中心議題：

• LTCC技術在係統級封裝電路領域的應用

解決方案：

• 采用LTCC可以實現高密度的多層布線
• 采用無源元件的基片集成

 0 引言

微電子封裝經曆了雙列直插(DIP)封裝、小外廓(SOP)封裝、四邊引線扁平(QPF)封裝、球形陣列封裝(BGA)和芯片尺寸(CSP)封裝等
，尺寸越來越小
，電子器件也由分立器件、集成電路、片上係統 (SOC)
，發展到更為複雜的係統級封裝電路(SIP)。SIP使用微組裝和互連技術，能夠把各種集成電路如CMOS電路、GaAs電路
、SiGe電路或者光電子器件、MEMS器件以及各類無源元件如電阻

、電容
、電感
、濾波器、耦合器等集成到一個封裝體內，因而可以有效而又最便宜地使用各種工藝組合，實現整機係統的功能。

LTCC技術是近年來興起的一種令人矚目的整合組件技術
，由於LTCC材料優異的電子、機械、熱力特性
，廣泛用於基板、封(feng)裝(zhuang)及(ji)微(wei)波(bo)器(qi)件(jian)等(deng)領(ling)域(yu)，是(shi)實(shi)現(xian)係(xi)統(tong)級(ji)封(feng)裝(zhuang)的(de)重(zhong)要(yao)途(tu)徑(jing)。現(xian)在(zai)已(yi)經(jing)研(yan)製(zhi)出(chu)了(le)把(ba)不(bu)同(tong)功(gong)能(neng)整(zheng)合(he)在(zai)一(yi)個(ge)器(qi)件(jian)裏(li)的(de)產(chan)品(pin)，成(cheng)功(gong)地(di)應(ying)用(yong)在(zai)無(wu)線(xian)局(ju)域(yu)網(wang)
、地麵數字廣播、全球定位係統接收機、微波係統等，及其他電源子功能模塊、數字電路基板等方麵。

本文主要討論基於LTCC技術實現SIP的優勢和特點，並結合開發的射頻前端SIP給出了應用實例。

1 LTCC技術實現SIP的優勢特點

LTCC技術是將低溫燒結陶瓷粉末製成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用衝孔或激光打孔、微孔注漿、精密導體漿料印刷等工藝製作出所需要的電路圖形，並可將無源元件和功能電路埋人多層陶瓷基板中
，然後疊壓在一起，在850～900℃下燒結，製成三維空間的高密度電路。基於LTCC的 SIP相比傳統的SIP具有顯著的優勢，最大優點就是具有良好的高速、微波性能和極高的集成度。具體表現在以下幾方麵：

(1)IXCC技術采用多層互連技術，可以提高集成度
，IBM實現的產品已經達到一百多層。NTT未來網絡研究所以LTCC模塊的形式製作出用於發送毫米波段60GHz頻帶的SIP產品，尺寸為12 mm×12 mm×1.2 mm
，18層布線層由0.1 mm×6層和0.05 mm×12層組成
，集成了帶反射鏡的天線、功率放大器、帶通濾波器和電壓控製振蕩器等元件。LTCC材料厚度目前已經係列化
，一般單層厚度為10～100 μm。

(2)LTCC可以製作多種結構的空腔
，並且內埋置元器件、無(wu)源(yuan)功(gong)能(neng)元(yuan)件(jian)，通(tong)過(guo)減(jian)少(shao)連(lian)接(jie)芯(xin)片(pian)導(dao)體(ti)的(de)長(chang)度(du)與(yu)接(jie)點(dian)數(shu)，能(neng)集(ji)成(cheng)的(de)元(yuan)件(jian)種(zhong)類(lei)多(duo)，易(yi)於(yu)實(shi)現(xian)多(duo)功(gong)能(neng)化(hua)和(he)提(ti)高(gao)組(zu)裝(zhuang)密(mi)度(du)。提(ti)高(gao)布(bu)線(xian)密(mi)度(du)和(he)元(yuan)件(jian)集(ji)成(cheng)度(du)，減(jian)少(shao)了(le)SIP外圍電路元器件數目，簡化了與SIP連接的外圍電路設計和降低了電路組裝難度和成本。
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(3)根據配料的不同，LTCC材料的介電常數可以在很大的範圍內變動，可根據應用要求靈活配置不同材料特性的基板，提高了設計的靈活性。比如一個高性能的SIP可能包含微波線路、高速數字電路、低頻的模擬信號等，可以采用相對介電常數為3.8的基板來設計高速數字電路
；相對介電常數為6～80 的基板完成高頻微波線路的設計
；介電常數更高的基板設計各種無源元件
，最後把它們層疊在一起燒結完成整個SIP的設計。另外，由於共燒溫度低，可以采用 Au、Ag、cu等高電導率的材料作為互連材料，具有更小的互連導體損耗，特別適合高頻、高速電路的應用。

