專欄文章

低溫共燒陶瓷技術已發展多年，該製程技術大量用於開發各式射頻被動元件，其優勢在於LTCC基板材料具有良好的介電性質，有助於元件微型化設計與效能提升，該製程目前亦用於高度集總化之毫米波AiP模組上。

低溫共燒陶瓷製程(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)已發展多年，早期使用LTCC技術用以開發各式射頻被動元件或模組。由於LTCC材料具有幾項特性: (1)高介電常數(Dielectric Constant, Dk)，非常適合用於設計高容值之電容元件，另外，射頻元件尺寸會與介電常數的平方根成反比，有助於元件微型化設計。(2)低損耗正切(Loss Tangent, Tanδ)或稱損耗因子(Dissipation Factor, D_f)，亦可用品質因子(Quality Factor)來表示。一般微波介質材料之Q值會與Tanδ成反比關係，這個參數指標對於設計高頻元件來說亦相形重要，因為Tanδ越小(或Q值越高)能有效降低元件插入損失，有助於提升高頻電路傳輸效能。(3)接近零的共振頻率溫度係數(Temperature Coefficient of Resonant Frequency，τ_f)，此參數對於設計共振器而言較為重要，一般會希望此數值接近零，若偏向正值或負值表示共振頻率較易受到環境溫度影響而漂移。

如圖所示為低溫陶瓷共燒製程步驟，包括: (1)陶瓷粉末與高分子等有機材料所構成的陶瓷生胚，(2)生胚的裁切，(3)生胚上進型貫孔與填孔導通製程，(4)每層生胚網印導體線路，(5)將每層生胚網印導體線路，(5)多層生胚堆疊與加壓，(6)生胚與導體共燒結製程，(7)電極或文字網印成型，(8)電性測試與檢查。由於LTCC陶瓷生胚需與銀金屬進行共燒，而銀金屬的熔點約961℃，因此，燒結溫度需要控制在900℃以下進行。

圖、低溫高燒陶瓷製程簡介

由於通訊技術愈趨高頻段發展，目前5G毫米波AiP模組除了用多層印刷電路板製程和晶圓級封裝技術外，低溫共燒陶瓷製程已成為另一個眾選的封裝技術，在於材料具有優良的特性與嵌入式元件整合製作等優點。從市場分析研究看起來，低損耗材料的需求量於2021~2031年將會大幅提升，預估到2031年收益達USD11億元，且從2026~2031年會有28%年均成長率。目前可應用於5G裝置之低損耗材料包括有PTFE塑性樹脂、LCP液晶高分子等其他低損耗熱固性材料，以及LTCC微波陶瓷材料等。特別是LTCC材料在高頻濾波器市場應用，然而目前應用於高頻段之陶瓷生胚材料仍以日系大廠供貨居多，台灣在此原物料供應上較無市場佔有率。

參考資料

[1]“Filtering Capacitors Embedded in LTCC Substrates for RF and Microwave Applications”, Microwave Journal, 2007.

[2] Low-loss Materials for 5G 2021-2031, [Online]. Available: https://www.everythingrf.com/research-reports/details/93-low-loss-materials-for-5g-2021-2031