三维微流道系统技术研究

采用LTCC技术,可以获得替代采用硅或其他技术制作的微功能结构,简化工艺,降低成本.重点研究了内嵌三维(3D)微流道系统LTCC多层基板成型中的关键技术:热压和烧结,并进行工艺优化.利用优化的热压、烧结工艺参数,可制备出完好的3D微流道系统LTCC多层基板;通过实验验证,LTCC内嵌三维微流道系统取得了良好的散热效果.     

LTCC腔体及微流道制作技术

简要介绍了LTCC腔体和微流道的用途、结构形式以及腔体的制作方法。详细分析了LTCC空腔在层压和共烧时产生变形的原因。重点阐述了腔体填充材料控制工艺形变的方法,碳基牺牲材料的特性、作用以及控制腔体变形的理论基础。通过工艺试验验证了碳基牺牲材料的有效性。说明采用合理的填充材料、恰当的工艺技术可以制作出满足要求的空腔结构。     

基于LTCC的微流道散热技术

简要介绍了在低温共烧陶瓷(LTCC)基板中制作微流道结构对电路散热的必要性,建立3种不同结构微流道LTCC基板有限元模型并对其进行了热-流耦合仿真,分别分析不同结构、流体流速及进出口截面对散热性能的影响.基于仿真结果制备实物,实测结果表明14 W/cm2热流密度下最高温升124.3 K,在设定水流流速为0.012 m/...     

LTCC三维MCM技术研究

三维多芯片组件（3D-MCM）是实现高密度组装的有效手段。本文介绍了LTCC 3D-MCM研制过程中的隔板的制作、焊料凸点的制作、多块基板与隔板的叠装和垂直互连等工艺技术；对焊料凸点中的孔洞、基板与隔板垂直互连中的虚焊和3D-CM不同焊接区域焊料的选择进行了分析和讨论。     

面向三维立体集成封装的微流道散热技术

现代化三维立体集成技术的发展,对电子元器件提出了高密度、集成化和小型化的要求,其内部过高的热流密度成为影响器件长期可靠性的决定性因素。在这种发展趋势下,电子产品热管理的地位不断提升,其重要性甚至不下于芯片设计本身。自微流道散热技术诞生以来,其展现出的优异的散热效果,使其成为高密度集成器件热管理的首选方案,并受到世界范围内研究者广泛关注。经过数十年的研究,微流道技术演化出几种不同的技术路线,并出现了十数种不同结构的微流道设计方案。为了更好地理解这种日新月异的技术,本文进行了系统性的调研和综述。     

超快激光制备PMMA微流道机理及工艺研究

由于传统加工方法不能解决PMMA微流道的加工质量不好和效率低的问题,本文对超快激光直写PMMA制备微流道的烧蚀机理和工艺参数进行了研究。根据实验分析不同的激光功率、加工速度和加工次数对微流道的宽度和横截面的影响规律,利用超快激光加工系统制备微流道,并采用超景深三维显微镜观测微流道的表面形貌。实验结果表明,当超快激光的加工速度为20 mm/s时,激光功率为1.5 W时,制备的微流道的宽度较小、宽度趋势比较平稳;当超快激光作用PMMA的次数一样,由于加工速度逐渐增加,制备的微流道其宽度和激光的加工速度保持线性增加。当加工速度越大时,微流道的宽度较小、且壁面趋势相对平缓,而当加工速度一定,超快激光的输出功率在1.5 W时,微流道内壁区域不易出现残渣堆积和气泡隆起现象。本文通过优化超快激光加工系统的工艺参数,从而加工出尺寸精度高、表面光滑、宽度为20~90 μm的微流道芯片。     

层压压强对LTCC基板烧结收缩率的影响研究

LTCC技术是高可靠性、高集成度和高性能电路基板制造技术之一。运用实验的研究方法,详细探究了层压压强对LTCC基板烧结收缩率的影响。同时从理论上分析了这一影响产生的机理。     

高温共烧陶瓷微流道工艺特性

功率芯片kW/cm²量级的热流密度给其热管理带来了严峻挑战,液冷微流道散热技术是解决热管理问题的重要研究方向。针对陶瓷封装中的应用需求,对高温共烧陶瓷(HTCC)中微流道工艺特性进行了研究。通过微流道设计、工艺流程设计、制备加工和测试,分析了结构参数对加工质量的影响,明确了微流道与芯片之间的陶瓷体厚度为0.30 mm,微流道宽度应≥0.10 mm,微流道间距需根据不同微流道宽度进行设计,微流道长度为非敏感要素。选择适当的结构参数可保证微流道的成形质量和加工精度,为微流道设计和工程化应用提供参考。     

电化学沉积Cu牺牲层工艺用于制备面外运动电热微驱动器

用电化学沉积Cu作为牺牲层制备面外运动电热微驱动器的悬空结构,并建立了一种简单、可靠的牺牲层工艺技术.该工艺具有工艺流程简单、牺牲层易获取、释放简单、腐蚀选择性好、结构保存完整等优点.通过退火去除残余应力、使用丙酮和F113进行悬空结构释放等方法改进工艺,可以得到理想的器件.证明电化学沉积Cu是比较好的制备悬空结构的牺牲层工艺.     

