低温共烧陶瓷基板之LTCC基板制造工艺全流程解析

低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC）技术凭借优异的高频特性、高集成度和精细布线能力，在电子封装领域占据重要地位。LTCC基板可广泛应用于微波、毫米波等高频模组，传感器封装，多芯片模块（MCM），MEMS封装，半导体转接基板，T/R组件以及光电共封装（CPO）等领域。

图1 LTCC基板结构图

LTCC基板的制造流程主要包括浆料制备、流延、裁片、冲孔、填孔、印刷图形、叠片、等静压、切割、排胶烧结、后印刷、后烧结、镀镍/金、调阻和检测等工序。以下对各工序进行简要解析。

图2 LTCC基板制造工艺流程

1. 浆料制备

将陶瓷粉体、玻璃粉和有机载体按一定比例配方混合，经球磨、分散、脱泡等处理，制成成分均匀、性能稳定的浆料。有机载体通常包括溶剂、粘结剂、增塑剂和分散剂等，其配比直接影响生瓷带的成型质量与烧结性能。

2. 流延成型

浆料经脱泡、消泡后，通过流延机在载体膜上均匀涂布，再经干燥固化，制成致密、厚度均匀且具有一定机械强度的生瓷带。流延工艺需严格控制浆料粘度、刮刀间隙、干燥速率等参数，以保证生瓷带厚度一致性和表面质量。

3. 裁片

将卷绕的生瓷带按照设计尺寸进行裁切。裁切尺寸通常略大于最终产品尺寸，以为后续冲孔、印刷、叠片和切割等工序预留加工余量。

4. 冲孔

在生瓷片上采用机械冲孔或激光冲孔方式制作电气互连所需的过孔、通孔以及定位孔。孔位精度、孔径一致性和孔壁质量直接影响后续填孔效果与层间互连可靠性。

5. 填孔

通过微孔注浆或丝网印刷工艺，将导体浆料填入过孔中，形成层与层之间电路连接的垂直通路。填孔应保证填充致密、无空洞，并与后续印刷图形保持良好连接。

6. 印刷图形

采用丝网印刷技术，将导电浆料或介质材料印刷在生瓷片上，用于制作电气互连导线、焊盘及内埋元件，如电阻、电容、压敏电阻等。印刷工序需控制线宽、线距、膜厚及套准精度。

7. 叠片

将已印刷电路图形的生瓷片按预先设计的层数和次序依次叠放。叠片模具通常设有与生瓷片对位孔一致的对位柱，或采用光学对位系统，以保证各层之间的对位精度。

8. 等静压

采用等静压工艺，在一定的温度和压力条件下使多层生瓷片紧密粘接，形成一个完整的多层基板坯体。该工序通常为温等静压（WIP），有助于提高层间结合强度并减少分层、空洞等缺陷。

9. 切割

将较大面积的生瓷坯按照各模块的切割边界进行切割分离，便于后续烧结。切割方式可包括机械切割、热切等，需保证切割边缘整齐、尺寸准确。

10. 排胶烧结

将切割后的生瓷坯放置在烧结炉内的承烧板上，按设定温度曲线进行排胶和共烧。排胶阶段去除有机组分，烧结阶段使陶瓷与导体共烧致密化，最终得到致密的LTCC熟瓷基板。LTCC共烧温度通常约为850～900℃，需严格控制气氛、升温速率和收缩率匹配。

11. 后印刷

在烧结后的LTCC基板表面印刷厚膜导体层或电阻浆料，用于形成表面互连、焊盘及厚膜电阻等。后印刷可根据产品设计要求选择不同浆料体系和印刷图形。

12. 后烧结

将后印刷后的基板按厚膜浆料工艺要求进行烧结，通常在空气气氛中进行，使表面厚膜电阻或导体层与LTCC基板形成良好结合，并达到目标电性能。

13. 镀镍/金

通过化学镀镍/金工艺，在基板表面导体区域形成镍层和金层，以提高可焊性、引线键合性和耐氧化性。常用工艺包括化学镀镍浸金（ENIG）等，需控制镀层厚度和均匀性。

14. 调阻

采用激光修调技术对LTCC基板表面电阻进行修调，通过切割电阻体改变其阻值，使其达到目标电阻值。激光调阻具有精度高、非接触、可实时监测等优点。

15. 检测

对成品LTCC基板进行检测，主要包括翘曲度、尺寸精度、外观缺陷、电性能、可焊性、键合强度及可靠性等项目，以确保产品满足设计和使用要求。

综上，LTCC基板制造是一个多工序协同的精密过程。各工序之间相互关联，需重点控制浆料均一性、生瓷带厚度、孔位精度、填孔质量、印刷套准、层压均匀性、收缩率匹配及烧结曲线等关键参数，从而保证最终基板具有优良的尺寸精度、电性能和长期可靠性。