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LTCC材料未来发展趋势如何？——专访西安交通大学周迪教授

空青

2023.3.28 | 点击 23237次

导读 萍乡陶瓷会议期间，中国粉体网“对话”栏目邀请到西安交通大学周迪教授。

中国粉体网讯 新型陶瓷作为新材料的重要分支，已经成为许多高技术领域发展的关键材料，陶瓷人的贡献与智慧关乎着我国整个工业的发展与进步。2023年3月9日，由中国粉体网主办，萍乡市湘东区人民政府、江西萍乡龙发实业股份有限公司、萍乡市工业陶瓷行业商会协办的“第五届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”在江西萍乡湘东区会议中心隆重开幕！会议期间，我们邀请到众多专家学者做客“对话”栏目，围绕新型陶瓷技术与产业发展进行访谈交流。本期，我们邀请到的是西安交通大学周迪教授。

中国粉体网：周教授，请你简单介绍一下，目前常用的LTCC介质材料有哪些？

周教授：目前，我们所谓的LTCC材料主要特指低k值的材料，现在我们应用较多的还是国外的产品，比如美国Ferro（A6M）、杜邦、德国贺利氏，也包括韩国、日本等国家相应的产品，它们的产品在市场上占有很大的份额，国内目前很多厂家、科研院所制得的LTCC材料多以仿制为主。

中国粉体网：高性能的LTCC介质材料应该具备哪些特性？

周教授：首先它的介电常数和信号延迟问题成反比，特别是现在用的Sub-6GHz和毫米波20-30GHz以上的传播频段，信号延迟问题尤为重要，所以要求LTCC材料的介电常数越低越好。在这个前提下，其介电损耗至少低于10-3这个级别。如果只是LTCC基板的话，它的温度稳定性要求不是很苛刻。现在LTCC技术要集成很多无源器件，更加复杂，这就要求LTCC基板机械性能更好、抗弯强度更大。另外就是热导率要高，因为集成的东西越多，功率越大，容易散热。再一个就是LTCC还要与其他技术结合使用，如覆铜基板技术，这就要求它的热膨胀系数与其他材料相匹配。

中国粉体网：周教授您认为，目前我国LTCC材料制备需要解决哪些技术问题？

周教授：我个人的观点是，简单的结晶相、无机非金属技术在国内的制备水平还是很高的。但是，我们很难完全地把玻璃相的结构、组分、性能完全标定出来，LTCC用玻璃相又是必不可少的一环，所以玻璃相材料可能是LTCC材料制备的一个难点。另外一个就是与金属的共烧匹配问题，LTCC材料中常用的金属Ag（960℃），其内电极使用的Ag和端电极的Ag，它们的目的不一样，产生的效果也不一样，与陶瓷基板间的附着力要求也不一样，这就需要适当的玻璃相来进行调控。就目前来看，国内对这块深入的研究还比较有限。

中国粉体网：周教授，那K值对LTCC 材料有什么影响？

周教授：K值就是介电常数，其越小，对信号延迟影响越低，特别是在高频段和毫米波时，K值显得尤为重要。那么，降低K值很难，最理想的低K值介质就是空气，介电常数接近1，但它没有任何的承载能力。我们希望找到一种绝缘的、导热好的介质陶瓷，能配合我们的流延制备、丝网印刷工艺、与金属共烧后，介电常数低，同时也有一定的承载能力。但实际上是很难的，可能以后会采用介质中引入一些微米级的孔洞的方法进一步降低LTCC材料的介电常数。

中国粉体网：您认为，在未来低k值LTCC材料的发展前景如何？

周教授：我们目前面临着一个很复杂的形式。如果国外对我们有一定的限制后，可能会使得国内材料研发开始自力更生。像Ferro、杜邦等企业，它们的A6M、951、9K7等几款主要材料在市面上已经存在多年，可以很容易购买到生瓷带，甚至包括原料粉体，这就导致很多国内企业不会在研发上投入太多。那么，面临目前比较严峻的国际形势，我想我们当前最主要的任务就是尽快实现LTCC材料的国产化替代，材料国产化替代之后，才能根据器件需求对材料进行迭代更新。

中国粉体网：周教授，我们了解到最近您和您的课题组取得了一些进展，能和我们介绍一下吗？

周教授：我们课题组是从2000年开始介入LTCC材料研究的。但是，在之前的10年里，我们更关注的是高K值LTCC材料。其实，高K值LTCC的难度要更大。像K20、K30甚至到K40的LTCCC材料，很多都是被韩国、日本垄断的；目前我们课题组在K20和K40都有一些突破。然后，我们还花费了近10年时间做了一系列的超低温共烧微波介质陶瓷（ULTCC）的研究，这类材料烧结温度可低至400℃。在研究早期，我们并没有找到它的应用价值，可能在很多人看来像一个噱头，但目前在“双碳”目标的背景下，这类材料大有可为。因为，常规的LTCC烧结温度在850-900℃之间，而这类材料烧结温度是600℃左右，并且我们可以采用铝来替代银作为内电极材料，成本可以进一步降低。高K值的LTCC以及超低温烧结系列化研究中是比较有特色的，也是近年来，我们课题组研究的重点。

中国粉体网：周教授，刚才您提到之前一直研究高K值LTCC材料，那么高K值与低K值的LTCC材料应用场景有何不同？

周教授：低K值可以理解为它是一个承载的基板，把各种各样的无源器件埋烧在里面，它起到一个支撑性的作用，其用量最大。高K值是在里面作为某一种器件，比如滤波器、电容器（MLCC）等，这一部分就是用高K值材料，用到像K30、K40等，它用量较少，但是其实它的难度更大。

（中国粉体网编辑整理/空青）

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