书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：LTCC技术中微波集成电路的封装
编号：JFKJ-21-
作者：华林科纳
本章旨在介绍和开发电信电信微波部门的LTCC作为一种新技术，以便设计和制造高性能和紧凑的微波和毫米波模块，这是传统包装技术不可能的。首先，我们简要解释了我们选择LTCC材料的动机，并将其与其他可用的商用磁带系统进行比较。接下来，我们将介绍LTCC的制造步骤，然后使用我们实验室的可用设备对该工艺进行验证。制造步骤包括胶带制备、通过和腔形成，通过填充、丝网印刷、堆叠、层压和共烧。然后，我们描述、调查和提出了在验证过程中遇到的技术问题的解决方案。最后，根据现有设备和已实现的测试瓷砖，定义了LTCC的设计规则。
射频组件的设计过程从选择基材和金属化系统方面的最佳配合物开始，在微波和毫米波频率下封装时，选择合适的材料至关重要，因为它会影响系统的尺寸、阻抗和损耗，本节中将讨论的基板选择的另一个重要标准是最大工作频率限制，此外，在选择新的基材时，必须考虑的一个关键因素是所设计的传动线的几何参数，这对制造过程非常重要。微带介电模式或衬底模式可以在一个由支持高频TM模式的地面平面支撑的介电板上被激发，当介电衬底中的TM模与微带线的准TM模耦合时，问题就开始了。
图2.1绘制了几种具有不同介电常数值的商用LTCC磁带的fc1与衬底厚度的函数，因此，fc1是微带线的最大可用频率，以避免在传输线中不间断的微带介质模式的激发，如果存在不连续，如对于两个不同宽度的微带线，则用激发基底TM模式的公式2.2定义称为fc2的第二临界频率：其中，c为自由空间速度，h为衬底高度，εr为相对介电常数。同样，如图2.2所示，由于ESL材料的相对介电常数较低，因此其激发微带模式的最大频率大于其他衬底材料,因此，为了避免高阶介电模式，如果工作频率不超过60GHz，衬底厚度不得超过m。
同样，在一条较宽的条带中，大部分的电磁能量集中在条带和地平面之间，在条带的一侧有近似的磁壁。因此，随着频率的增加，可以激发一种类似于平行板波导模式（横向电(TE)平行板模式），其中，c为自由空间速度，h为衬底高度，εr为相对介电常数。图2.3中绘制的下一条曲线代表了在不同的相对介电常数值下，第一高阶微条带模式(TE1)的截止频率作为衬底高度(h)的函数，ESL(εr=4.2)衬底m衬底厚度的截止频率约为GHz，而CT(εr=9.1)衬底的截止频率约为60GHz。因此，有必要考虑到这一点，特别是在毫米波频率应用的情况下。
当电磁能量在条带边缘之间反弹，在条带边缘不连续时，横向微条带共振模式形成弱边界。传输线成为一个半波长谐振结构，截止频率见公式2.4其中w为条带宽度，h为衬底高度，εr为相对介电常数。表2.1显示了某些LTCC材料在50Ω微条线中激发模式的截止频率fCT1作为某些LTCC材料衬底高度的函数，fCT1随基底厚度和相对介电常数的增加而减小。总之，为了避免表面波模式，例如在微带线中，fc1、fc2、fTE1和fCT1应该保持在远高于操作频率以上。然后，尽可能选择相对介电常数和层厚度。
为了避免丝网印刷过程中的困难，一个重要的考虑因素是选择一种相对介电常数较低的基底材料，这需要较宽的印刷线。根据基板厚度，针对一些商业LTCC磁带的先进设计系统(ADS)，ESL磁带允许相对于其他LTCC磁带的最大的微带线，在一个燃烧的LTCC层(h=75m)上的微条宽度约为m，这可以简单地通过丝网印刷工艺来实现。
LTCC电路的设计与某些混合和厚膜电路一样具有挑战性，根据层数（高达50层）和应用领域，增加了复杂性，一般来说，LTCC电路的设计过程将从一个明确定义的概念或概念开始，然后，借助计算机辅助设计(CAD)软件、电路原理图、电磁(EM)建模和布局处理，对解决方案进行优化，以获得准确的设计和制造过程。
在制造过程中，必须减少尺寸，以便能够使用更高的工作频率到毫米波范围，光刻工艺在LTCC上的应用使丝网印刷的尺寸和公差（在顶层）最小化，并允许我们的线宽和空间低至20m(相对于丝网印刷中的120m)，我们的制造过程可以通过使用等静压而不是单轴压来改进，以更好地控制LTCC电路点火后的收缩，这也会减少层压过程中的空腔变形，ESL材料的低介电常数允许在该磁带没有高阶模式激发的情况下使用毫米波段，但在77GHz（0.）时其耗散系数相当高。对其他高介电常数LTCC材料的使用也可以进行探索。
使用ESLLTCC材料进行了理论研究，使用ADS和HFSS软件对不同的射频结构进行模拟，测量通过内部开发的测试装置，在某些情况下使用直接安装在LTCC电路顶部的SMP连接器，测量结果与反模拟结果相近，ESL提取的介电常数在1~30GHz之间在4.2~4.8之间。为了实现测量，实验室开发的用于LTCC电路测量的测试装置可以通过使用运行高达67GHz的末端发射连接器（来自西南微波）进行改进。此外，光刻工艺的发展将使在ESL衬底上使用具有细线和空间尺寸的CPW结构，从而允许在探测站中对LTCC电路进行表征。