基于LTCC工艺双频GPS陶瓷微带天线研究

在空腔模型理论基础上,利用微扰法对切角矩形微带天线进行严密的数学推论.并设计了GPS双馈点双频圆极化陶瓷微带天线.根据设计公式计算出结构参数,在Ansoft-HFSS软件中建立天线模型,通过参数优化得到天线参数,并利用LTCC工艺进行样品制作.结果表明:样品天线工作在1575 MHz和1 227 MHz时,10 dB带宽均大于10 MHz,回波损耗均小于-15 dB,轴比均小于4 dB,仿真结果与测试结果相似.总结了天线小批量生产的经验,提出了进一步小型化的研究方向.     

LTCC印刷网版制作工艺研究

丝网印刷是LTCC技术中导体图形制作的关键工艺,印刷网版的质量直接决定了丝印线条的好坏。介绍了LTCC印刷网版制作的工艺流程,对其关键工艺步骤进行了分析研究,并给出了网版制作过程中的工艺要点。     

小型化LTCC低通滤波器设计与制造工艺研究

设计了一种小型化的LTCC低通滤波器,采用LC集总元件完成原理图的设计与仿真,使用HFSS完成滤波器结构的三维电磁场仿真,最终在LTCC工艺线上完成加工制作。LTCC滤波器使用介电常数7.8、损耗角为0.006的生瓷片,内部导体电路印刷使用配套的银浆料,最终尺寸为3.2 mm×1.6 mm,厚度为1.4 mm,达到小型化的目的,可应用于移动通信等领域。     

提高LTCC叠片精度的工艺研究

高精度叠片是实现低温共烧陶瓷(LTCC)基板完好制造的关键。结合半自动叠片机,研究了其叠片工艺中的对位图像以及CCD参数对叠片精度的影响,摸索出了高精度对位的对位图像以及较优的CCD参数,实现了5层叠片下的高精度对位(对位精度小于±12μm)。此外,还提出了一种实现叠片精度快速检测的新方法—"腔体-热切"方法。     

带通滤波器LTCC工艺优化研究

针对LTCC(低温共烧陶瓷技术)带通滤波器结构以及制作工艺特点,对LTCC带通滤波器制作的过程工序进行试验及分析,确定了制作偏差超过设计容差的过程工序。以滤波器设计容差为参考依据分别对相关工序以及偏差量进行了详细分析,提出了针对性工艺优化措施,有效解决了滤波器中心频率偏移的问题。采用优化后工艺所制作的滤波器中心频率偏差由±30 MHz提高到±5 MHz,满足使用要求。     