(4)基於LTCC技術的SIP具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)散(san)熱(re)性(xing)。現(xian)在(zai)的(de)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)功(gong)能(neng)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)，在(zai)有(you)限(xian)的(de)空(kong)間(jian)內(nei)集(ji)成(cheng)大(da)量(liang)的(de)電(dian)子(zi)元(yuan)器(qi)件(jian)，散(san)熱(re)性(xing)能(neng)是(shi)影(ying)響(xiang)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)。LTCC材料具有良好的熱導率，據研究其熱導率是有機材料的20倍
，並且由於LTCC的連接孔采用是填孔方式，能夠實現較好的導熱特性。

(5)基於LTCC技術的SIP同半導體器件有良好的熱匹配性能。LTCC的TCE(熱膨脹係數)與Si
、GaAs

、InP接近，可以直接在基板上進行芯片的組裝
，這對於采用不同芯片材料的SIP有著非同一般的意義。

高頻、高速
、高性能、高可靠性是數字3C產品發展必然的趨勢。預計到2010年SIP的布線密度可達6 000 cm／cm2
，熱密度達到100 W／cm2，元件密度達5 000／cm2，I／O密度達3 000／cm2。基於LTCC技術的SIP在這些高集成度、大功率應用中，在材料，工藝等方麵必將進入一個全新的發展階段，在未來的應用中占據著越來越重要的地位。

2 應用實例

基於LTCC技術，本文研製了一個射頻接收前端SIP，並由十三所的IXCC工藝完成。文中采用的工藝最小線寬、線間距均為50 μm；孔直徑170 μm
；同一通孔處最大可以通孔15層

；電容值範圍為1.0～100 pF；電感值範圍為1.0～40 nH；電阻槳料方阻為10 Ω／□、100Ω／□和1 kΩ／□，寬度最小0.2 mm
，長度最小0.3 mm，電阻控製精度為內部±20％
，表麵為±5％。

該射頻接收前端SIP為12層LTCC基板，基板尺寸為39 mm×20 mm×1.2 mm。內部貼裝GaAs MMIC、CMOS控製電路12個和貼片電阻
、電容
、電感元件三十幾個，包括LNA、衰減器、微波開關、集成電感、電容、電阻等，含4個射頻端口以及控製端和電源端若幹。采用多通道方案
，通過兩個PIN單刀多擲開關來實現通道濾波器組之間的切換。對連接PIN開關的微帶線與帶狀線濾波器之間的過渡用金屬填孔孔徑大小進行了優化，以實現最小的過渡損耗。濾波器全部集成在LTCC基(ji)板(ban)之(zhi)中(zhong)

，為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)濾(lv)波(bo)器(qi)間(jian)的(de)相(xiang)互(hu)隔(ge)離(li)，采(cai)用(yong)了(le)帶(dai)狀(zhuang)線(xian)形(xing)式(shi)的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)進(jin)行(xing)不(bu)同(tong)層(ceng)間(jian)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)隔(ge)離(li)
，最(zui)大(da)限(xian)度(du)減(jian)小(xiao)對(dui)其(qi)他(ta)電(dian)路(lu)的(de)影(ying)響(xiang)。為(wei)了(le)減(jian)小(xiao)後(hou)級(ji)噪(zao)聲(sheng)影(ying)響(xiang)前(qian)級(ji)放(fang)大(da)器(qi)采(cai)用(yong)高(gao)增(zeng)益(yi)的(de)LNA

，該電路采用二次變頻技術
，將二中頻下變頻為100 MHz，與傳統的采用混合電路技術製作的同類產品相比其體積縮小到原來的1／50。
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該SIP係統的設計框如圖1，其封裝後實物照片如圖2所示。 實測結果增益(Ga)大於60 dB，噪聲係數NF小於3 dB，如圖3所示。 實測結果

3 結論

采用LTCC可以實現高密度的多層布線和無源元件的基片集成，並能夠將多種集成電路和元器件以芯片的形式集成在一個封裝裏，特別適合高速、射頻、微波等係統的高性能集成。本文開發的高度集成的X波段射頻接收前端表明，LTCC技術在微波SIP方麵具有明顯的優勢。隨著小型化、高性能電子產品快速發展以及LTCC技術的不斷進步和成熟，LTCC技術在SIP領域的應用必將具有廣泛的應用前景。