨率达到了薄膜的水平。
3．3 微机控制的直接描绘技术［9，10］
该技术是由CAD进行设计后，直接在基片上描绘出厚膜图形，不需要制版、制网及丝网印刷等工艺步骤，从根本上改变了传统丝网印刷图形的工艺方法。该技术由美国"MI－CROPEN"公司、日本松下电器公司等相继开发成功，已经实现商业化。
直接描绘技术的关键是高精度直接描绘装置及相应配套的电子浆料。由精密变量泵将浆料泵送至笔尖，这可消除温度或粘度的可能变化。电磁控制笔尖将浆料压到基板表面，跟随布线表面轮廓时，产生恒定厚度的图形。可直接描绘的厚膜浆料有：导体浆料、电阻浆料、介质浆料和玻璃包封浆料等。该系统可精确地控制布线的线宽和间距，目前布线的线条宽度可达50μm，平行线间距最小为12．7μm。该系统适合于小批量和多品种的生产规模。
4 低温共烧陶瓷技术
4．1 低温共烧陶瓷技术
低温共烧陶瓷（LTCC）基板是80年代中期出现的一种新型的多层基板工艺，是高温共烧陶瓷（HTCC）基板技术与厚膜工艺有机结合的产物。其介质材料主要由玻璃／陶瓷组成，与有机载体充分混合后流延成生带，在生带上打孔后填充厚膜导体浆料，作为层与层之间互连的通路，在每一层上印刷厚膜金属化图形，多层之间对准后热压，再经排胶烧结，形成具有独石结构的多层基板，其工艺流程如图1所示。
目前，LTCC生带已经商品化，Dupont公司、Ferro公司及ESL公司等均有商品化的LTCC生瓷带系统。采用商品化的LTCC生瓷带制作MCM多层基板，可省去制作生瓷带的步骤，进一步缩短制作周期。
4．2 微波用LTCC基板材料
多芯片组件（MCM）是一种先进的微电子组装技术，是目前能最大限度地发挥高度集成、高速半导体IC性能、制作高速电子系统，达到电子整机小型化的最有效途径。按基板的不同，MCM可分为三种：层压多芯片组件（MCM－L）、淀积多芯片组件（MCM－D）和陶瓷多芯片组件（MCM－C）。陶瓷多芯片组件基板根据烧结温度的不同分为高温共烧陶瓷（HTCC）基板和低温共烧陶瓷（LTCC）基板两种。
像层压覆铜板（MCM－L）、单／多层薄膜（MCM－D）、高温共烧陶瓷或厚膜这样的传统封装技术不能满足微波MCM的复合要求。低温共烧陶瓷技术是一个"桥"技术，包含了上述各种技术的优点，又使缺点降为最小［11］，最适合作微波MCM基板。由于低温共烧陶瓷的烧成温度较低（＜1000℃），因此可以使用电阻率低的金属（如金、银、银－钯、铜等）作导体；其基板是通过在氧化铝中添加玻璃来降低烧结温度，介质的介电常数较低。低的导体电阻率和低介电常数的介质，都有利于减小高频信号延迟。LTCC多层基板技术工艺成熟可靠，目前可制作50层以上的多层电路，布线密度高，能适应各种裸芯片组装工艺的要求。于微波和高频电路的LTCC材料，取得了一定的成果，但还不够尽善尽美，主要不足之处在于微波损耗不够低，介电常数不够小，不能在较高的微波频率下使用。
Raymond L．Brown等人［14］研究了利用低温共烧陶瓷制作微波模块的问题。对微波电路来说，LTCC材料的介电性能中的关键性能有：介电损耗、介电常数、绝缘电阻和介电强度。低损耗对发射和接收信号是很理想的。低的介电常数对高速信号处理很重要。高的绝缘电阻和介电强度对微波应用来说都是很理想的。LTCC系统有两个基本介质系统：一是把玻璃和陶瓷混合；二是使用反玻璃化玻璃，在制造过程中玻璃结晶。微波系统必须使用低损耗的导体，为了兼顾降低成本和保证可靠性的需要，在LTCC结构中一般内层导体和填充材料使用银，表层导体使用金。应考虑在高可靠场合使用银导体时有可能发生银离子迁移问题。由于使用反玻璃化介质时，会使在烧结时银导体和介质之间的反应减少，因此需开发一种在银的熔点（950℃）以下温度烧成的反玻璃化玻璃配方。
从理论上分析，含有低的电子极化率离子的玻璃－陶瓷材料的介电常数较低；在高频下有较高极化率和较弱键合强度的离子的玻璃，其损耗较高。该玻璃－陶瓷的烧成温度不能接近或高于金和银的熔点。根据上述原则，选定了基于Ca－B－Si－O玻璃的玻璃－陶瓷系统，其中含有极化率较低的离子和结晶的硅灰石相，该系统的微波损耗很小，即Ferro A6 LTCC系统。
A．A．Shapiro等人［15］研究了CaO－SiO2－B2O3系统相图，认为在制作Ca－B－Si－O反玻璃LTCC工艺过程中的结晶物质有CaO·B2O3，CaO·SiO2，3CaO·2SiO2等。利用正交实验三个因素、五个水平，研究了烧成温度、升温速度和保温时间对Ferro A6低损耗LTCC介质电（微波插入损耗）、机械和微观结构的影响。Ferro A6的主要性能为相对介电常数5．8；微波损耗很低，可与99．9％Al2O3上的薄膜相比；热膨胀系数与GaAs很匹配，为6×10－6（RT～200℃）；热导率为2W／m·K，插入相兼容的导热通孔阵列，热导率可接近70W／m·K。