复合双性LTCC材料基础研究

随着电子技术在自动化、工业控制、医学、航天航空和日常生活等领域的广泛应用,高密度、宽温域、小尺寸、多功能、高品质等特性日益成为其发展的必然趋势,同时这些特性给传统封装技术及工艺带来了巨大的挑战。在众多的封装技术中,低温共烧陶瓷LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic)技术成为了国际研究的焦点,因为利用LTCC技术制备的产品不仅能具备高电流密度、小体积,而且还具备高可靠性和优良的电性能、传输特性及密封性。LTCC技术是一种先进的混合电路封装技术。它将四大无源器件,即变压器(T)、电容器(C)、电感器(L)和电阻器(R)集成,配置于多层布线基板中,与有源器件(如:功率MOS、晶体管和IC电路模块等)共同集成为一完整的电路系统。因此LTCC技术又称为混合集成技术,它能有效地提高电路的封装密度及系统的可靠性。笔者围绕LTCC技术中的低温共烧铁氧体LTCF(Low Temperature Co-fired Ferrite)材料,采用理论、实验及应用三位一体的研究模式,开发了一种新型LTCC复合介质材料,不但对该材料的复合机理进行了理论模拟而且对其在LTCC滤波器中的应用展开了研究。笔者在理论模型、材料制备和器件设计上做了一些探索性和创新性的工作,具体内容如下:(1)探索性地建立了针对LTCC陶瓷的低温烧结模型。模型基于液相烧结理论,以液相在晶粒边界引起的毛细管压力及溶解–淀析过程中化学势能的变化为烧结驱动力,将烧结温度、时间与烧结后的最终晶粒大小、相对密度联系起来,模拟出低温烧结动态过程中相对密度的变化趋势。(2)首次提出铁电–铁磁复合材料的复合理论并给予了系统的分析。讨论了复合材料中两相成分的化学结构及电磁性能在理论上对复合可能性的影响,根据材料的微观结构建立了复合模型,模型中假设铁电相均匀分布于铁磁相晶粒表面,并和气孔一起形成非磁性薄层将铁磁晶粒之间隔断,使铁磁颗粒孤立。通过对复合结构中铁磁晶粒内场变化的分析,推导出复合材料铁电/铁磁成分比与复合磁导率的关系方程;另外,利用微观结构中电流流通的等效电路,推导得到不同铁电/铁磁成分比时复合材料复数介电常数与频率的关系表达式。(3)研究了工艺条件对材料电磁性能的影响。按照工艺流程改变工艺参数预烧温度、二次球磨时间、烧结曲线中升温降温速度、烧结温度和保温时间,通过SEM、XRD等分析手段了解改变工艺参数对铁氧体材料微观结构的影响规律,通过对材料介电常数频谱、磁导率频谱及品质因数的测量得知工艺参数对材料电磁性能的影响规律,根据实验数据结果得到最佳铁氧体烧结工艺参数。(4)研究了不同掺杂离子及助熔剂的加入对低温烧结铁氧体LTCF材料的微观结构及电磁性能影响。首先研究了不同MnCO3和CuO含量对NiZn铁氧体烧结特性、微观结构及电磁性能的影响,首次发现了掺杂Mn离子的NiZn铁氧体其电磁性能对烧结温度具有敏感性。其次研究了不同助熔剂Bi2O3、WO3和Nb2O5对NiCuZn铁氧体烧结特性、微观结构及电磁性能的影响,实验揭示W6+对材料微观结构的改善;最后对低温NiCuZn铁氧体进行改性掺杂,研究稀土氧化物CeO2对其微观结构及电磁性能的影响,并给出NiCuZn铁氧体掺杂稀土元素时的磁频谱及介频谱。(5)开发了一新型的基于不同低温烧结NiCuZn铁氧体与高介电常数(BaTiOk+X)钙钛矿的具有电感、电容双性的铁电–铁磁复合材料,研究了不同铁电–铁磁含量对各组复合材料微观结构及电容电感双性的影响。并研究了不同助熔剂Bi2O3、WO3和Nb2O5对其烧结特性、微观结构及电容电感双性的影响。最后对复合材料进行稀土掺杂改性,研究稀土氧化物CeO2对其微观结构及电容电感双性的影响。(6)设计并制作出两种使用LTCC复合双性材料的3G通讯设备用带通滤波器。采用Ansoft HFSS电磁仿真软件对所建立的滤波器模型进行模拟仿真,通过调节滤波器结构参数使滤波器各性能指标达到要求,并实现生产制备。制得带通中心频率3.5 GHz,插损<2.8 dB,带宽>400 MHz,阻带衰减大于35 dB的微带式带通滤波器和带通中心频率1.4 GHz,插损<3 dB,带宽>160 MHz,阻带衰减大于30 dB的LC式带通滤波器。     

LTCC多层基板腔体工艺研究

机载、星载、舰载相控阵雷达由于其特定的使用环境,需要体积小、重量轻、高性能、高可靠、低成本的微波组件。带腔体LTCC基板具有高密度布线、电阻、电容、电感的内埋以及芯片的埋置等特性,是制作机载、星载、舰载相控阵雷达微波组件理想的高密度基板。针对带腔体LTCC集成基板的制造技术,简单介绍其工艺流程,并对腔体成型这项关键工艺进行了分析,提出了相应的解决方法。     

LTCC滤波器综述及制造工艺研究

首先简述了目前LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic,低温共烧陶瓷技术)滤波器的版图结构及其优劣,重点阐述了一种结构紧凑的600MHz低通滤波器的设计,及在这种滤波器制造过程中遇到的工艺难题及解决办法。该滤波器采用介电常数为7.8、损耗角正切为0.006的微波陶瓷材料,并用场路结合的方法完成其设计,整个器件的尺寸为5.1mm×3.3mm×1.6mm。运用矢量网络分析仪对加工出来的样品进行测试,通过测试数据可以看到,通带最大插入损耗为1.8dB,满足设计指标的要求。该滤波器尺寸小且具有良好的频率响应曲线,在小型化微波通信系统及雷达系统中有着广阔的应用前景。