Andrew J．Piloto等人［16］认为一般的LTCC生带系统对微波MCM来说其介电损耗特性达不到要求。利用专门的测量技术对一些材料的特性进行了评价，结果如表3所示。另外，微波MCM基板材料的要求应包括GaAs集成电路的要求，即热膨胀系数与其相匹配，理想的微波级LTCC材料的性能包括：（1）低损耗，低介电常数（Tanδ＜0．0005，εr＜4．0）；（2）热膨胀系数CTE≈6．5ppm／℃；（3）可与金导体共烧（＜1000℃）；（4）与厚膜电阻浆料相匹配。
选择的配方是以结晶α－石英为添加剂的硼－硅玻璃系统。硅酸硼粉末的大小为亚微米级，α－石英粉也很细（1～2μm），在ppm量级几乎探测不到杂质。调整配方，瓷料在800～1000℃的烧结温度下都可致密化。α－石英添加 剂的水平为35％（体积）时，在标准的MCM组装温度范围内，基板的热膨胀系数与GaAs相匹配。使用同表3一样的测量技术测得新研制的LTCC材料的损耗角正切为3×10－4～6×10－4，介电常数为3．9。
4．3 低损耗、低介电常数LTCC材料的应用
低损耗、低介电常数LTCC材料系统在做MCM基板时，有下列优势：①细的导体线条和间距；②金属化导体电阻率低；③极好的高频性能； ④可集成无源元件（L，R等），电阻可激光修调；⑤可与多种裸芯片组装工艺相兼容；⑥成本低，研制周期短。
同传统的厚膜、薄膜和高温共烧工艺技术相比，LTCC技术提供了更大的灵活性，在微波和RF电路中，使用微带、带线、共面波导和DC线的混合信号设计可组合在一个多层结构中。
DC控制线和功率反馈线包含在同一结构中，通过接地面或接地孔阵列在同一层或不同层上隔开。LTCC的三维工艺为达到这些目的提供了可能。
LTCC基板材料在微波和RF领域中的一个重要应用是制作有源相控阵雷达中的发射／接收组件。相控阵雷达是由大量的发射单元构成一个相阵面，每个发射源就是一个T／R模块，并由其移相器对雷达波束进行扫描的先进雷达系统。实现相控阵的关键在于其有源电扫描阵列天线（AESA），T／R模块是相控阵天线中的最关键部分。T／R模块代表了最后一个发射和最近一个接收点，它在雷达中工作频率最高，利用MCM－C技术制作T／R模块时，基板材料需要这种新型的低损耗、低介电常数LTCC材料。
美国已有多家公司应用先进的LTCC技术成功地制作出有源相控阵雷达中的发射／接收组件，如Westinghouse公司、RCA公司、Hughes公司等。利用LTCC材料制作的有源相控阵雷达中的发射／接收组件大大减小了雷达的体积和重量，改进了性能，是最具代表性并大量使用的微波MCM－C组件。
人们利用LTCC材料极好的高频性能开发了一系列表面贴装的微波无源元件。例如Anaren Microwave公司的Xinger系列产品，这些产品有平衡－不平衡变换器、混合耦合器、定向耦合器和功分器等。这些元件的封装形式同片式电容相似，体积小，性能高，一致性好，容易使用，可靠性高。目前，这些元件覆盖了DC～4GHz的中高功率。
5 结 论
近年来，厚膜技术的发展突飞猛进，相继开发出一系列适用于微波和RF电路的新材料和新工艺。无玻璃的厚膜导体材料（如金、银等）具有很低的微波损耗；厚膜常用基板，如氧化铝、氧化铍和氮化铝陶瓷都具有很低的微波损耗，氧化铍和氮化铝陶瓷是高导热、高可靠的微波大功率基板材料。人们利用新的厚膜导体材料，采用先进的细线工艺方法（高网孔率丝网和金属掩膜，光刻、光致成图技术，直接描绘技术），使厚膜工艺的线条宽度、线间距更加微细化，而光刻、光致成图技术使厚膜工艺的线条分辨率接近了薄膜的工艺水平。新发展起来的低损耗、低介电常数LTCC材料最适合于微波MCM的基板材料。
厚膜技术是一个有机的整体，是各种先进技术的组合。细线技术需要的新型浆料，微波MCM用LTCC基板材料都要求金属或玻璃－陶瓷粉末非常微细，高纯度，大小均匀，形状符合要求，要采用化学共沉淀等特殊方法制备。在制作微波MCM时，不仅需要低损耗、低介电常数LTCC材料，也需要特殊的导体浆料和先进的细线工艺技术。当然，微波MCM是一个复杂的系统工程，需要电、机械和工艺工程师的协同工作。
更多输入／输出的大尺寸芯片、更高的使用频率、更大的耗散功率的发展趋势会推动厚膜技术进一步向前发展，制造成本更低，研制周期更短，在微波和RF电路中的应用会更加广泛。
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王志会 男，工程师，1992年毕业于天津大学材料科学与工程系，工学硕士。现从事厚膜混合微电子技术的研究工作。
